豐滿大壩廠房加固安全監(jiān)測系統(tǒng)觀測資料分析

李作光

（豐滿發(fā)電廠,吉林 吉林 132108）

豐滿發(fā)電廠是我國第一座大型水電站,一期廠房位于右岸,為壩后式廠房,20世紀80年代后,工程經(jīng)多次改造和擴建,發(fā)電廠房進行了二、三期的擴建。2009年1月12日,一期廠房7號、8號機附近的2號、3號鋼屋架下弦桿出現(xiàn)無預(yù)兆斷裂破壞,個別腹桿發(fā)生斷裂及壓彎破壞。同時1～4號鋼屋架之間的垂直支撐由于屋架下沉造成個別桿件彎曲,情況十分危急。需對廠房排架以及排架柱結(jié)構(gòu)進行監(jiān)測,及時查明和預(yù)警廠房加固過程中及運行期間的安全隱患,分析預(yù)報廠房施工期和運行期安全。

1 安全監(jiān)測項目

a.排架結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測

監(jiān)測廠房排架結(jié)構(gòu)中桿件的應(yīng)力應(yīng)變增量變化,了解排架的受力情況,為廠房安全運行監(jiān)控提供依據(jù)。

b.廠房邊墻和排架立柱相對變形監(jiān)測

監(jiān)測廠房排架所在的上下游邊墻（上下游立柱）之間的相對位移量,分析廠房運行期的變形過程和整體穩(wěn)定情況。

c.外包鋼加固后桿件的應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測

監(jiān)測廠房立柱加固后的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài),及時分析加固后排架立柱的運行穩(wěn)定情況。

d.廠房立柱傾斜角度監(jiān)測

監(jiān)測廠房排架立柱和邊墻的傾斜變形情況,分析廠房結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定狀態(tài)。

e.錨索張拉力及應(yīng)力監(jiān)測

監(jiān)測錨索的受力情況和應(yīng)力松弛狀況,分析廠房結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定狀態(tài),及時調(diào)整和控制錨索的張拉力。

f.施工期收斂監(jiān)測

廠房共有20個排架,其中有14個排架沒有進行安全監(jiān)測,考慮廠房結(jié)構(gòu)安全,需要在錨索施工張拉期間進行廠房邊墻變形監(jiān)測,分析在錨索張拉期間廠房結(jié)構(gòu)穩(wěn)定情況。

2 監(jiān)測系統(tǒng)

a.錨索應(yīng)力監(jiān)測

本次加固的主要方案是通過錨索來承受載荷,因此,準確及時掌握錨索的內(nèi)力及其變化特征,可以推測廠房結(jié)構(gòu)受力變化。

b.變形監(jiān)測

結(jié)構(gòu)變形是結(jié)構(gòu)狀態(tài)改變最靈敏、最精確的反映,因此,對結(jié)構(gòu)變形的監(jiān)測能夠更準確地把握結(jié)構(gòu)恒載內(nèi)力狀態(tài)改變。另外,部分結(jié)構(gòu)損傷也將導(dǎo)致變形情況的異常,通過對變形的監(jiān)測也可識別出這些損傷。因此結(jié)構(gòu)變形的監(jiān)測對于內(nèi)力狀態(tài)及損傷識別均有重要意義。

c.應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測

結(jié)構(gòu)應(yīng)力是判斷結(jié)構(gòu)安全最直接的指標,因此,對于應(yīng)力異常變化應(yīng)給予足夠重視,并結(jié)合環(huán)境、變形等其它監(jiān)測結(jié)果來綜合判定結(jié)構(gòu)狀態(tài)是否處于安全及可控的應(yīng)變范圍。

d.傾斜監(jiān)測

由于廠房上下游邊墻屬于高邊墻結(jié)構(gòu),在錨索張拉及施工運行期間,廠房排架立柱和邊墻的傾斜應(yīng)給予高度重視,并結(jié)合變形及應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果互相驗證,綜合判定結(jié)構(gòu)狀態(tài)是否處于安全穩(wěn)定狀態(tài)。

e.溫度監(jiān)測

結(jié)構(gòu)溫度對結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形具有顯著的影響,是監(jiān)測的重要內(nèi)容。通過實時監(jiān)測廠房內(nèi)外的環(huán)境溫度、廠房各主要構(gòu)件的溫度及溫度梯度等數(shù)據(jù),為分析結(jié)構(gòu)的受力和變形、分析結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)的相關(guān)性提供依據(jù)。

3 監(jiān)測儀器布置

根據(jù)加固設(shè)計方案與廠房實際破壞情況,以及應(yīng)急監(jiān)測成果,監(jiān)測一期廠房1～8號機之間的廠房結(jié)構(gòu)安全,監(jiān)測儀器布置在1號、3號、4號、11號、16號排架上,如圖1～圖3所示,共布置5個斷面進行監(jiān)測。在廠房下列位置布置儀器。

a.排架的應(yīng)變監(jiān)測

在1～8號機組之間選擇5個排架,布置在1號、3號、4號、11號和16號排架上。在選擇的每個排架上布置12支應(yīng)變計,以上游側(cè)的上弦桿和下弦桿為主,斜拉桿為輔,共計選擇5個排架進行監(jiān)測,布置60支應(yīng)變計。

b.廠房邊墻和排架立柱相對變形監(jiān)測

在選擇的5個排架所在的監(jiān)測斷面,每個監(jiān)測斷面靠近排架下部布置1套振弦式收斂計,監(jiān)測廠房邊墻和排架立柱運行期間的相對位移變化,共計布置5套振弦式收斂計。

