温度计在毛滩河三层岩水电站大坝安全监测中的应用

张忠举，周克明，赵　阳，吉宏军

(1.江苏南水科技有限公司，江苏南京210012；2.水利部水文水资源监控工程研究中心，江苏南京210012；)



温度计在毛滩河三层岩水电站大坝安全监测中的应用

张忠举1,2，周克明1,2，赵阳1,2，吉宏军1,2

(1.江苏南水科技有限公司，江苏南京210012；2.水利部水文水资源监控工程研究中心，江苏南京210012；)

大坝混凝土在水化热、水温、气温、太阳辐射等因素影响下会产生裂缝等情况，从而降低大坝混凝土的完整性，影响大坝的施工期及运行期的安全。根据毛滩河三层岩水电站的实际情况及特点，采用温度计进行温度监测资料分析，分析其观测数据成果可知道大坝内部的温度变化趋势；监测成果表面：大坝混凝土温度变化幅度不大，上游、中部、下游温度计监测资料反应温差梯度比较均匀，对大坝混凝土有较好的效果，避免了混凝土微裂缝的产生。施工中采用循环水冷却措施，在不同的高度进行铺设冷却水管，从而保证了大坝混凝土的浇筑质量，温控效果明显。图13幅，表1个。

水电站;大坝监测;温度计；应用

1　概　述

毛滩河三层岩水电站大坝是重庆市石柱县境内的1座混凝土大坝，坝址地质条件复杂，施工难度较大，技术要求就更高，大坝需要承受水较大的推力，因此大坝混凝土整体性要求高。而要保证大坝混凝土的完整性，则需要监测温度，进而避免产生裂缝；而温度变化对大坝的变形有较大影响，容易产生裂缝，影响混凝土大坝的安全运行。

郁江为乌江右岸一大支流，是跨湖北、重庆两省市的中等河流，发源于湖北省利川市汪营乡南山岭，西南行于鄂渝界上，又入利川市境；南经长顺入重庆彭水县境，经洞坪、郁山镇左纳中井河,西南流过天落、双河至三江口右纳普子河, 经羊头铺、长滩，在彭水县城汇入乌江。河流全长172.7 km，落差1 471.4 m，流域面积4 617 km2；重庆境内河长84.6 km，落差142.4 m，界河长10.5 km，流域面积2 555 km2。

毛滩河为乌江流域七曜山脉以东郁江右岸的一级支流，属乌江流域，发源于重庆市石柱县金铃乡七曜山袁家湾，南流经金铃、金竹、新乐乡，于新乐乡九蟒村吴家湾流入湖北省利川市文斗区域，再南偏东于龙口处汇入郁江。河长27 km，流域面积231 km2，河口流量6.63 m3/s。石柱县境内河长22 km，流域面积185.35 km2。

毛滩河三级电站(三层岩电站)坝址位于石柱县新乐乡九蟒村附近的滴水潭峡谷，坝址以上控制流域面积158.63 km2，河长18.75 km，河道平均比降29.50‰。

厂房位于石柱县新乐乡九蟒村附近的三层岩，厂房布置于毛滩河左岸，厂址以上控制流域面积185.35 km2，河长24.91 km，比降23.53‰。

毛滩河三层岩水电站是碾压混凝土大坝，混凝土拱坝采用混凝土圆弧线等厚度双曲拱坝，左右岸对称布置，拱坝中心线顺河床布置。最低建基面高程588.00 m，坝顶高程644.00 m，最大坝高56 m，拱坝拱冠梁处底厚12.995 m，厚高比0.23，坝顶宽3.5 m(见图1)。

图1毛滩河三层岩水电站大坝平面示意

2　温度计监测布置

大坝共安装了25支温度计，其中6支基岩温度计，19支混凝土温度计；进行混凝土大坝监测时，根据设计监测布置图安装(见图2、图3)。

图2　大坝温度计监测立视图

图3大坝温度计监测剖面布置

3　温度计结构及工作原理与计算

3.1一般构造

STW—1型电阻温度计由电阻线圈、外壳及电缆组成，其电缆引出形式分为4芯(见图4)。

图4STW—1型电阻温度计结构示意

图中的电阻线圈是感温元件,采用高强度漆包线按一定工艺绕制,用紫铜管作为温度计的外壳,与引出电缆槽密封而成。

3.2温度计的工作原理

温度计利用铜电阻在一定的温度范围内与温度成线性的关系工作，当温度计所在的温度变化时其电阻值也随着变化。

3.3计算公式

t=5×(Rt-46.60)

式中，t为测量点的温度(℃) ；Rt为温度计实测电阻值(Ω) ；R0为温度计零度电阻值(Ω)，R0=46.60；a为温度计温度系数(℃/Ω)，a=5。

4　温控变化分析

对于碾压混凝土大坝来说，温度控制很重要，因为温度的变化不仅对碾压混凝土大坝的变形有明显的影响，而且会产生温度应力，对大坝的机构应力状态也有影响。一般有以下几种方面：

