藏木水電站施工期實測應力監測成果分析與評價

馮宇強,鐘 聲

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072)

藏木水電站施工期實測應力監測成果分析與評價

馮宇強,鐘 聲

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072)

對藏木電站大壩應變計組監測資料進行處理與分析，對于了解大壩安全性態和指導工程運行具有重要意義。本文結合壩體導流底孔下閘蓄水前的混凝土應力計算成果對壩體應力狀態進行了定性、定量分析。綜合分析認為藏木水電站大壩應力狀態正常，安全狀態良好。

藏木水電站；施工期；實測應力

0 前 言

藏木水電站是雅魯藏布江干流中游桑日～加查峽谷段規劃5級電站的第4級電站，上游銜接街需水電站，下游為加查水電站，電站位于西藏自治區山南地區加查縣城上游17 km、雅魯藏布江中游桑日～加查峽谷段出口處，處于西藏中部電網負荷中心位置。藏木水電站開發任務為發電，無航運、漂木、防洪、灌溉等綜合利用要求。電站總裝機容量510 MW，水庫正常蓄水位3 310.00 m，校核洪水位3 310.61 m，設計洪水位3 310.00 m，死水位為3 305.00 m，電站具有日調節能力。

藏木大壩為混凝土重力壩，壩基和壩體應力是評價大壩安全的重要指標之一。因此，對大壩蓄水前的實測應力監測成果進行分析與評價，將十分有利于了解整個大壩施工期的安全性態，對于今后整個樞紐工程的安全運行將起到重要的指導作用。

1 測點布置

壩體應力結合工程特點，將5號溢流壩段、9號底孔壩段、12號廠房擋水壩段作為重點監測壩段，每個壩段設置1個監測斷面，在不同高程布置應變計組。其中最上游一組為九向應變計組，共14組，其余為五向應變計組，共56組。每組應變計組附近埋設一套無應力計，共70套。在5號溢流壩段和9號底孔壩段的上游壩踵處各布置1套九向應變計組和1支無應力計，監測大壩基礎部位應力應變。

2 應變計組合方式

根據不同部位應力狀態，混凝土應變計按五向、九向布置，各組應變計組合方式參見圖1、2。

圖1 五向應變計組 圖2 九向應變計組

3 混凝土試驗參數及實測應力計算步驟

根據研究內容成果，對混凝土彈性模量和徐變參數進行擬合。

3.1 混凝土彈性模量(見表1)

表1 混凝土彈模試驗成果

采用朱伯芳提出的公式，計算公式如下：

E(τ)=E0[1-eaxb]

式中τ——混凝土齡期；

E0——最終彈性模量，GPa；

a、b——常數。

擬合結果[1]見表2。

表2 混凝土彈性模量參數擬合

3.2 徐變參數擬合

混凝土徐變擬合公式的函數表達式為：

C(t,τ)=(a0+b0τ-c0)×

[1-e-(a1+b1τ-c1)×(t-τ)a2+b2ln(x+1)]

式中τ為齡期,d;t～τ為持荷時間,d;a0、b0、c0、a1、b1、c1、a2、b2為公式系數，結果[1]見表3。

表3 混凝土徐變度參數擬合

3.3 應力計算步驟

壩體混凝土應變計組實測應變轉化為應力計算步驟如下【2】：

(1)為了分析扣除溫度影響后的混凝土自生體積的變化，首先需求得溫度線膨脹系數α，由此分析混凝土的溫度變形，通過分離實測資料中溫度變形對無應力計測值的影響，計算混凝土的自生體積變形值。扣除溫度影響后混凝土自生體積計算公式為：

G(t)=ε0-αΔT0

式中G(t)——自生體積變形;

