下桥水电站碾压混凝土拱坝原型观测设计.pdf

广西水利水电G X WA T E R P J ? S O UR C F _ S&HY D R O P O WE R E N GI NE E R I N G 2 0 1 1 ( 2 ) 规划设计 下桥水电站碾压混凝土拱坝原型观测设计 王楚捷 ( 广西河池水利电力勘测设计研究院， 广西河池5 4 7 0 0 0 ) 摘要】 论述根据下桥水电站工程的坝型和坝址地质条件， 设计碾压式混凝土拱坝的监测方法及监测内容， 达到 高效、 可靠 、 准确地监测大坝施工及运行的安全稳定， 保障大坝的正常运行。 【 关键词】 碾压混凝土； 拱坝 ； 原型观测； 下桥水电站 【 中图分类号】 T V 6 9 8 1 文献标识码 B 文章编号】 1 0 0 3 1 5 1 0 ( 2 0 1 1 ) 0 2 0 0 2 4 0 4 1 工程概 述 下桥水电站位于柳江一级支流龙江上游距河池 市城区 7 0 k m。坝址集雨面积 4 6 3 0 k m2 ， 多年平均 流量 1 0 9 m3 s 。水库正常蓄水位 2 8 2 0 0 m， 总库容 0 4 9 Xl O 8 m3 ， 电站装机容量 5 0 MW。电站拦河大坝 为碾压混凝土单 曲拱坝， 坝顶高程 287 。 5 IT t ， 最大坝 高 6 7 5 r l l ， 坝顶总长 2 1 2 6 m。由溢流坝段 、 非溢流 坝段组成。坝顶厚 6 m， 最大拱圈厚度 2 1 2 m。最大 中心角 1 0 5 。 ， 最小角 7 2 。 。溢洪坝段布置在主河床上 ， 为坝顶溢流， 溢流堰顶高程 2 7 3 0 m， 堰上设置 5孔 1 3 mX9 m( 宽 高) 弧形钢闸门。电站主体工程于 2 0 O 3年 5月开工 ， 2 0 0 6年 1 2月底工程完工。 下桥碾压混凝土拱坝坝基下部为泥页岩及灰岩 与页岩互层 ， 上部为薄一 中厚层灰岩夹页岩、 硅质条 带。两岸均存在原生页岩风化夹层 ， 左岸有 1 条 ， 分 布高程 2 3 7 m； 右岸有 3 条， 分布高程分别为 2 7 6 5 m、 2 7 4 m、 2 4 1 0 m。右岸还存在 2条硅质条带风化 成的砾质 粘土的次生软 弱夹层 ， 分布高程 分别为 2 4 4 9 I T I 、 2 3 7 0 1 T I 。坝区普遍存在灰岩层面在构造 运动中产生错动而成的层 间错动面 ， 有的面有炭质 物污条， 有的面光滑， 在河床成为溶蚀裂隙， 部分充 填粘土， 软弱夹层和层间错动面均为缓倾角结构面 ， 与断层、 节理组合， 在岩体中形成多棱体， 对大坝抗 滑稳定不利。 2 观测项 目选择 下桥水电站工程主要建筑物的工程等级为三等 工程， 根据 混凝土大坝安全监测技术规范 和 混凝 土拱坝设计规范 的要求 ， 结合工程大坝为碾压混凝 土拱坝 ， 坝基岩溶发育， 存在大量软弱夹层 、 层间错 动面的不利情况， 观测范围重点选择为拱坝坝基坝 肩变形及渗漏 ， 其次为坝体应力应变 ， 并兼顾岸坡稳 定； 安全监测主要内容如下 ： ( 1 ) 外部观测： 坝基坝肩岩体及坝体水平位 移、 垂直位移和挠度位移 ； ( 2 ) 渗流观测 ： 扬压力观测、 渗漏量和绕坝渗 流观测 ； ( 3 ) 内部观测 ： 坝体混凝土的应力、 应变和温 度变化观测、 诱导缝观测 、 坝基渗压观测和基岩渗透 压力的观测等。 3 原型观测设计 碾压式混凝土拱坝作为一种较新 的坝型， 近年 来在国内外得到 了一定推广 ， 筑坝技术也在不 断更 新， 从而推动了碾压混凝土拱坝安全监测技术的发 展。根据工程的实际条件， 选用先进可靠的监测技 术手段 ， 既可有效地对大坝进行监测， 又可以提高功 效 ， 节约人力 、 物力 ， 保障大坝的正常运行。 3 1 设计原则 由于碾压混凝土拱坝的结构、 材料兼有混凝土 坝和土石坝两者的特点， 而且施工多采用薄层浇筑 ， 通仓碾压 ， 连续上升的工艺 ， 所以本工程原型观测设 计除了应符合 混凝土坝安全监测技术规范 之外， 还应针对其施工间歇时间短， 坝体不易预留孔洞， 坝 肩应力大 ， 坝基坝肩有软弱夹层及渗流通道等特点 进行补充和修正。