小湾拱坝水力学试验期间诱导缝运行工况分析

余　意，张　鹏，李洪波（华能澜沧江水电股份有限公司小湾水电厂，云南　大理 675702）

小湾拱坝水力学试验期间诱导缝运行工况分析

余意，张鹏，李洪波
（华能澜沧江水电股份有限公司小湾水电厂，云南大理 675702）

诱导缝可以有效地改善坝踵应力分布，防止坝踵拉裂，确保大坝安全。小湾工程于2014年8月进行了泄洪水力学试验，从本次泄洪水力学试验期间的监测数据来看，泄洪水力学试验并未对诱导缝造成太大的影响，诱导缝经受住了泄洪试验的考验，其试验结果可供其他工程参考。

诱导缝；高拱坝；泄洪水力学试验；小湾水电站

0　引言

拱坝是一个三面受岩体约束的高次超静定壳体结构，坝体中的应力状态不仅与水压、变温等荷载有关，还取决于坝体和基岩的相互作用。参考以往常规高拱坝的裂缝形式实例认为，坝踵附近是最易开裂的部位。因此，如何防止高拱坝坝踵的开裂已引起学术界和坝工界的广泛重视。至今为止，主要有两种处理方式：①采取局部加大拱端和梁底厚度的办法，同时严格控制施工温度，这种方法具有可降低坝底的切应力和主拉应力，施工简单等优点，缺点是无法为可能产生的裂缝设置止水；②针对高拱坝的坝踵附近存在较大的拉应力区，提出了释放周边约束以减小拉应力的方法，这有助于使坝体趋于一种均匀受压的状态，如设置周边缝，在正常使用时，一旦缝处受拉或受地基约束有受拉趋势即允许其张开，并在缝中设置有效的止水措施，以达到“以缝治缝”的目的。

小湾工程为了改善坝踵应力分布，防止大坝被拉裂，确保大坝安全，在坝踵人为设置结构缝以释放坝踵梁向的高拉应力，进而实现对开裂的控制。

1　诱导缝设计

小湾拱坝诱导缝设置在17～28号坝段，缝深10 m，缝末端设有1.5 m×2.0 m的近似椭圆形廊道，其作用一方面是消除缝端应力集中，另一方面作为诱导缝的检查和处理通道。

各坝段诱导缝面中心线高程从957～993 m不等，最低高程位于22、23号坝段，为957.5 m，距建基面7.0 m。诱导缝以下为拱坝上游贴角，贴角混凝土直接浇在基岩上，诱导缝以上按拱坝拱圈体形施工。

诱导缝面和诱导缝检查廊道都配置了结构钢筋，诱导缝底部利用固结灌浆孔下锚筋桩，以增强浅表层卸荷松弛岩体的整体性。

2　泄洪水力学试验情况

为了验证设计、检验施工和揭示缺陷，小湾工程于2014年8月18日～2014年8月24日期间进行了泄洪水力学原型观测试验。泄洪情况如表1所示。

表1　小湾拱坝泄洪工况

3　试验期间监测数据及分析

泄洪水力学试验期间对诱导缝的安全监测项目主要有渗压监测、开合度监测、压应力监测，所使用的仪器分别是渗压计、测缝计和压应力计，根据监测仪器反馈的监测数值，进行分析，以此来评定小湾拱坝诱导缝在泄洪水力学试验期间的工作状况。

3.1渗压监测

泄洪水力学原型观测试验期间诱导缝渗压计监测累计变化量如图1所示。诱导缝渗压计每日试验前后的测值变化如图2所示。

图1　试验期间渗压计累计变化量

从图1可以看出，埋设在24号坝段编号为C4-A24Y-P-01（高程为960.0 m）的渗压计在水力学试验前后测值变化相对较大，累计增大0.058 MPa，编号为C4-A16Y-P-01和C4-A26Y-P-01的渗压计在水力学试验前后的测值分别增大了 0.017 MPa和0.012 MPa，其他渗压计的监测数值没变或有所降低。

图2　渗透压力变化

由图2可以看出，渗透压力变化最大的出现在24号坝段，渗压计编号为 C4-A24Y-P-01（高程为960.0 m），变化量最大的时间是在泄洪第三天，渗压计变化量最大为0.013 MPa，在泄洪第三天，大部分的渗压计变化都相对较大。

3.2诱导缝开合度监测

诱导缝开合度监测使用的仪器为测缝计，水力学原型观测试验期间，诱导缝测缝计的累计变化量如图3所示。测缝计在水力学试验期间每天泄洪前后的变化量如图4所示。

图3　试验期间诱导缝测缝计累计变化

由图3所显示的数据可知，测缝计在试验期间的监测数值整体比较平稳，无太大的波动，累计变化最大值仅为0.02 mm，出现在28号坝段的测缝计C4-A28Y-J2-01（水平）（高程为960.0 m）。