c.外包鋼的應(yīng)變監(jiān)測

在工程排架所在的監(jiān)測斷面,上下游立柱外包鋼外側(cè)布置2支應(yīng)變計,共布置4支應(yīng)變計。

d.錨索拉力監(jiān)測

因原排架材質(zhì)性能指標較低,材料呈脆性老化,考慮廠房排架安全,在廠房5個排架10束錨索布置40支鋼索測力計,共計40支鋼索測力計。

e.廠房立柱傾斜角度監(jiān)測

在10號、14號排架所在的小立柱和大立柱上布置傾斜儀,小立柱上布置1支,大立柱上布置1支,每個斷面4支,共布置2個斷面8支傾斜儀。其中2號、3號、4號排架應(yīng)急監(jiān)測時已安裝傾斜儀,本次監(jiān)測不再安裝。

f.溫度監(jiān)測

在廠房3號排架上下游小立柱邊墻內(nèi)外側(cè)各布置2個溫度計,共布置4個。

4 安全監(jiān)測自動化

根據(jù)本工程規(guī)模和特點,自動化監(jiān)測系統(tǒng)由監(jiān)測儀器、數(shù)據(jù)采集裝置（MCU）、通信裝置、監(jiān)測計算機及外部設(shè)備、數(shù)據(jù)采集軟件、信號及控制線路、通信光纜及電源線路等組成。

為便于集中管理,將自動化監(jiān)測采集裝置（MCU）均就近布置在相應(yīng)的排架附近,MCU采集信號無線傳輸?shù)截S滿發(fā)電廠大壩監(jiān)測中心,根據(jù)采集軟件所設(shè)置的傳輸方式傳輸至數(shù)據(jù)分析計算機,對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行實時整理、分析。

圖1 1號、3號排架測點布置圖

圖2 4號、11號排架測點布置圖

圖3 16號排架測點布置圖

5 觀測資料分析

5.1 錨索拉力監(jiān)測資料分析

2009年10月18日～20日,由豐滿發(fā)電廠水檢工程處對所有錨索進行二次張拉,此后每周五進行1次觀測,觀測成果見表1。

二次張拉前,每根錨索力測值在15 kN左右,經(jīng)過張拉后保持在22 kN左右。從表1數(shù)據(jù)可看出：

表1 錨索拉力監(jiān)測成果表kN

a.16號桁架出現(xiàn)25 kN左右的均值,經(jīng)分析由廠房內(nèi)吊車停放的位置引起某桁架索力增大,屬于正常現(xiàn)象;

b.在本段觀測期內(nèi),各個桁架錨索力值變幅在6.490 51～7.535 55 kN變化,變化幅度不到1 t（10 kN）。

由此可見,從2009年10月到2010年4月這段時間的錨索力測值處于正常范圍內(nèi),錨索加固效果良好。

5.2 溫度監(jiān)測資料分析

由于觀測數(shù)據(jù)無線傳輸調(diào)試的原因,溫度觀測從2010年4月7日才開始有觀測數(shù)據(jù),觀測數(shù)據(jù)見表2。

由表2可看出,該段觀測時期室內(nèi)外溫差最大為14.1℃,豐滿地區(qū)冬季的最低溫度在1月份,室外最低可達-32℃左右,室內(nèi)外溫差最大值接近40℃,這將使廠房上下游側(cè)外墻體向外收縮,使廠房鋼屋架下弦桿產(chǎn)生最不利的拉力,所以每年冬季應(yīng)特別關(guān)注廠房室內(nèi)外溫度監(jiān)測。

表2 溫度觀測成果表℃

表3 排架的應(yīng)變監(jiān)測及外包鋼的應(yīng)變監(jiān)測資料統(tǒng)計

5.3 排架應(yīng)變監(jiān)測及外包鋼應(yīng)變監(jiān)測資料分析

應(yīng)變監(jiān)測結(jié)果見表3。

由表3可看出：該觀測時段內(nèi)的各排架應(yīng)變值的最大值在46.3～69.7范圍內(nèi),最小值在40.6～55.5范圍內(nèi),變幅在5.68～24.9范圍內(nèi),沒有發(fā)生異常。

5.4 廠房邊墻和排架立柱相對變形監(jiān)測資料分析

布置振弦式收斂計,用于錨索張拉時,監(jiān)測廠房邊墻和排架立柱運行期間的相對位移變化,為臨時監(jiān)測項目,從監(jiān)測資料可看出：錨索張拉過程中,廠房邊墻和排架立柱間的相對位移無異常變化。

5.5 廠房立柱傾斜角度監(jiān)測資料分析

為應(yīng)急監(jiān)測時的項目,從監(jiān)測資料可看出：錨索張拉過程中,廠房立柱傾斜角度無異常變化。

6 結(jié)論

通過對豐滿大壩一期廠房加固安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)2009年10月～2010年4月的觀測資料進行分析,可得出如下結(jié)論。

a.錨索力測值處于正常范圍內(nèi),錨索加固效果良好。

b.豐滿大壩一期廠房的室內(nèi)外溫差最大值接近40℃,使廠房鋼屋架下弦桿產(chǎn)生最不利的拉力,每年冬季應(yīng)特別關(guān)注廠房室內(nèi)外溫度監(jiān)測。

c.排架的應(yīng)變及外包鋼的應(yīng)變觀測值沒有發(fā)生異常的變化。

d.錨索張拉過程中,廠房邊墻和排架立柱間的相對位移無異常變化。

e.錨索張拉過程中,廠房立柱傾斜角度無異常變化。

李作光（1966—）,碩士,高級工程師,長期從事大壩安全監(jiān)測工作。