补充的具体原则为： 收稿日期】 2 0 1 1 - 0 3 1 0 作者简介】 王楚捷( 1 9 7 4 -) ， 男， 广西河池人， 河池水利电力勘测设计研究院工程师， 学士， 从事水工结构设计， 水利工程规划工作。 2 4 广西水利水电G X WA T E RURC E S&HY D R OP O WE R E NG I N E E RI NG 2 0 1 1 ( 2 ) ( 1 ) 测点布置考虑碾压混凝土分层铺筑、 上升 速度快、 间歇期短等特点及全碾压或部分碾压等不 同碾压方式 ， 既能突出重点 ， 又能较好反映情况 ， 通 过合理布设， 使整个观测做到少而精； ( 2 ) 坝基、 坝体变形位移和挠度观测的垂线 井、 基岩变位计组等采用钻孔形式以减少对施工的 干扰 ； ( 3 ) 接缝观测设 于坝体预留的 2条诱导缝上， 采用裂缝计进行观测 ； ( 4 ) 碾压混凝土的层 问渗漏较常态混凝土严 重， 在上游面防渗层与内部碾压混凝土层面附近埋 设渗压计 ， 近坝面处稍密。本工程坝基存在大量软 弱夹层， 因此坝基增设测压管， 在上游面防渗层上埋 设渗压计 ； ( 5 ) 坝体温度观测， 在有代表性的断面上布置 温度计， 在坝体表面、 间歇期层面、 孔洞周围和温度 变化剧烈部位适当增设。重点观测高温季节施工的 温度应力较高部位 ； ( 6 ) 坝体应力应变观测结合坝体标号分区、 碾 压混凝土铺筑分层 的特点 ， 在典型断面上布设 ( 拱 冠、 坝端等) ， 反映出坝体应力的主要分布状态 ， 使观 测成果便于与试验 、 计算成果对 比分析。 图 1 观 测仪器埋设立视图 3 2 外部观测设计 3 2 1 平面监测网及水准网 为了监测坝体和近坝区岩体的变形 ， 以及校测 水平位移工作基点的稳定性 ， 同时为整个水平位移 监测系统提供基准值， 在坝区布设一个平面监测网。 该网根据坝区的通视条件及坝体变形观测的要求 ， 布 设 了 1 0个监测网点。整个网布置成多边网形。观测 时按现行 国家三角测量和精密导线测量规范) - - 等 三角网测量精度要求， 采用 自动全站仪进行观测。 水准网的布设是为了监测坝区岩体的沉陷和枢 纽建筑物的垂直变形观测， 提供统一的基准值以及 保证校测工作基点的稳定性。工作基点组结合平面 监测网布设 。水准网遵照 G B 1 2 8 9 7 国家一 、 二等水 准测量规范) - 等水准测量的要求执行。 3 2 2水平、 垂直位移观测 本工程地处山区， 交通不便 ， 但通视条件较好 ， 因此采用三角网法进行观测。测量设备采用 自动全 站仪进行全 自动监测。 自动监测方式采用瑞士徕卡 自动极坐标实时差 分监测系统 ， 即以平 面、 水准监测 网工作基点为基 准 ， 结合正 、 倒垂孔 ， 在坝顶及下游坝坡设置变形观 测点， 在坝区布设一个变形监测基准网， 采用一台全 自动全站仪观测大坝变形观测点的三维坐标， 形成 一 个高精度的三维坐标 网。可实时监测各个变形点 的平面位移和垂直位移信息 ， 可作全方位的变形监 测与预报， 包括大坝的位移、 沉降、 挠度、 倾斜等。工 程采用以全 自动监测为 主， 人 工监测为辅的方式 。 即日常运行采用全 自动方式 ， 定期人工校测的方式 。 25 王楚捷 ： 下桥水电站碾压混凝土拱坝原型观测设计 图 2 拱冠梁仪器布置图( AA) 3 2 3 挠度观测 在拱冠 断面及左右 1 4坝段各设 一个监测断 面 ， 采用正垂与倒垂相结合的方法进行观测 ， 垂线安 装采用钻孔法施工， 沿垂线方向设 3个测站 ， 采用双 向垂线坐标仪观测各坝段的相对变位和大坝沿铅直 方向的挠曲变形。可与 自动极坐标监 测系统进行 互校。 3 3 内部观测设计 3 3 1 温度观测 ( 1 ) 坝体温度观测。温度变化是引起混凝土 坝体应力和应变的主要因素之一， 而坝内温度场难 以用计算方法精确反映。根据拱坝结构特点 ， 选取 拱冠及左右岸拱座作为代表性观测断面， 按矩形网 格布置温度计。 ( 2 ) 坝面温度 观测。上游坝 面， 在距 表面 5 c r ll 的坝体混凝土内， 每隔 1 5 m 自上而下埋设温度 计 ， 进行上游坝面和水库水温度的观测 。在下游坝 面中部， 平行于坝面埋设表层温度计组 ， 以观测下游 坝面导温梯度。 26 ( 3 ) 基岩温度观测。为了解基岩内部的温度变 化， 在坝基内钻一个孔， 在建基面及不同孔深处， 各埋 设一支温度计， 以观测基岩内部的温度变化梯度。 