某水利枢纽电站厂房安全监测布置及成果分析

江世好 丁小闯 单海年

南京南瑞集团公司(国网电力科学研究院) 江苏 南京 211116

1 工程概况

某水利枢纽是一座改善城市环境、水景观、航运为主，兼顾水力发电及其他的综合性水利枢纽工程。在保证防洪排涝安全的前提下，适当抬高江河段的城市景观水位，改善城市水环境，解决航运水位衔接问题，兼顾水力发电。本工程按水库库容划分，属大型水库，枢纽工程等别为Ⅱ等。主要建设内容有：拦河坝、13孔闸坝、电站厂房及进场交通公路，正常蓄水位77m，总库容7.1亿m3，电站装机容量57.7MW，为灯泡贯流式机组，多年平均发电量2.207亿千瓦时。

本次选择电站厂房作为主要监测部位，共选择3个横向监测断面布设监测仪器，其中在安装间、主机间2#及5#机组段各选择1个代表横向监测断面。

2 监测仪器布置情况

电站厂房安全监测项目包括变形监测、渗流监测、应力应变与温度监测。

（1）变形监测

选取安装间、2#和5#机组附近布设单点基岩变位计进行基础垂直位移监测，同时在2#、5#机组与混凝土结合处设置测缝计监测接缝或裂缝的开合情况及变形情况。

（2）渗流监测

选取安装间、2#和5#机组附近布设基础渗压计，其中2#、5#机组在机壳附件分部选取2个监测断面，每个监测断面环向布设4支渗压计，用以监测机组运行过程中机组渗压变化情况。

（3）应力应变与温度监测

选取2#、5#机组沿流道方向布设4个监测断面，每个监测断面布设3～4组三向应变计组、钢筋计和表面应变计，每个应变计组旁边1m处布置1个无应力计。用以监测机组运行后的应力应变变化情况，实时掌握机组运行时混凝土及钢管等建筑物的应力应变监测数据。

图1 厂房监测平面布置图

图2 厂房机组监测剖面图

3 电站厂房监测数据分析

3.1 接缝监测

接缝监测主要采用测缝计进行观测。仪器安装初期受混凝土水化热影响，各测缝计测值变幅较大，呈现先收缩后张开，随着水化热温度趋于稳定，仪器测值也趋于稳定。2017年10月一期蓄水后，混凝土受水冷作用及天气转冷，上下游监测部位混凝土温度出现明显下降，相应部位接缝测值增大，2018年3月后受混凝土温度升高影响，接缝测值减小，符合混凝土热胀冷缩特性。目前厂房各接缝测值在0.18mm～7.48mm之间。

图3 厂房典型接缝监测过程线图

3.2 基岩变形监测

基岩变形主要采用单点位移计进行监测。仪器安装初期，主要受基岩回弹、基岩内部固结灌浆以及基岩热胀的影响，基岩面承受向上拉力，呈现拉伸趋势。由监测资料可知，随着混凝土浇筑高度增加，基岩受压，变形测值均趋于稳定，且测值变幅较小，2017年10月一期蓄水后，变幅均在1mm范围内，目前测值基本都在3mm以内。

图4 厂房典型基岩变形监测过程线图

3.3 渗流监测

渗流监测主要采用渗压计进行观测。厂坝过水前各部位基岩渗压计测值变化平稳，暴雨积水及固结灌浆均对测值产生小幅增大影响，2017年11月蓄水后各部位渗透压力主要受外界水位影响，出现明显增大，而后基本稳定，无异常现象。

图5 厂房典型渗流监测过程线图

3.4 混凝土应力应变及温度

从监测过程线图来看，混凝土应力应变监测仪器在安装初期随着混凝土浇筑，承受压应力，主要发生压应变，且主要发生在水化热过程中，当压应变达到一定值后基本保持不变。之后在温降过程中，压应变逐渐减小，拉应变逐渐增大，而后趋于平稳。各部位混凝土水化热最高温度均在40℃～70℃之间，当前温度基本在22℃～25℃之间。混凝土从水化热达到最高温度后的温降幅度在15℃～40℃之间。

总体来说，混凝土应力应变测值在仪器安装初期受混凝土水化热影响变幅较大，目前基本趋于稳定，变幅较小。

图6 典型应力应变及温度监测过程线图（2#机组）

图7 典型应力应变及温度监测过程线图（5#机组）

3.5 钢筋应力及温度监测

钢筋应力主要采用钢筋计测量。仪器安装初期，受混凝土热胀冷缩特性影响，温度上升时，钢筋应力出现压应力增大趋势；温度下降时，钢筋应力压应力逐渐减小，拉应力逐渐增大。后期混凝土温度稳定后，钢筋应力随着稳定，且随着温度的季节性变化而小幅变化。目前，总体来说钢筋应力测值变幅较小，已趋于稳定。

图8 厂房典型钢筋应力监测过程线图（2#机组）

图9 厂房典型钢筋应力监测过程线图（5#机组）

4 主要结论与建议

（1）工程的监测项目、监测断面和埋设位置比较全面，重点部位明确，针对性较强；监测系统能够反馈工程施工期和运行期的工作性态，为工程安全评价及运行管理服务。

（2）根据监测物理量变化状态分析，电站厂房各监测值已趋于稳定，建筑物工作性态正常，未见明显异常现象。

（3）通过合理的安全监测布置，设计完整、科学合理的安全监测系统，对测点部位进行实时监测，及时分析数据并进行相关检查，可以做到实时监测水工建筑物的结构特性和应力应变状态，为水工建筑物的安全稳定运行提供依据，这对确保工程安全运行十分必要。