小灣拱壩水力學試驗期間誘導縫運行工況分析

余　意，張　鵬，李洪波（華能瀾滄江水電股份有限公司小灣水電廠，云南　大理 675702）

小灣拱壩水力學試驗期間誘導縫運行工況分析

余意，張鵬，李洪波
（華能瀾滄江水電股份有限公司小灣水電廠，云南大理 675702）

誘導縫可以有效地改善壩踵應力分布，防止壩踵拉裂，確保大壩安全。小灣工程于2014年8月進行了泄洪水力學試驗，從本次泄洪水力學試驗期間的監測數據來看，泄洪水力學試驗并未對誘導縫造成太大的影響，誘導縫經受住了泄洪試驗的考驗，其試驗結果可供其他工程參考。

誘導縫；高拱壩；泄洪水力學試驗；小灣水電站

0　引言

拱壩是一個三面受巖體約束的高次超靜定殼體結構，壩體中的應力狀態不僅與水壓、變溫等荷載有關，還取決于壩體和基巖的相互作用。參考以往常規高拱壩的裂縫形式實例認為，壩踵附近是最易開裂的部位。因此，如何防止高拱壩壩踵的開裂已引起學術界和壩工界的廣泛重視。至今為止，主要有兩種處理方式：①采取局部加大拱端和梁底厚度的辦法，同時嚴格控制施工溫度，這種方法具有可降低壩底的切應力和主拉應力，施工簡單等優點，缺點是無法為可能產生的裂縫設置止水；②針對高拱壩的壩踵附近存在較大的拉應力區，提出了釋放周邊約束以減小拉應力的方法，這有助于使壩體趨于一種均勻受壓的狀態，如設置周邊縫，在正常使用時，一旦縫處受拉或受地基約束有受拉趨勢即允許其張開，并在縫中設置有效的止水措施，以達到“以縫治縫”的目的。

小灣工程為了改善壩踵應力分布，防止大壩被拉裂，確保大壩安全，在壩踵人為設置結構縫以釋放壩踵梁向的高拉應力，進而實現對開裂的控制。

1　誘導縫設計

小灣拱壩誘導縫設置在17～28號壩段，縫深10 m，縫末端設有1.5 m×2.0 m的近似橢圓形廊道，其作用一方面是消除縫端應力集中，另一方面作為誘導縫的檢查和處理通道。

各壩段誘導縫面中心線高程從957～993 m不等，最低高程位于22、23號壩段，為957.5 m，距建基面7.0 m。誘導縫以下為拱壩上游貼角，貼角混凝土直接澆在基巖上，誘導縫以上按拱壩拱圈體形施工。

誘導縫面和誘導縫檢查廊道都配置了結構鋼筋，誘導縫底部利用固結灌漿孔下錨筋樁，以增強淺表層卸荷松弛巖體的整體性。

2　泄洪水力學試驗情況

為了驗證設計、檢驗施工和揭示缺陷，小灣工程于2014年8月18日～2014年8月24日期間進行了泄洪水力學原型觀測試驗。泄洪情況如表1所示。

表1　小灣拱壩泄洪工況

3　試驗期間監測數據及分析

泄洪水力學試驗期間對誘導縫的安全監測項目主要有滲壓監測、開合度監測、壓應力監測，所使用的儀器分別是滲壓計、測縫計和壓應力計，根據監測儀器反饋的監測數值，進行分析，以此來評定小灣拱壩誘導縫在泄洪水力學試驗期間的工作狀況。

3.1滲壓監測

泄洪水力學原型觀測試驗期間誘導縫滲壓計監測累計變化量如圖1所示。誘導縫滲壓計每日試驗前后的測值變化如圖2所示。

圖1　試驗期間滲壓計累計變化量

從圖1可以看出，埋設在24號壩段編號為C4-A24Y-P-01（高程為960.0 m）的滲壓計在水力學試驗前后測值變化相對較大，累計增大0.058 MPa，編號為C4-A16Y-P-01和C4-A26Y-P-01的滲壓計在水力學試驗前后的測值分別增大了 0.017 MPa和0.012 MPa，其他滲壓計的監測數值沒變或有所降低。

圖2　滲透壓力變化

由圖2可以看出，滲透壓力變化最大的出現在24號壩段，滲壓計編號為 C4-A24Y-P-01（高程為960.0 m），變化量最大的時間是在泄洪第三天，滲壓計變化量最大為0.013 MPa，在泄洪第三天，大部分的滲壓計變化都相對較大。

3.2誘導縫開合度監測

誘導縫開合度監測使用的儀器為測縫計，水力學原型觀測試驗期間，誘導縫測縫計的累計變化量如圖3所示。測縫計在水力學試驗期間每天泄洪前后的變化量如圖4所示。

圖3　試驗期間誘導縫測縫計累計變化

由圖3所顯示的數據可知，測縫計在試驗期間的監測數值整體比較平穩，無太大的波動，累計變化最大值僅為0.02 mm，出現在28號壩段的測縫計C4-A28Y-J2-01（水平）（高程為960.0 m）。

從圖4的數據可以看出，對于誘導縫測縫計反饋的監測數據而言，測縫計監測數值在前兩天出現了一定波動，波動最大值為0.02 mm，分別是試驗第一天的C4-A26Y-J-01和試驗第二天的C4-A22YJ2-02（水平）。但是整體而言，當天泄洪前后的變化量和泄洪期間的變化量都不大，累計變化幅度最大的是17號壩段的C4-A17Y-J2-02（高程為991.0 m），該部位的誘導縫張開了0.03 mm。

