天生桥一级大坝面板挠度分析

天生桥一级大坝面板挠度分析 朱锦杰 (国家电力公司大坝安全监察中心，杭州 !"##"$) 叶全闻 刘泽钧 包亚军 %&$##) ’(天生桥一级水电开发有限责任公司水力发电厂，贵州兴义 摘 要:本文主要介绍电平器的工作原理及其在天生桥一级大坝面板监测中的应用，通过资料分析揭示出面板变形特 点和规律，也表明电平器是一种较好的监测手段。 关键词:天生桥一级大坝;面板挠度;电平器;规律 !"#$%:&@ABC-D- E@-B AF GHIBHJKDE@ EI LDA@-MH@NODAEGA , , ! " #$% &’()*’+,-. /01()2+( 1(3 45% #+)*0( +6 17 , , P AQNH RA!’’ SAIHKC STUHQVD-DE@ >H@KHQ ’()#*+,#WLMD- AQDKJBH ’AD@BC D@KEQGTJH- KMH XEQ&D@N UQD@JDUBH EI HBHJKEQ?BHVHB- A@GDK- AUUBDJAKDE@ D@ ’E@ DKEQD@N -BAF GHIBHJKDE@ EI LDA@-MH@NODAEGA2 YK HV HQAB- KMH JMAQAJKHQD-KDJ- A@BGAX EI -BAF GHIEQAKDE@ FCG AKA A@ABC-D-Z A@KGM H HBHJKEQ?BHVHB- KE FH A !’’ NEEGE @DKEQD@N HKMEG2 ’’ % 0*1)& LDA@-MH@NODAEGAZ -BAF GHIBHJKDE@Z HBHJKEQ?BHVHB-Z BAX -./!’ 中图分类号:()&*+,"" 文献标识码:< 文章编号:+*.+?+"%(((""5)"+?""*.?"$ 点，即从 +2% 高程的 + 至坝顶 2$ 高程 */:./.’ ’ 概 述 ! :$*。右岸 < 断面桩号为 1=5$/，从趾板 *%.21 ’ 高 程 <+ 至坝顶 <+$;左岸 > 断面桩号为 1=%#，从趾 / 天生桥一级水电站位于贵州省安龙县与广西板 21 高程 ># 至坝顶 >#，见图 #。 */!!’ 壮族自治区隆 林 县 交 界 的 南 盘 江 干 流 上 ，为 红 水 河 梯 级 开 发 的 第 一 级 水 电 站 。 坝 址 控 制 流 域 面 $ (积 #$% &) 多 年 平 均 流 量 + , - ) 水 库 正 !" *( ’’ 常 蓄 水 位 " ) 校核洪水位 % 0 * ，总 库 容 ./’.//’ $ #1(2!. 亿 ’。电站总装机容量 + (11 34。工程枢 纽 主 要 由 拦 河 大 坝 、开 敞 式 溢 洪 道 、引 水 发 电 系 统、地面厂房、放空隧洞等建筑物组成。 拦河大坝为钢筋混凝土面板堆石坝，最大坝高 + ，坝顶高程 %+21 ，坝顶长 + +15 ，坝顶宽 ./’.’’ +( ，上游坝坡 +6+25，下游平均坝坡 +6+2(!7综合坝 ’ 图 ! 大坝面板电平器布置图 坡 +6+258。面板厚度 12$912% ，分三期浇筑，第一 ’!"#$% &’()*+ ), -.-/+0)1.232.4 ’00’5627 "5 7’8 4.’9 期为 */1 ’ 高程以下， +%%. 年 $ 月开始至 ! 月完 成，第二期为 */19.5* ’ 高程 ，+%%. 年 +( 月 开 始 至 +%%/ 年 ! 月 完 成 ， 第 三 期 为 .5*9./.2$ ’ 高 # 电平器工作原理 程，+%%/ 年 +( 月开始至 +%% 年% ! 月完成。 电平器由巴西里约日内卢天主教大学生产，为 国内首次引进替代斜面测斜仪监测面板挠曲变形 的仪器，电平器按断面的不同高程成串布置。电平 器内部结构由高阻抗电解液?电极?封闭玻璃管?铜 面板挠度监测布置 " 壳保护缸及信号传输电缆等组成。在封闭的圆柱形 玻璃管内装有部分高阻抗电解液，并接入三9四个 面板分别设置了 $ 个断面的电平器来监测挠 电极，形成惠斯登电桥的桥臂，二次仪表为另一半 度变形。