某水電站水墊塘和二道壩監測資料分析

王 桓

（浙江寧海抽水蓄能有限公司,浙江 寧海 315600）

1 引言

針對水墊塘和二道壩的監測分析目前相對較少,主要是因為,一般大型水利工程為了消能需要才會設置上述建筑物,因此相應來說工程實例并不多。但是由于水墊塘和二道壩建筑物的重要性,對二者進行監測是非常有必要的。根據某水電站地質條件和結構特點,結合科學研究和理論計算成果,吸取已有的同類型工程實踐經驗[1-3],在水墊塘和二道壩中有針對性地布置安全監測設施,形成完整的安全監測系統,對順利施工、確保工程質量和工程安全運行,具有十分重要的意義。通過對各重要建筑物和各重點部位實施監控,及時掌握其工作性態和運行規律,對建筑物的穩定性和安全度作出評估,及時發現異常情況,隨時采取補救措施,防范事故發生,確保工程安全。同時為動態跟蹤、優化調整工程設計提供分析決策的基礎參數和依據。另外也可以積累相關成果,檢驗評價工程實施效果,總結提高工程建設水平。

2 工程概況

某水電站大壩表孔和深孔泄流具有“分層出流、空中碰撞、水墊塘消能”的特點,在大壩下游設置水墊塘和二道壩,二道壩為重力壩,布置于水墊塘末端。壩后水墊塘、二道壩及下游護岸右岸邊坡最大開挖高度約為273 m,巖質堅硬,斷層不發育,主要為強、弱卸荷巖體,大部分為微新巖體,邊坡結構為橫向坡,弱卸荷帶巖體質量級別主要為Ⅱ2 級,強卸荷帶巖體質量級別主要為Ⅲ2 ～Ⅳ1,部分為Ⅳ1～Ⅳ2 級,邊坡不存在整體穩定問題,局部穩定問題主要為塊體穩定問題。壩后水墊塘、二道壩及下游護岸右岸高程825 m 以上邊坡,一般每30 m 設置3 m～9 m 寬的馬道,每級邊坡中間設一道寬0.5 m 的臺坎,開挖坡比一般為1∶0.1～1∶0.3。

3 監測系統

水墊塘和二道壩建筑物主要包括壩身底孔及臨時底孔、左深孔及右深孔、左表孔、中表孔及右表孔。根據泄洪建筑物的布置及運用情況,壩身泄洪建筑物監測主要選取底孔、右深孔、中表孔作為監測部位。根據泄洪孔的布置形式及結構敏感關鍵部位,水墊塘和二道壩的監測主要進行滲流、結構應力應變、預應力錨索拉力、專門水力學監測等。

結構應力應變監測主要采用鋼筋計、應變計組、無應力計進行監測。主要布設在事故檢修門槽、弧形工作門閘墩位置及孔口流道周邊。在事故檢修門槽不同高程布置監測斷面,以監測閘門及門槽在不同工況下的結構應力應變狀況,并了解結構的應力應變分布情況。其中底孔布置2 個監測斷面,又深孔布置4 個監測斷面。弧形工作門閘墩監測斷面布置主要根據結構受力狀況進行布置,在閘墩內外側輻射狀布設監測儀器,以了解閘墩的受力及分布狀況,尤其是弧形門工作支點。底孔、右深孔、中表孔布置形式基本相同,分別為兩個主監測斷面,兩個輔助監測斷面。

流道監測斷面主要順水流方向在流道的進口、中部、出口位置各布置一個監測斷面,了解泄洪孔在各種工況下的受力情況,根據受力情況,應變計組分別采用七向和三向應變計組。預應力錨索監測一般在閘墩預應力主錨索及大梁次錨索中選取具有代表性的錨索。水力學監測主要進行滲流、流態、流速、動水壓力、空蝕等項目,主要通過埋設的通用底座進行觀測。通用底座一般布設流道表面關鍵部位。通用底座內部預留4 個電纜,2 根水工五芯電纜和2 根屏蔽電纜,根據監測項目的不同,選擇安裝不同的監測儀器。泄洪建筑物監測儀器電纜與大壩監測儀器一并就近引入大壩觀測站內。

4 水墊塘和二道壩監測資料分析與評價

4.1 滲流監測資料分析

滲壓計監測成果表明,在歷次泄水前后,各部位滲壓計測值均出現不同程度的增大,隨后測值趨于穩定。其中以下部位測值偏大,見表1。從目前各個滲壓計的測值看,測值與水墊塘運行工況關系緊密,在泄水當日均會出現一定程度的增大,此后逐漸趨于穩定,隨著水墊塘抽水,測值減小。