ε0——無應力計測值；

α——溫度線膨脹系數；

ΔT0——溫度變化量。

(2)五向應變計組、九向應變計組根據第一平衡不變量原理做平衡修正。

(3)在大體積混凝土中布置埋設的應變計組可以認為是代表點應力狀態的一個測點，根據彈性力學基本原理，任意方向的應變εN與正應變、剪應變有如下關系式：

εN=εxl2+εym2+εzn2+γxylm+γyzmn+γxzln

式中εx、εy、εz——分別為x、y、z三個方向的正應變;

γxy、γyz、γxz——分別為剪應變;

l、m、n——為方向余弦，l=cos(N,X)，m=cos(N,Y)，N=cos(N,Z)。

對于由n支儀器組裝而成的應變計組，可建立n個方程，方程組的矩陣形式如下：

[A]×{ε}={E}

式中 [A]——方程組的系數矩陣；

{ε}——正應變和剪應變矩陣；

{E}——實測應變矩陣。

(4)由正應變計算單軸應變：

取μ=0.167。

(5)根據《混凝土安全監測技術規范》，在實測應變和徐變試驗資料的條件下，采用變形法計算各個方向混凝土的應力[3]。應力計算流程見圖3。

圖3 應力計算流程

4 應力計算成果分析

本文以藏木水電站5號壩段為例，進行應力計算成果分析[4]。

(2)壩體。5號壩段3 236 m高程X向(壩軸線方向)應力在-2.88～1.57 MPa之間，拉應力主要

圖4 5號壩段壩踵部位3 229.00 m高程應力過程線

發生在一冷階段，上游、中部目前基本穩定，總體為壓應力；Y向(順河向)應力在-3.91～1.38 MPa之間，下閘前總體表現為壓應力；Z向(豎向)應力在-2.84～1.61 MPa之間，上游側表現為壓應力，壓應力隨時間增長而增大，下游部位存在一定拉應力，但量值較小，且變化較平穩(見圖5)。

5號壩體3 240.25 m高程X向應力在-1.50～1.30 MPa之間，拉應力主要發生在冷卻階段，目前總體表現為壓應力；Y向應力在-1.52～1.65 MPa之間，上游、中部總體為不大的拉應力，拉應力主要發生在一冷階段，目前基本穩定；Z向應力在-1.64～1.31 MPa之間，目前總體為壓應力，壓應力隨時間增長而增大。

圖5 5號壩段3 236.50 m高程應力過程線

3 244.5 m高程X向應力在-3.33～0.89 MPa之間，拉應力主要發生在冷卻階段，目前均表現為壓應力；Y向應力在-3.02～0.73 MPa之間，目前均表現為壓應力，量值在-1.12～-2.86 MPa；Z向應力在-4.34～0.96 MPa之間，目前均為壓應力，量值在-0.95～-3.11 MPa之間，壓應力隨時間增長而增大(見圖6)。

圖6 5號壩段壩踵部位3 240.25 m高程應力過程線

5 結 語

綜合上述分析可知，藏木電站下閘前，大壩混凝土實測應力總體表現為受壓，壩踵處于受壓狀態；壩體存在少量拉應力，主要發生在混凝土一冷期間，之后逐漸表現為受壓狀態，并持續增加；豎直向應力表現為受壓，并隨著壩體澆筑高程的增加而增大。整體來看，壩體混凝土實測應力符合一般規律，無異常突變，大壩施工期間，壩體應力狀態正常。

[1] 雅魯藏布江藏木水電站石灰石粉摻合料混凝土特性試驗研究[R].成都勘測設計研究院,2013.

[2] 吳中如.水工建筑物安全監控理論及其應用[M」.北京:高等教育出版社,2003.

[3] DL/T5178-2003混凝土壩安全監測技術規范[S].中國電力出版社,2003.

[4] 藏木水電站導流底孔下閘蓄水前安全監測資料初步分析報告[R].成都勘測設計研究院,2013.

2016-08-23

馮宇強(1984-)，男，山西忻州人，碩士，工程師，從事工程安全監測工作。

698.1+1

B

1003-9805(2017)01-0074-04