大坝中间 : 断面桩号为 1;*$1，从趾板起 52 678 9)*;)0<=*+>2) 4* >+? 0/>031)4* 4/ @)+*(0*AB)+4+ :...,.,-! 桥。仪器全称为重力感应式电解液电位仪，测量精变形。同时也可看到，当库水位下降面板向上游方()向有一定的回弹变形，位于面板高处测点较明显， 度可达 !(" 相当于 #$%&!’*+,)。当固定在面板上的 呈现一定的波动性。从趋势看，位于一期、二期面板 电平器受面板变形而发生偏转(玻璃管同步偏转) 测点在水压作用向上游变形后回弹较小，故呈现向 时，受重力作用电解液流动达到水平状态，从而各电 下游位移趋势，并基本趋于收敛，位移不再增大或 极阻值发生变化，改变了各电极和二次仪表组成桥 增大不多。三期面板测点，在 !666 年因水库水位升 路的初始平衡，通过二次仪表精确的测出并以电压 高向下游变形较大，至 -’’’ 年 - 月达到最大值，之 信号输出。由电位值可计算出偏转角，再根据电平器 后向上游回变的趋势，位于坝顶附近的测点的位移 与挠曲固定端的距离，对各测点转角变化量曲线进 甚至超过观测初值偏向上游。 行拟合，然后由曲线方程计算出面板的挠曲变化量。 面板挠度分析 ! 面板挠度典型过程线见图 图 #，挠度分布见图 -. /.图 )，向下游为正，向上游为负。各断面的情况如下: 图 %面 板 #&% 断面(电平器测)法向位移过程线 "’ E"4$; &’()/+ ,"-.+/01)123 4(/.5 "2 -103"’2 89F;G ’< -+*H >)1/? -@(1, HA1 +103(’B+1C1+-I 图 ! 面板 "#$%" 断面(电平器测)法向位移过程线 !"#$% &’()*+ ,"-.+/01)123 4(/.5 "2 -673"’2 8 9:;8 ’< -+/= >)1/? -@(1, =A 1+173(’B+1C1+-D ()坝 01 断面 在水库尚未蓄水，二期面板!’)’ 浇筑尚未完工前，一 期面板整体向上游变形，最大为 !12% 34(法线方向， 图 & 面板 "#()’ 断面(电平器测)法向位移过程线 E"4$F &(*+ "-+*01123 4(*5 "2 -103"2 89JKG < -+*H >1*? ’),.).’’)以下皆同)(56、78))/)，在一、二期面板顶部出现过 -@(1, HA1 +103(’B+1C1+-I 面板与垫层料脱空现象。二期面板浇筑完后，水库蓄 从图 / 可看出，面板总体趋势向下游位移，与 水，面板受水压力作用，整体向下游位移。随着三期 初始测值比较，分布不是十分规则，但在各期面板 面板的完成，水库水位进一步蓄高，坝顶(51))向下 分缝之间存在较大的分界线，一期面板各测点向下 游变形最大，约 ) 34，(时间为 - 年 - 月)。 ’’’’游位移沿坝高方向依次增大，近二期面板的测点位 从过程线看，变形主要发生在 !66% 年汛期和移最大;二期、三期面板虽总体向下游变形，但中部 !666 年汛期蓄水过程。!66% 年 / 月 -# 日二期面板 相对各期两端偏向上游，三期偏向上游比较大。为 浇筑完成后，水库开始蓄水，水位迅速蓄至 9#’ 4， 了消除各期面板因不同起始基准值的缺陷，现统一 接近二期面板顶部(9#) 4);!666 年 / 月 !% 日完 取 !666 年 ) 月 !# 日作为基准日，分布比较有规 成三期面板后，水库水位进一步蓄高，达 9)9 4 高 律，分布曲线呈马鞍型(见图 )，在面板七分之四 )程。该两时期库水位蓄水特点是水位升高很高(近二期的中部)向下游存在极大值和六分之五 快，作 用于面板的水压猛增，致使面板产生较(近三期中部)高存在向上游极大值。一般刚性面板 大的向下游 )% "%& ’"()*+ #?$ %%%&)+++/012&34 !"# !""(*,-.