表1 水墊塘及二道壩滲壓計監測成果表 單位：kPa

4.2 接縫開合度分析

板間測縫計安裝初期測值逐漸增大,目前各斷面測值均趨于穩定,接縫最大開度出現在C 斷面塘左0+31.0 m,測值為5.90 mm,其余部位測值基本在2 mm 以內。泄水前、后板間測縫計測值均有一定變化,變化量小于1 mm。測值統計見表2。

表2 混凝土接縫測縫計測值統計表 單位：mm

泄水后水墊塘建基面受壓,測值變化量基本小于0.05 mm。目前建基面測值較小,基本不超過0.5 mm,且趨于穩定。板間接縫錯動測值很小,除了JC1-5、JC2-3、JC3-1 三個測點外,基本在0.2 mm 以內,泄水后測值變化不大。JC1-5 測點在泄水后增大至-0.6 mm,此后減小至-0.1 mm 并趨于穩定；JC2-3測點在09 年11 月14 日增大至0.49 mm,目前穩定在0.6 mm 附近變化；JC3-1 測點在儀器安裝后測值逐漸增大至0.67 mm 左右,并在泄水后有所減小,目前在0.45 mm 左右趨于穩定。

4.3 應力監測資料分析

鋼筋計泄水后水墊塘鋼筋計測值普遍減小。目前鋼筋計的測值均在200 MPa 以下,由上表中數據可知,測值較大的部位主要在J-J 監測斷面（壩下0+232.90 m）；初步分析認為：主要原因是該部位鋼筋計主要布置在跨縫鋼筋位置,而該部位鋼筋過縫時采用套管進行了保護,鋼筋處于自由狀態,變形量大于混凝土變形量；而其它監測斷面鋼筋計均布設在板塊中部的鋼筋上,鋼筋及鋼筋計與周邊混凝土相粘結,相互約束,協調變形,鋼筋變形量與混凝土變形量相等,因此J-J監測斷面鋼筋計測值較其它監測斷面普遍較大。從目前監測資料可以看出,各部位鋼筋計測值從泄水開始至今變化較為平穩,變化量較小,測值均小于200 MPa。

由目前監測資料分析可知,水墊塘底部錨桿大多處于受壓狀態,最大壓應力發生在壩下0+188.2 m,塘右0+33.5 m（R202-D-2）,測值為97.72 MPa。其它部位錨桿應力基本在-50.00 MPa 以內。泄水后錨索測力計測值普遍增大,最大增量不超過14 kN。目前有一半錨索測力計從2011 年8 月至今缺測,從其余錨索測力計監測資料的變化趨勢上分析,各個錨索荷載測值從泄水開始至今變化量均較小,而且大部分呈現出穩定的趨勢。由以上監測資料分析可知,水墊塘拱座部位基本處于受壓狀態。

4.4 變形監測資料分析

根據目前多點變位計的測值分析看,測值整體較為平穩,個別儀器測值在首次泄水后有一定的跳躍,之后測值逐漸減小,目前均趨于穩定；經統計可知,拱座水平向多點變位計測值大多為正,巖體整體呈現回彈的跡象,拱座垂直向多點變位計測值大多為負值,巖體整體呈現壓縮的跡象。水墊塘多點變位計測值基本在2 mm 以下,大部分測值在1 mm 以下。

根據目前的監測資料分析看,巖石變位計測值整體變化較為平穩,但規律性較差；個別監測儀器測值有一定的跳動；例如MD04-B 測值在2009-12-12 日由-0.28 mm 變化為1.55 mm,目前已穩定在此測值附近；MD05-B 測值在2009-12-12 日由-0.30 mm 變化為-1.17 mm,目前已趨于穩定。根據巖石變位計的測值看,拉壓狀態均有呈現,且泄水前后變化不大,目前大部分測值小于1 mm,變化趨勢逐漸穩定。

5 結論

根據對水墊塘和二道壩各監測項目的分析可以得出以下結論：

（1）歷次泄水后,水墊塘滲透壓力都有較大的變化,但泄水開始后測值變化較為平穩,變化不大。目前測值基本趨于穩定。

（2）混凝土板塊接縫縫展度在歷次泄水前后變化較小,且在泄水后的連續觀測中變化較為平穩,最大不超過1 mm,測值變化目前均趨于平穩,接縫開度基本在2 mm 以內。說明水墊塘接縫在泄水后較為密實,狀況較好。

（3）水墊塘應力應變監測主要包括鋼筋應力、拱座擠壓應力、拱座錨索荷載監測等。從目前的監測資料分析看,水墊塘鋼筋應力大部分在-50 MPa～200 MPa 之間變化,測值較大的鋼筋計主要集中壩下0+0.232.90 m 位置,這主要與該監測斷面鋼筋計的埋設位置及方式有關。

（4）水墊塘變形規律不明顯,變形主要部位在拱座和部分板塊。拱座巖體有豎直向壓縮,水平向回彈的跡象,中間板塊基礎變位微弱,規律不明顯。