(1)温度随时间变化。混凝土浇筑后，混凝土中的水泥和水化产生水化热导致温度升高，一般在3～7 d，过后会逐步从最高点下降，直到稳定。

(2)温度在空间的变化。由于坝体表面混凝土比内部容易散热，造成大坝内部的温度不均匀。

(3)温度的周期变化。主要是大坝内部的大气和水温度等的变化，这些情况在混凝土大坝内存在。在此情况下有复杂的温度场，在混凝土温度升高时，混凝土膨胀受到约束，混凝土内部引起压应力，因塑性较大，弹性模量小，应力不大。混凝土降温时，表面温度较低，内部温度高，表面温度收缩变形时受到约束，拉应力超过抗拉应力时，混凝土就会开裂，产生裂缝。温度的分析与监测对于大坝温度掌握很重要，在很多同类大坝中，均采用埋设温度计来监测大坝的温度，来了解大坝的散热情况，以便有效地监控大坝的温度情况。

以上这些对防止发生裂缝起到了关键的作用，在运行期间可以了解大坝温度的变化趋势，研究大坝的应力和自重作用下的变形和应力，很有价值。

5　监测成果分析

5.1基岩温度计

从6支基岩温度计监测成果可以知道(见表1)，基岩温度计变化的趋势如下所示(见图5～图13)。基岩温度计变化规律强，最高温度在32.1～39.8 ℃之间,最低温度在6.7～9.8 ℃之间，岩深处温度计不受外界气温的影响。

5.2坝体温度计

毛滩河三层岩电站大坝坝体安装19支温度计，混凝土温度上下游之间变化不大，受外界的气温影响，监测数据说明最高温度在19.0～39.6 ℃之间，最低温度在4.6～11.6 ℃之间，坝体的变化受季节变化影响较大,具有变化规律强的特点。

表1　温度计特征值统计

续表1　温度计特征值统计

图5　617.5 m高程温度计观测时间-温度变化曲线(一)

图6　630.0 m高程温度计观测时间-温度变化曲线

图7　585.0 m高程温度计观测时间-温度变化曲线

图8　598.0 m高程温度计观测时间-温度变化曲线(一)

图9　610.5 m高程温度计观测时间-温度变化曲线

图10　598.0 m高程温度计观测时间-温度变化曲线(二)

图11　607.0 m高程温度计观测时间-温度变化曲线

图12　617.5 m高程温度计观测时间-温度变化曲线(二)

图13617.5 m高程温度计观测时间-温度变化曲线(三)

从各高程的温度过程曲线及特征表可以看出：首先，大坝混凝土的降温阶段，混凝土浇筑开始通水冷却,水化热到最高温度。其次，冷却水后温度平稳逐步回升的平缓，降低开裂缝的风险。然后，温度逐步回升，达到混凝土的冷却效果，冷却水的温度下降。最后，混凝土随季节及库水位的变化影响开始变化。

从毛滩河三层岩电站大坝温度计监测成果分析得知，大坝总计安装25支温度计，其中T6～T8为基岩温度计，在安装初期温度计最高在39.8 ℃。通过观测成果来看，目前基岩温度计在9.5～11.6 ℃之间，混凝土温度计在4.6～11.0 ℃之间；观测温度计呈缓慢降温趋势，其温度变化符合大坝施工温控条件及规律；大坝基岩温度计基本不受外界影响，坝体内部温度计受季节的温度变化影响，坝体内部的变化是周期性的变化。

监测成果表面：大坝混凝土温度变化幅度不大，上游、中部、下游温度计监测资料反应温差梯度比较均匀，对大坝混凝土有较好的效果，避免了混凝土微裂缝的产生。施工中采用循环水冷却措施，在不同的高度进行铺设冷却水管，从而保证了大坝混凝土的浇筑质量，温控效果明显。温度计布置合理，采取的温控措施有效，可以在同类过程中继续总结经验，提高大坝混凝土温控水平。

从整体上来看，大坝温度已基本稳定，温度测值变化平稳，无较大幅度的变化。

6　结　语

通过本工程案例，提出了大坝混凝土温度计监测资料分析的方法，合理反映了混凝土的温度变化情况，保证了大坝混凝土的施工期和运行期的永久安全，验证了设计的合理性，满足大坝温控标准。

[1]国家电力监管委员会大坝安全监察中心.岩土工程安全监测手册[M]. 北京：中国水利水电出版社，2013:359_360.

[2]水利部南京水利水文自动化研究所. DG 型大坝安全自动监测系统培训教材[R]. 南京：水利部南京水利水文自动化研究所，2010: 161_165.

[3]重庆市水利电力建筑勘测设计研究院.重庆市石柱县毛滩河三层岩水电站工程可行性研究告[R].重庆：重庆市水利电力建筑勘测设计研究院，2010.

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责任编辑吴昊

2016-07-05

张忠举 (1983-)，男，主要从事水工建筑物及地下工程安全监测工作。

E_mail：1450111791@qq.com