混凝土應力及溫度監(jiān)測變化分析

邸 向 榮, 李 斌 斌, 張 睿 棟, 張 世 娟

(中國水利水電第五工程局有限公司,四川 成都 610066)

1 概 述

岷江犍為航電樞紐工程為二等大(2)型工程,其渠化岷江3級航道的長度長達20 km,新建3級船閘和大(2)型電站(500 MW)各一座。設計通航船舶噸級為1 000 t,多年平均發(fā)電量為21.856 5/21.869 7億kW·h(現(xiàn)狀/遠景),裝機年利用小時數(shù)為4 368 h/4 370 h。水庫正常蓄水位高程335.00 m以下庫容為1.483億m3,校核洪水位高程(P=0.1%)339.21 m以下總庫容為2.271億m3,死水位高程為334.00 m,日調節(jié)庫容為0.158億m3。

該樞紐發(fā)電廠房布置于左河槽,為河床式廠房,屬擋水建筑物,左側為左岸重力壩段,右側為右儲門槽壩段。其主要建筑物包括攔沙坎、引水渠、主機間壩段、安裝間壩段、裝卸場壩段、副廠房、主變室及GIS室內開關站、導墻、尾水渠等。安裝9臺貫流式水輪發(fā)電機組,其單機容量為55.6 MW,總裝機容量為500 MW。

連接廠房的工程包括1～3號刺墻壩段、4號重力壩段,其壩頂高程為342.80 m。混凝土刺墻壩采用工字型斷面,腹板厚4 m,上頂寬10 m,下底寬12 m,最大高度為22.3 m,總長度為50 m,分三個壩段布置;4號重力壩段的最大壩高為26.3 m,壩段總長度為21.32 m,上游壩坡鉛直,下游壩坡坡比為1∶0.8。

工程建設內容包括:土方明挖、石方明挖、邊坡支護、土石方填筑、混凝土澆筑、基礎防滲、地基加固、機電及金屬結構預埋、安全監(jiān)測等。

2 混凝土驗證檢測及監(jiān)測儀器的布置

2.1 混凝土設計驗證

該廠房1～9號機組閘墩均屬于大體積混凝土,設計要求的混凝土為C25W6F50。經(jīng)項目部自檢試驗室進行的混凝土配合比設計驗證取得的相關檢測數(shù)據(jù)結果如下:

(1)混凝土抗?jié)B等級:檢測方法遵循《水工混凝土試驗規(guī)程》DL/T 5150-2017中的有關規(guī)定,質量評定遵循《水工混凝土施工規(guī)范》DL/T 5144-2015中的有關規(guī)定,檢測結果均滿足設計抗?jié)B等級要求。混凝土抗?jié)B等級檢測結果統(tǒng)計情況見表1。

表1 混凝土抗?jié)B等級檢測結果統(tǒng)計表

(2)混凝土抗凍等級:檢測方法遵循《水工混凝土試驗規(guī)程》DL/T 5150-2017中的有關規(guī)定,質量評定遵循《水工混凝土施工規(guī)范》DL/T 5144-2015中的有關規(guī)定,檢測結果均滿足設計抗凍要求[1-2]。混凝土抗凍等級檢測結果統(tǒng)計情況見表2。

表2 混凝土抗凍等級檢測結果統(tǒng)計表

(3)混凝土抗壓強度:檢測方法遵循《水工混凝土試驗規(guī)程》(DL/T 5150-2017)中的有關規(guī)定,質量評定遵循《水工混凝土施工規(guī)范》(DL/T 5144-2015)中的有關規(guī)定,混凝土抗壓強度均滿足設計要求,質量合格。混凝土抗壓強度檢測結果統(tǒng)計情況見表3。

表3 混凝土抗壓強度檢測結果統(tǒng)計表

2.2 監(jiān)測儀器的布置

根據(jù)該樞紐工程具有的工程地質條件、不可預見性因素等特點,為監(jiān)測和掌握水工建筑物施工期、運行期的工作狀況,同時驗證設計理論的正確與否,設計單位從施工期監(jiān)測和后期電站運行階段入手,依據(jù)動態(tài)設計原則,運用多種監(jiān)測手段,在混凝土結構內部通過布置應變計、無應力計、溫度計監(jiān)測的方式用于掌握混凝土結構內部的收縮應變、內部應力及溫度變化情況,判定結構混凝土的穩(wěn)定性,為壩體的安全穩(wěn)定提供參考依據(jù)。

該工程地面發(fā)電廠房共布置有9個機組、10個閘墩,共計設計了2個監(jiān)測斷面,分別為5號機組和9號機組斷面,布置三向應變計12組、無應力計6套、溫度計22支。

3 監(jiān)測儀器的安裝及取得的監(jiān)測成果

3.1 監(jiān)測儀器的安裝

3.1.1 應變計

(1)應變計埋設前必須進行室內檢驗,待其合格后方可使用;

