电位器式位移计在长河坝心墙沉降监测中的应用研究

2017-01-21 03:17李大宏李菁王颖
四川水利 2016年5期
关键词:电位器长河心墙

李大宏,李菁,王颖

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司,成都,610072)

电位器式位移计在长河坝心墙沉降监测中的应用研究

李大宏,李菁,王颖

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司,成都,610072)

大量程电位器式位移计是监测心墙沉降的仪器,在长河坝工程使用为国内首次。使用过程中反映出了若干问题,有仪器自身缺陷,也有监测设计以及监测施工方面的问题。为有效解决初始沉降量漏测问题,本文提出了理论计算和电磁沉降环数值拟合的方法,并认为后者更实际。

安全监测 电位器式位移计 电磁沉降环 心墙沉降 长河坝水电站

1 前言

长河坝水电站位于四川省康定县境内,系大渡河干流水电规划“三库22级”的第10级电站,上接猴子岩电站,下游为黄金坪电站。该电站以单一发电为主,无航运、漂木、防洪、灌溉等综合利用要求。电站采用水库大坝、地下引水发电系统的开发方式,总装机容量2600MW,最大坝高240m。坝体分为土质防渗体、反滤层、过渡层及坝壳四大区。土质防渗体采用砾石土心墙,坝壳采用堆石填筑,心墙与上、下游坝壳堆石之间均设有反滤层、过渡层,下游堆石体与覆盖层坝基间设有水平反滤层。

土石坝沉降和沉降分布对评价大坝施工质量起着关键作用,为满足心墙区沉降监测的需要,心墙区内部沉降监测采用电位器式位移计和电磁式沉降仪进行。其中,大量程电位器式位移计在300m级高坝中使用为国内首次。

电位器式位移计主要由0~1200mm电位器式传感器、基点板、锚固板、万向节、测杆、传递管、保护罩、土工电缆等组成。仪器通过锚固板感知坝体内部沉降变化,锚固板随坝体沉降变化,带动传感器变化,在坝体沉降监测过程中具有安装便捷、施工干扰小,精度高等优点。

电位器式位移计布置,在桩号(纵)0+193.00m、(纵)0+253.72m监测断面心墙上、下游及坝轴线,在(纵)0+330m心墙上、下游,布置电位器式位移计沉降测线,测线各测点高程间距30m,共计24套电位器式位移计。

2 电位器式位移计在实际应用中存在的问题

2.1 实测沉降量小于实际沉降量。长河坝心墙区电位器式位移计采用分层埋设,通过沉降量层层累加的方法获得总沉降量。心墙底高程为1457m,其中第一层电位器式位移计埋设高程为1536m,由于采用钻孔安装,在传感器安装时,心墙料已填筑79m,历时8个多月,这期间由于电位器式位移计还未安装,心墙的沉降量无法监测。这是因仪器工作及安装原理造成的缺失,各高层电位器式位移计均存在填筑期沉降量缺失,因此造成实测沉降量小于实际沉降量的问题。

2.2 对高土石坝心墙的最终沉降量估计不足,造成底层仪器已经到了最大量程时,心墙填筑高程还有30m,大坝还未挡水,后期的心墙沉降量该仪器无法取得实测值。

2.3 仪器安装方面,混凝土底座面积偏小。首套仪器安装时,位移计传感器保护罩底部锚固板采用50cm×50cm×80cm(长×宽×高)的混凝土底座。安装时发现,混凝土底座面积偏小,与固定锚板联接不牢,仪器安装后头重脚轻,当出现下部心墙沉降不均匀时,可能会导致电位器式位移计倾斜,影响测量精度,甚至传感器被卡。所以在后续安装时,将混凝土底座加大,改为110cm×110cm× 100cm(长×宽×高)。

3 关于初始值漏测问题探讨

现以1457m至1536m高程为研究对象,以定性分析、定量模拟为手段,通过理论计算值与电磁沉降环在其他高程上的监测实测值对比,模拟出该高程在仪器安装前填筑过程中的沉降丢失量。以上各层均采用相同的方法处理,使监测成果能够接近心墙的实际沉降量。

2013年11月~2014年6月,心墙由1457m高程填筑至1536m高程,此时,1536m布置的8套电位器式位移计开始首次安装并开始测读,截止至2016年5月,最大实测沉降量为1195.87mm。由于仪器安装前的沉降量无法观测,因此实测值不能完全反映心墙的实际沉降。

3.1 理论计算

沉降量计算采用《碾压式土石坝设计规范》SDJ218-84分层总和法,计算参数依据长河坝水电站第三方现场检测试验成果(检测试验成果见表1、表2)。

表1 心墙料检测成果

表2 心墙砾石土料压缩试验成果(取土高程1493.90m)

计算分层厚度为10m,共分8级,自下而上各级加载坝体填筑高程分别为 1467m、1477m、1487m、1497m、1507m、1517m、1527m、1536m。不考虑基础沉降,假定基础为刚性。

坝体沉降量按式(1)计算:

式中:St——竣工时或最终的坝体和坝基总沉降量;

ei0——第i层的起始孔隙比;

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eit——第i层相应与竣工时或最终的竖向有效应力作用下的孔隙比;

hi——第i层土层的厚度;

n——土层分层数。

计算成果显示,心墙区填筑至1536m高程时,总沉降量约为717.39mm。

3.2 电磁沉降环数值拟合

选取1558m~1628m高程电磁沉降环监测成果,在此高程内安装了9个沉降环,安装参数见表3。

表3 1558m~1628m高程电磁沉降环安装参数单位:m

假定心墙料为各向同性,土料物理参数相同,相同高度荷载相同,不考虑心墙沉降的时间效应,实测两环之间的绝对压缩值见表4。

表4 1558m~1628m高程电磁沉降环间压缩量统计单位:mm

3.3 计算值与电磁沉降环实测值比较

图1 拟合沉降量与实测沉降量过程线

根据长河坝工程的实际,采用电磁沉降环成果对沉降缺失值进行拟合更接近实际,将实测值与沉降环拟合值相加,即得到完整的心墙沉降值。拟合后,截止到2016年5月初,1457m高程填筑至1536m,沉降量为1960mm。

采用相同方法,不计覆盖层沉降,求得心墙1665m高程以下沉降总量约3460mm。

4 结语

土石坝沉降变形目前国内外还不能实现全过程跟踪监测,从监测专业角度上讲,沉降损失问题不可避免,坝体越高损失量越大,因此不可忽略。

通过长河坝工程实践,试图寻找一种拟补方法,求得坝体心墙实际沉降总量,以供参考。

TV641.1∶TU433

A

2095-1809(2016)05-0052-03

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