从图4的数据可以看出，对于诱导缝测缝计反馈的监测数据而言，测缝计监测数值在前两天出现了一定波动，波动最大值为0.02 mm，分别是试验第一天的C4-A26Y-J-01和试验第二天的C4-A22YJ2-02（水平）。但是整体而言，当天泄洪前后的变化量和泄洪期间的变化量都不大，累计变化幅度最大的是17号坝段的C4-A17Y-J2-02（高程为991.0 m），该部位的诱导缝张开了0.03 mm。

图4　测缝计测值变化

3.3诱导缝应力监测

诱导缝应力监测使用的仪器为压应力计，在泄洪水力学试验期间，诱导缝压应力计的累计变化量如图5所示。诱导缝压应力计每天试验前后的测值变化情况如图6所示。

图5　诱导缝压应力计试验期间累计变化量

从图5中可以看出，压应力变化最大值出现在22号坝段、957.5 m高程的C4-A22Y-C-01诱导缝，累计变化值为0.279 MPa。压应力计C4-A17Y-C-01的变化值为0.011 MPa，其余测点的压应力均有所减小。

由图6可知，压应力计单日监测数值变化最大值为0.109 MPa，出现在泄洪第三天，为22号坝段编号为C4-A22Y-C-01（高程为957.5 m）的压应力计，累计变化最大值也是该支仪器。整体来看，每天泄洪前后的变化幅度不大。

为了更好地分析和验证诱导缝的压应力情况，现列出坝踵部位压应力计在水力学试验期间的监测情况，如图7所示。

图7　试验期间坝踵压应力变化

由图7可以看出，在坝踵部位，变化最大的是压应力计C4-A22-E-01，仪器埋设部位在22号坝段岩基面950.5 m高程，累计变化值0.03 MPa，而诱导缝的压应力变化最大值出现在22号坝段的C4-A22Y-C-01（高程为957.5 m），累计变化值为0.279 MPa，二者基本一致。

3.4结论

（1）泄洪水力学试验对于渗透压力的影响最大出现在泄洪第三天，测值变化最大的仪器为埋设在24号坝段960.0 m高程的编号为C4-A24Y-P-01的渗压计，单日变化最大值为0.013 MPa，并且泄洪前后累计变化值也是最大，为0.058 MPa。

（2）小湾拱坝本次泄洪对于诱导缝的开合情况影响比较小，单日最大值为0.03 mm，累计最大值为0.02 mm，整体比较稳定。

（3）诱导缝压应力计泄洪期间监测变化量显示，出现变化值波动较大的也是出现在泄洪第三天，出现部位为22号坝段，957.5 m高程，单日变化最大值0.109 MPa，该部位累计变化量也是最大，为0.279 MPa，并且与坝踵压应力计监测的累计变化值0.03 MPa基本一致。

（4）泄洪试验期间，监测项目的单日变化最大值和累计变化最大值出现在22号坝段957.5 m高程和24号坝段的960.0 m高程，说明泄洪水力学试验对该部位的影响相对较大，因此，当以后出现类似工况时需要加强对该部位的监测。

4　结语

小湾大坝为300 m级高拱坝，诱导缝承受了280 m左右的水头，该工程泄洪水力学试验成果对于类似工程有一定借鉴意义。从小湾拱坝本次泄洪水力学试验期间的监测数据来看，泄洪水力学试验并未对诱导缝造成太大的影响，诱导缝经受住了泄洪试验的考验。诱导缝的安全监测和监测成果的及时分析评价，对确保诱导缝正常工作，保证大坝安全稳定运行具有重要意义。

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［6］潘琳，韩世栋，陈宏伟，等.小湾高拱坝蓄水初期诱导缝安全监测资料分析［J］.大坝与安全，2010（3）：42-45.

（责任编辑焦雪梅）

Operation Condition Analyses of Induced Joints during Hydraulic Experiment of Xiaowan Arch Dam

YU Yi，ZHANG Peng，LI Hongbo
（Huaneng Hydro Lancang Xiaowan Hydropower Plant，Dali 675702，Yunnan，China）

The induced joints of arch dam can effectively improve the stress distribution of dam heel and prevent dam heel cracking to ensure dam safety.The flood discharge hydraulic experiment of Xiaowan Arch Dam is carried out on August，2014. The monitoring data of hydraulic experiment are analyzed and the results show that the experiment does not cause a significant impact on induced joints of dam.The induced joints can safety operated during the flood discharge hydraulic experiment.The experiment results of Xiaowan Arch Dam will provide references for other hydropower projects.

induced joint；high arch dam；flood discharge hydraulic experiment；Xiaowan Hydropower Station

TV131.6（274）

A

0559-9342（2015）10-0075-04

2015-07-29

余意（1989—），男，湖北孝感人，硕士，主要从事大坝安全监测工作.