圖4　測縫計測值變化

3.3誘導縫應力監測

誘導縫應力監測使用的儀器為壓應力計，在泄洪水力學試驗期間，誘導縫壓應力計的累計變化量如圖5所示。誘導縫壓應力計每天試驗前后的測值變化情況如圖6所示。

圖5　誘導縫壓應力計試驗期間累計變化量

從圖5中可以看出，壓應力變化最大值出現在22號壩段、957.5 m高程的C4-A22Y-C-01誘導縫，累計變化值為0.279 MPa。壓應力計C4-A17Y-C-01的變化值為0.011 MPa，其余測點的壓應力均有所減小。

由圖6可知，壓應力計單日監測數值變化最大值為0.109 MPa，出現在泄洪第三天，為22號壩段編號為C4-A22Y-C-01（高程為957.5 m）的壓應力計，累計變化最大值也是該支儀器。整體來看，每天泄洪前后的變化幅度不大。

為了更好地分析和驗證誘導縫的壓應力情況，現列出壩踵部位壓應力計在水力學試驗期間的監測情況，如圖7所示。

圖7　試驗期間壩踵壓應力變化

由圖7可以看出，在壩踵部位，變化最大的是壓應力計C4-A22-E-01，儀器埋設部位在22號壩段巖基面950.5 m高程，累計變化值0.03 MPa，而誘導縫的壓應力變化最大值出現在22號壩段的C4-A22Y-C-01（高程為957.5 m），累計變化值為0.279 MPa，二者基本一致。

3.4結論

（1）泄洪水力學試驗對于滲透壓力的影響最大出現在泄洪第三天，測值變化最大的儀器為埋設在24號壩段960.0 m高程的編號為C4-A24Y-P-01的滲壓計，單日變化最大值為0.013 MPa，并且泄洪前后累計變化值也是最大，為0.058 MPa。

（2）小灣拱壩本次泄洪對于誘導縫的開合情況影響比較小，單日最大值為0.03 mm，累計最大值為0.02 mm，整體比較穩定。

（3）誘導縫壓應力計泄洪期間監測變化量顯示，出現變化值波動較大的也是出現在泄洪第三天，出現部位為22號壩段，957.5 m高程，單日變化最大值0.109 MPa，該部位累計變化量也是最大，為0.279 MPa，并且與壩踵壓應力計監測的累計變化值0.03 MPa基本一致。

（4）泄洪試驗期間，監測項目的單日變化最大值和累計變化最大值出現在22號壩段957.5 m高程和24號壩段的960.0 m高程，說明泄洪水力學試驗對該部位的影響相對較大，因此，當以后出現類似工況時需要加強對該部位的監測。

4　結語

小灣大壩為300 m級高拱壩，誘導縫承受了280 m左右的水頭，該工程泄洪水力學試驗成果對于類似工程有一定借鑒意義。從小灣拱壩本次泄洪水力學試驗期間的監測數據來看，泄洪水力學試驗并未對誘導縫造成太大的影響，誘導縫經受住了泄洪試驗的考驗。誘導縫的安全監測和監測成果的及時分析評價，對確保誘導縫正常工作，保證大壩安全穩定運行具有重要意義。

［1］林繼鏞，王光綸.水工建筑物［M］.北京：中國水利水電出版社，2009.143.

［2］周艷國，陳勝宏，周華，等.拱壩結構誘導縫力學參數反演分析及工程應用［J］.水利學報，2010（5）：575-580.

［3］周艷國，傅少君，鄒麗春，等.考慮地基松弛后的小灣拱壩誘導縫布置分析［J］.武漢大學學報：工學版，2008（4）：43-47.

［4］易魁，肖海斌，遲福東等.300 m級拱壩蓄水安全運行關鍵技術研究及工程應用［C］//中國大壩協會2013學術年會暨第三屆堆石壩國際研討會論文集.中國大壩協會、中國水力發電工程學會，2013.

［5］趙志勇，鄒青，胡靈芝.小灣拱壩安全監測設計與研究［C］//水電2006國際研討會論文集［C］.中國水利學會中國水力發電工程學會中國大壩委員會，2006.

［6］潘琳，韓世棟，陳宏偉，等.小灣高拱壩蓄水初期誘導縫安全監測資料分析［J］.大壩與安全，2010（3）：42-45.

（責任編輯焦雪梅）

Operation Condition Analyses of Induced Joints during Hydraulic Experiment of Xiaowan Arch Dam

YU Yi，ZHANG Peng，LI Hongbo
（Huaneng Hydro Lancang Xiaowan Hydropower Plant，Dali 675702，Yunnan，China）

The induced joints of arch dam can effectively improve the stress distribution of dam heel and prevent dam heel cracking to ensure dam safety.The flood discharge hydraulic experiment of Xiaowan Arch Dam is carried out on August，2014. The monitoring data of hydraulic experiment are analyzed and the results show that the experiment does not cause a significant impact on induced joints of dam.The induced joints can safety operated during the flood discharge hydraulic experiment.The experiment results of Xiaowan Arch Dam will provide references for other hydropower projects.

induced joint；high arch dam；flood discharge hydraulic experiment；Xiaowan Hydropower Station

TV131.6（274）

A

0559-9342（2015）10-0075-04

2015-07-29

余意（1989—），男，湖北孝感人，碩士，主要從事大壩安全監測工作.