唐河水电站大坝面板应变资料分析

陈旭峰

（山西唐河水电有限责任公司，山西 太原 030002）

1 工程概况

唐河水电站位于山西省灵丘县东河南镇韩淤地村西170 m，距灵丘县城约22 km，唐河水电站总库容950万m3，是一座以水力发电、工业供水和农业灌溉为主，兼顾防洪等综合利用的小（一）型水电站。水电站建成后，每年可发电136.6万度，工业供水915万m3，满足灌溉面积3 026.67 hm2，使水电站下游两岸的防洪标准提高到20年一遇。

2 应变观测

唐河水电站由混凝土重力坝段和混凝土面板堆石坝段两种坝型组合而成。针对该组合型坝体，在混凝土面板堆石坝0+180断面，0+330断面，每个断面设3个测点，每个测点布置2支应变计（二向）和1支无应力计，共布置测点6个，应变计12支，无应力计6支，来实时监测砼面板坝在施工期及运用期的应力状态，以确保大坝整体安全运行。

基于两个断面自2012年10月安装应变仪器，到目前已正常运行近2年，监测数据基本完整，因此对两个断面所设的应变计组及相关无应力计数据进行分析。其埋设位置及时间见表1、表2。其安装位置参数见表1。

3 应变计构造及工作原理

3.1 应变计构造

唐河水库混凝土面板应变监测采用是美国基康公司生产的VCE-4200振弦式应变计，埋入大体积混凝土中，用来长期监测混凝土应变量变化。应变计构造主要包括：振弦式钢弦、热敏电阻及激励与接收线圈、保护管等几部分，见图1。

3.2 GK－4420型应变计，应变数据分析公式：

表1 面板变形观测点位移参数一览表

图1 VCE-4200应变计构造及实物

式中：ε——行程，1/150 mm；

G——厂家检验率定系数，取3.304；

B——平均修正系数，本次仪器取0.97；

R0、R1——仪器读数。

4 应变计安装

唐河水电站面板堆石坝段面板施工，采用逐块、逐层浇注,因此应变计的埋设应与所在断面面板浇注同步进行。主要分应变计组及无应力计的安装。

4.1 应变计组的埋设

应变计埋设前逐支量测，保证仪器正常。预制好安装模板；在混凝土浇筑到层面后，在埋设处，以埋设位置为中心，开挖一个埋设坑；放入模板，平整埋设坑坑底，将剔除大于8 cm的骨料的混凝土填入坑底，厚约10 cm，振捣后插入支柱的锚固杆，调整好方向。

安装好应变计，借助水准和角尺检查仪器方向的正确性，单支应变计的角度误差不超过±1.0°；握紧应变极支杆，小心将剔除大于8 cm骨料的混凝土填入，边浇混凝土，边提高模板，用小型振捣器振捣密实；振捣时不能碰到仪器。

在新浇筑面上插上明显标志，并用绳子围住埋设点，防止施工人员不注意造成损坏；埋设后立即量测各支仪器的测值，如发现仪器有损坏，立即更换重埋。

4.2 无应力计的埋设

无应力计是应变计组的配套仪器，用以监测混凝土的自生体积变形。事先准备好无应力计筒，埋设前将筒的内壁用标号较低的沥青涂刷5 mm厚，并将应变计用铁丝固定在筒中央。无应力计也用挖坑法埋设，其方法与应变计组的方法基本相同。埋设在应变计组附近，两者距离1～1.5 m。放入无应力计筒后，填入与应变计相同，并剔除了大于8 cm骨料的混凝土，人工捣实。

用BGK 408读数仪分别读取应变计组及无应力计初始数据。具体安装效果图见图2：

图2 应变仪器安装效果图

5 监测数据分析

观测数据较多，以典型数据分析为基础。由于监测仪器在施工期间，没有蓄水的影响，基本上数据变化只受本身混凝土性质及地质影响，因此此处为了说明情况，选择接近原河床地质断面处0+180断面监测数据来分析，由于考虑温度的因素，选择高程1057.4m，桩号0-014.074处混凝土应变量值，该测点安装运行稳定后，取一个月内实测值的均值作为初始值，具体见表2。

表2 典型应变监测仪器的埋设初期数据

安装后，取3个月该测点监测数据平均值带入应变数据分析公式，该点监测数据见表3。

以一周内所采集的监测数据划分，取平均值作为R1，绘制施工期间混凝土应变曲线，则在施工期该观测点X、Y方向及应力桶中混凝土应变间变化曲线如图3，图4。

图3 X、Y方向施工期间混凝土应变曲线图

由上图可知，在仪器安装后，由于大坝施工期，没有蓄水，X方向（沿着坝轴线）、Y方向（垂直坝轴线）混凝土应变量稳定变化，与温度同步变化。对于图中应变的突变，具体了解后，该观测点测值的变化，由于该段时间该测点附近有挖填作业，引出强烈震动，因此振弦变化突变，则该测值舍去。

图4 无应力桶内混凝土施工期间应变曲线图

蓄水期，水位1 052时，所选位置X方向和Y方向在蓄水期面板混凝土应变的变化曲线图见图5，图6。

图5 蓄水期X方向面板混凝土应变曲线图

图6 蓄水期Y方向面板混凝土应变曲线图

蓄水期，水位1 052 m时，所选数据为2013年1月份，所选位置面板无应力桶内混凝土应变量变化图见图7。

图7 蓄水期无应力桶混凝土应变曲线图

由上图可知，X方向面板混凝土变化最大值为：176.8 με，最小值118.7 με，均值155.3 με；Y方向面板混凝土变化最大值为：93.7 με，最小值66.73 με，均值80.08 με；无应力桶内混凝土变化最大值为：82.86 με，最小值38.62 με，均值61.20 με；则X、Y方向面板混凝土受外力变化情况见表5和表6。

表5 X方向面板混凝土应力变化变化

表6 Y方向面板混凝土应力变化变化

由以上图表可知，由于大坝蓄水期间，X、Y方向面板混凝土随着温度而变。该二维受外力即水压力影响不同，X方向（沿着坝轴线）变化相比Y（垂直坝轴线）混凝土应变量约为7倍。

蓄水期与蓄水前相比，X方向（沿着坝轴线）混凝土应变均值为94.1 με，与蓄水前相比有太大变化；Y方向（垂直坝轴线）混凝土应变均值为18.1 με,与蓄水前相比基本没有变化。

6 结论

2013年1月1日唐河水电站大坝蓄水到1 052 m，蓄水后混凝土堆石面板坝面板混凝土应变量，X方向（沿着坝轴线）、Y方向（垂直坝轴线）基本上随着温度同步变化；对于X方向混凝土应变均值受水压力的影响影响较为明显；Y方向混凝土应变与蓄水前相比均有变化，表明面板垂直坝轴线方向受水压力的影响很小。