(2)按照施工圖紙的要求,先測量放樣并采用固定支座確定應變計的埋設位置和方向。在支座上安裝支桿、調準支桿的方向,再將應變計固定在支桿上;

(3)對儀器周圍回填混凝土,剔除混凝土中粒徑大于8 cm的粗骨料,人工振搗密實。下料時料距儀器1.5 m以上,埋設前設置無底保護木箱,埋設時保持儀器的正確位置和方向并應及時檢查,發(fā)現(xiàn)問題一定要及時處理或更換儀器;

(4)埋設過程中進行現(xiàn)場維護,絕不允許非工作人員進入埋設點半徑5 m范圍內。儀器埋設后設置明顯的標記并留人看護。

3.1.2 無應力計

(1)無應力計埋設前先進行室內檢驗,待其合格后方可使用;

(2)將無應力計安裝所需要的瀝青和內外兩個桶空隙之間所需要的木屑準備好;

(3)按照設計要求接長電纜,接長時先將同色芯線接在一起并用錫焊牢、認真進行硫化處理。電纜接長后編制號碼,然后用讀數(shù)儀器進行測量并進行記錄;

(4)將無應力計安裝在保護筒中心位置且與應變計組相隔1 m;

(5)埋設時,在無應力計桶內填滿相應埋設部位同級配的混凝土,適當去除較大粒徑的骨料,然后由人工振搗密實。

3.1.3 溫度計

(1)按計算長度量取電纜并與溫度計連接,處理好接頭后用布包裹并纏上膠帶。

(2)按照設計要求先測量放樣,然后確定溫度計的安裝高程與部位。

(3)預埋兩根Φ12鋼筋,并將一根水平的鋼筋焊在預埋的插筋上以固定溫度計。

(4)使用膠布將溫度計密纏、固定在鋼筋上,下料時儀器周圍1 m以內不得使用震動棒,人工回填并剔除粒徑大于80 mm的混凝土,人工搗實且不得觸及儀器[3]。

3.2 所取得的監(jiān)測成果

(1)應變計及無應力計監(jiān)測成果。三向應變計及無應力計監(jiān)測成果統(tǒng)計于2017年4月8日至2020年10月23日之間,歷時3年6個月,期間混凝土內部微應變累計變化為18.32～-635.80 με之間,混凝土內部非應力微應變累計變化量在-507.72～12.36 με之間。

(2)溫度計監(jiān)測成果。在混凝土表面布置了10套溫度計、混凝土內部布置了12套溫度計,其監(jiān)測成果統(tǒng)計于2017年6月20日至2020年10月23日,歷時3年4個月,期間混凝土內的溫度變化為9.43～51.87 ℃,混凝土表面溫度在7.11～34.4 ℃之間變化。

4 結 語

通過對岷江犍為航電樞紐工程廠房閘墩2個監(jiān)測斷面取得的監(jiān)測成果進行分析后得出以下結論[4-5]:

(1)在混凝土設計強度為C25W6F50,且其抗?jié)B、抗凍、抗壓要求均符合設計要求的條件下,受混凝土內部溫度影響,三向應變計與無應力計總體產(chǎn)生收縮應變,其在混凝土澆筑后的2～3個月時間內收縮趨勢明顯,隨后收縮趨勢逐漸趨于平緩。三向應變計單支儀器的最大變幅為636.85 με,無應力計單支儀器的最大變幅為508.20 με,所受微應變均小于三向應變計,微應變變幅相差128.65 με。

(2)經(jīng)過長時間的監(jiān)測發(fā)現(xiàn)局部測點(混凝土內埋深較小部位分別為5號機組和9號機組的4號、5號測點)受季節(jié)性環(huán)境溫度影響其應變起伏較大,并且形成了一定的規(guī)律:冬季應力監(jiān)測其值較大,夏季所測應力值較小,三向應變計變幅在240 με以內,尤以5號機組和9號機組的4號、5號測點明顯。三向應變計歷時監(jiān)測變化過程見圖1。無應力計變幅在180 με以內,所受微應變變幅小于三向應變計微應變變幅60 με,尤以5號機組和9號機組的4號、5號測點明顯。無應力計歷時監(jiān)測變化過程見圖2。

圖1 三向應變計歷時監(jiān)測變化過程圖

圖2 無應力計歷時監(jiān)測變化過程圖

(3)在同標號混凝土條件下,混凝土內溫度較高的情況均發(fā)生在混凝土澆筑初期,其主要受混凝土水化熱影響導致,最高溫度為51.87 ℃。混凝土的表面溫度經(jīng)長時間監(jiān)測發(fā)現(xiàn):埋設在混凝土表面的溫度計受季節(jié)性環(huán)境溫度影響其應變起伏較大并形成一定的規(guī)律:冬季應力溫度值較小,夏季所測溫度值較大,變幅在25 ℃以內。