-’ 朱锦杰，等:天生桥一级大坝面板挠度分析 堆石坝在水压力的作用下向下游位移，位移最大值存在极大值，表明堆石坝沿高程向下游变形也不是一般出现在坝高的三分之二附近，由于天生桥一级 直线变化，均由自身沉降和流变特点所决定。 大坝属超高坝，堆石体本身自重作用产生沉降和流 (%)坝 "0,’& 断面 该断面为大坝左断面，基础高程接近于断面 变因素，大坝沿顺河向两侧位移，在三期面板中部往 ()，面板也在二期和三期浇筑。从埋设的 上游位移较大，这与大坝中部总体变形模量较低有 "#$%&’- 支电平器来看，初次蓄水前面板向下游变形也不 关。但由于上游面在水压作用下向下游位移，两者的 大，二期面板顶部，向下游最大位移 1% *+。& 年 !’,,综合作用，致使在水下部分(一期、二期面板)向下游 位移，最大值出现在坝高的七分之四，较接近一般堆 - 月开始蓄水后，随着库水位上升，整个面板向下游石坝的三分之二处，符合堆石坝位移的分布规律。在 变形，最大变形发生在三期面板顶部，约 & *+。 ’ 从图 可看出，面板总体分布不是十分规则， - 水上部分面板两侧位移通常一期、二期面板变幅均 但各期面板有各自变形特点，二期测点均向下游 不大，各条曲线粘在一起，三期面板测点变幅较大， 位移，沿坝高依次增大，在顶部位移最大。三期面 呈较分散状况，并有向上游变化的趋势。 板两端向下游大于中部，中部测点偏向上游。取 ’,,, 年 / 月 ’$ 日为基准时间，其分布规律与大 坝中间断面相似，总体向下游位移，坝顶最大，约 )!1- *+。在二期顶部附近向下游存在极大值，在 三期中部向上游存在极大值，形状也象马鞍形。 图 ! 大坝面板挠度分布示意图 ! 结 语"#$% &") +, -. 01,.123"+4 5"-3)"673"4 !’(’*’/( ()在水库尚未蓄水，二期面板尚未浇筑完成 ’ 前，面板曾一度向上游变形，一、二期面板顶部出现 过面板与垫层料脱空现象。水库蓄水后，面板整体 向 下 游 变 形 ， 中 间 面 板 向 下 游 变 形 主 要 发 生 在 & 年和 年汛期蓄水阶段，至 !""" 年 月 ’,,’,,, ! 变形已基本趋于稳定;而三期面板中上部向上游回 变趋势，分布曲线呈马鞍型。左、右岸断面面板整体 图 " 大坝面板挠度分布示意图 向下游变形，且主要发生在 ’,,, 年汛期，目前已基 8"($9 &"’()’* +, -.’6 01,.1:3"+4 0"-3)"673"4( 本趋稳。右岸断面变形较小，其分布大致呈抛物线 ()坝 "#$%& 断面 !型;左岸断面面板变形最大，坝顶变形甚至超过中 该断面为大坝右断面，坝基较高，面板属二期、 间断面面板顶部，分布规律基本与中间断面相似。 三期浇筑，从埋设的 ’% 支电平器观测资料计算结 (!)左岸断面坝高低于中间断面，较接近右岸 果来看，在蓄水前面板向下游变形很小，二期面板 断面，但面板向下游(法向)变形远大于右岸，也大 顶部的最大变形 %() *+，’,,& 年 - 月首次蓄水，库 于中间断面，表明左岸施工质量较差，堆石体碾压 水位升至 )$" +.二期顶部最大变形也仅为 ’’(- *+. 密实度不够，变形较大。 ’,,, 年库水位进一步蓄高，面板向下游继续变形，(%)电平器代替斜面测斜仪测面板挠度变形，为 但总体变形不大，!""! 年 / 月向下游最大变形约 国内首次引进应用，总体能反映面板变形特点和规 % *+，出现在二期面板顶部(高程 $$(& +)。从趋 !)律，但仪器稳定性影响变形量大小，今后还值得进一 势看，各测点均向下游位移，并趋于稳定。 由于该断面各测点变形和变幅均不大，各分布 曲线相对集中，总体向下游位移，最大变形出现在 二期面板顶部。取 ’,,, 年 / 月 ’$ 日为基准时间， 步探讨与研究。! 其分布规律更加明显，与坝中间断面类似，在二期 面板顶部向下游出现极大值外，在三期中部向上游 收稿日期:%22 !""’"!! 作者简介:朱锦杰(%2)，男，浙江缙云人，国家电力公司大 ’,/ 坝安全监察中心高级工程师。 /, %%%&()*+++/012&34 ’,-.-?大 坝 与 安 全 !""#$