某水利樞紐電站廠房安全監測布置及成果分析

江世好 丁小闖 單海年

南京南瑞集團公司(國網電力科學研究院) 江蘇 南京 211116

1 工程概況

某水利樞紐是一座改善城市環境、水景觀、航運為主，兼顧水力發電及其他的綜合性水利樞紐工程。在保證防洪排澇安全的前提下，適當抬高江河段的城市景觀水位，改善城市水環境，解決航運水位銜接問題，兼顧水力發電。本工程按水庫庫容劃分，屬大型水庫，樞紐工程等別為Ⅱ等。主要建設內容有：攔河壩、13孔閘壩、電站廠房及進場交通公路，正常蓄水位77m，總庫容7.1億m3，電站裝機容量57.7MW，為燈泡貫流式機組，多年平均發電量2.207億千瓦時。

本次選擇電站廠房作為主要監測部位，共選擇3個橫向監測斷面布設監測儀器，其中在安裝間、主機間2#及5#機組段各選擇1個代表橫向監測斷面。

2 監測儀器布置情況

電站廠房安全監測項目包括變形監測、滲流監測、應力應變與溫度監測。

（1）變形監測

選取安裝間、2#和5#機組附近布設單點基巖變位計進行基礎垂直位移監測，同時在2#、5#機組與混凝土結合處設置測縫計監測接縫或裂縫的開合情況及變形情況。

（2）滲流監測

選取安裝間、2#和5#機組附近布設基礎滲壓計，其中2#、5#機組在機殼附件分部選取2個監測斷面，每個監測斷面環向布設4支滲壓計，用以監測機組運行過程中機組滲壓變化情況。

（3）應力應變與溫度監測

選取2#、5#機組沿流道方向布設4個監測斷面，每個監測斷面布設3～4組三向應變計組、鋼筋計和表面應變計，每個應變計組旁邊1m處布置1個無應力計。用以監測機組運行后的應力應變變化情況，實時掌握機組運行時混凝土及鋼管等建筑物的應力應變監測數據。

圖1 廠房監測平面布置圖

圖2 廠房機組監測剖面圖

3 電站廠房監測數據分析

3.1 接縫監測

接縫監測主要采用測縫計進行觀測。儀器安裝初期受混凝土水化熱影響，各測縫計測值變幅較大，呈現先收縮后張開，隨著水化熱溫度趨于穩定，儀器測值也趨于穩定。2017年10月一期蓄水后，混凝土受水冷作用及天氣轉冷，上下游監測部位混凝土溫度出現明顯下降，相應部位接縫測值增大，2018年3月后受混凝土溫度升高影響，接縫測值減小，符合混凝土熱脹冷縮特性。目前廠房各接縫測值在0.18mm～7.48mm之間。

圖3 廠房典型接縫監測過程線圖

3.2 基巖變形監測

基巖變形主要采用單點位移計進行監測。儀器安裝初期，主要受基巖回彈、基巖內部固結灌漿以及基巖熱脹的影響，基巖面承受向上拉力，呈現拉伸趨勢。由監測資料可知，隨著混凝土澆筑高度增加，基巖受壓，變形測值均趨于穩定，且測值變幅較小，2017年10月一期蓄水后，變幅均在1mm范圍內，目前測值基本都在3mm以內。

圖4 廠房典型基巖變形監測過程線圖

3.3 滲流監測

滲流監測主要采用滲壓計進行觀測。廠壩過水前各部位基巖滲壓計測值變化平穩，暴雨積水及固結灌漿均對測值產生小幅增大影響，2017年11月蓄水后各部位滲透壓力主要受外界水位影響，出現明顯增大，而后基本穩定，無異常現象。

圖5 廠房典型滲流監測過程線圖

3.4 混凝土應力應變及溫度

從監測過程線圖來看，混凝土應力應變監測儀器在安裝初期隨著混凝土澆筑，承受壓應力，主要發生壓應變，且主要發生在水化熱過程中，當壓應變達到一定值后基本保持不變。之后在溫降過程中，壓應變逐漸減小，拉應變逐漸增大，而后趨于平穩。各部位混凝土水化熱最高溫度均在40℃～70℃之間，當前溫度基本在22℃～25℃之間。混凝土從水化熱達到最高溫度后的溫降幅度在15℃～40℃之間。

總體來說，混凝土應力應變測值在儀器安裝初期受混凝土水化熱影響變幅較大，目前基本趨于穩定，變幅較小。

圖6 典型應力應變及溫度監測過程線圖（2#機組）

圖7 典型應力應變及溫度監測過程線圖（5#機組）

3.5 鋼筋應力及溫度監測

鋼筋應力主要采用鋼筋計測量。儀器安裝初期，受混凝土熱脹冷縮特性影響，溫度上升時，鋼筋應力出現壓應力增大趨勢；溫度下降時，鋼筋應力壓應力逐漸減小，拉應力逐漸增大。后期混凝土溫度穩定后，鋼筋應力隨著穩定，且隨著溫度的季節性變化而小幅變化。目前，總體來說鋼筋應力測值變幅較小，已趨于穩定。

圖8 廠房典型鋼筋應力監測過程線圖（2#機組）

圖9 廠房典型鋼筋應力監測過程線圖（5#機組）

4 主要結論與建議

（1）工程的監測項目、監測斷面和埋設位置比較全面，重點部位明確，針對性較強；監測系統能夠反饋工程施工期和運行期的工作性態，為工程安全評價及運行管理服務。

（2）根據監測物理量變化狀態分析，電站廠房各監測值已趨于穩定，建筑物工作性態正常，未見明顯異常現象。

（3）通過合理的安全監測布置，設計完整、科學合理的安全監測系統，對測點部位進行實時監測，及時分析數據并進行相關檢查，可以做到實時監測水工建筑物的結構特性和應力應變狀態，為水工建筑物的安全穩定運行提供依據，這對確保工程安全運行十分必要。