3 3 2 诱导缝观测 为了解坝体诱导缝的开合情况， 掌握其变化规 律， 确定诱导缝灌浆时间和控制灌缝时缝面开合度 及灌浆效果， 沿坝体诱导缝埋设测缝计， 以观测缝的 开合度。每缝上下游侧各埋设一个， 沿坝高方向每 1 5 m左右布置一个观测平面， 共设 4 个观测平面。 3 3 3 基岩变位观测 考虑本坝址基岩的复杂性 ， 根据拱坝坝肩应力 大的特点， 在两岸坝肩同一平面白 g 上下游端均埋设 基岩多点变位计 ， 每平面左右岸各 2组 ， 共设 3 个平 面。为掌握坝基基岩深层变位情况， 坝基中部也埋 设 1 组多点变位计。基岩变位计采用钻孔埋设， 最 大埋设深度 5 0 m。 3 3 4 坝体应力、 应变观测 坝体应力状态的观测 ， 重点是靠近基底 的观测 ， 距坝底愈近 ， 应力愈大。因此 ， 基底观测截面的应力 状态在坝体强度和稳定控制方面起关键作用。但为 了避开基坑不平和边界变化造成的应力集中， 观测 截面选择在拱冠 、 左右 1 4拱坝段、 及坝端截面。在 各观测截面上埋设五向应变计组、 无应力计 ， 以观测 该截面的应力应变。为了反映整个坝体应力主要分 布状态 ， 另外还选择了两个水平观测截面， 布设了应 变计组、 无应力计等观测仪器。 大坝的坝踵附近， 是可能出现拉应力的区域 ， 下 游坝趾则是引起最大压应力的部位。选择拱冠、 左 右 1 4拱坝段， 在坝踵和坝趾部位 ， 埋设应变计组、 无应力计等， 以观测该部位的应力和应变状态。 3 4 渗压与渗流观测 ( 1 ) 坝体渗压及渗水量观测。为测定坝体内 的渗透压力 ， 选择拱冠坝段坝面与坝体排水管之间， 布设渗压计 1 支， 排水管之后， 布设渗压计 1 支。 坝体和坝基的渗水量， 在基础廊道中部的集水 井前设置一个量水堰， 采用人工观测渗流量。 ( 2 ) 坝基扬压力观测。在坝体选取 3个典型 横断面分别布置 3 支渗压计， 另外， 在灌浆廊道帷幕 后布设测压管 ， 每 2 0 m设一个孔 ， 以观测坝基扬压 力， 检验灌浆效果和质量。 ( 3 ) 绕坝渗流观测。为了掌握坝肩与岸坡接 触处的渗流情况， 判断防渗和排水设施的效果， 在 左、 右岸设置的排水洞内布置测压管， 以观测绕坝渗 流量 。 广西水利水电GX WA T E R R E S O U RC E S&HY D R O P OWE R E N GI N E E R I N G 2 0 1 1 ( 2 ) 4结 语 下桥电站大坝 自 2 0 0 5年 5月开始初步挡水并 进行了初测， 2 0 0 6年 1 2月底工程完工蓄水到正常 水位后至今 ， 大坝埋设的各项观测设备均运行正常， 对大坝各项运行指标提供了精确可靠的数据 。特别 是针对本工程大坝为拱坝 ， 坝基岩体裂隙发育 ， 渗漏 通道多的情况针对性布置的各项监测设备， 有效地 监测了坝基坝肩岩体变形、 坝体变形及坝基渗流情 况， 满足了大坝安全运行的监测要求。 ( 责任编辑： 刘征湛) RCC a r c h d a m p r o t o t y p e o b s e r v a t i o n d e s i g n o f Xi a qi a o Hy d r o p o we r S t a t i o n WA NG C h u - j i e ( He c h i Wa t e r a n d P o we r I n v e s t i g a t i o n a n d D e s i g n I n s t i t u t e ， He c h i 5 4 7 0 0 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： Xi a q i a o Hy d r o p o we r S t a t i o n i s d esi gn e d wi t h a r o l l e r c o mp a c t e d con c r e t e a r c h d a m Ac cor d i n g t O d am t y p e an d d a m s i t e g e o l o g i c a l c o n d i t i o n s ，t h e d a m o b s e r v a t i o n me t h o d a n d mo n i t o r i n g con t e n t s we r e d e t e r mi n e d f o r e f f i c i e n t ，r e l i a b l e a n d a c c u r a t e mo n i t o r i ng o f d a m con s t r u c t i o n an d o p e r a t i o n，S O a s t o e n s u r e t h e s a f e t y a n d s t a b i l i t y o f t h e RC C arc h d am K e y w o r d s ： R o l l e r comp a c t ed con c r e t e( R C C ) ； arc h d a m； p r o t o t y p e o b s e r v a t i o n ； Xi a q i a o Hy d r o p o w e r S t a t i o n ( 上接第 1 2页) 毒 。 。 一 t J j JI j j I n I 3 ，1 I f l t ， j 同 一t 1 1 2 I I l - - I 1 日 - 墨 弹幢 鼍士叠廑 擅算蕾 计算囊 图 6 某大坝上游 C 2 0混凝土护坡 回弹 检测强度推定值计算表( 示意图) 该水库工程共有 5 0个部位要进行 回弹检测 ， 共 5 0 0 个 测 区。 用传 统 “ 排 序一查 表” 的方 法完成这 5 0 0测区回弹值的计 算需要 1 6 h ， 而用该方法仅需 要 5 h ， 减少工作时间 1 1 h ， 提高了工作效率 3倍多。 4结 语 本文用 E x c e l 计算表的方法通过工程检测实例 说 明， E x c e l 可以将回弹法检测水利工程混凝土强度 值 的复杂查表计算转化为简单的原始检测信息和数 据的输入 ， 完全解除了查表和计算的工作量 ， 大大的 提高了工作效 率。在水利工程检测中， 还有许多类 似的查表计算。因此 ， 充分发挥 和推广 E x c e l 在此 类查表计算中的功效将会给检测工作带来相当大的 便利和实效。 ( 责任编辑： 周群) Ap p l i c a t i o n o f E x c e l i n wa t e r p r o j e c t c o n c r e t e c o mpr e s s i v e s t r e ng t h i n s p e c t i o n b y r e b o u n d me t ho d MAN Zh i q i a n g ( Gu ang x i Hy d r a u l i c R e s e a r c h I n s t i t u t e ， Na n n i n g 5 3 0 0 2 3 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： C o n c r e t e comp r e s s i v e s t r e n g t h i n s p e c t i o n o f wa t e r p r o j e c t b y r e b o u n d me t h o d i n v o l v es o n e r o u s c a l c u l a t i o nTh e r e f o r e c a l c u l a t i o n s h e e ts we r e d esi g n ed b y U se o f t h e f u n c t i o n an d d a t a p r o c e s s i n g a d v an t a g es o f E x c e 1 C o mb i n e d wi t h p r a c t i c a l e x am p l e ， t h e a u t h o r i n t r o d u c e s t h e a p p l i c a t i o n p r oce s s o f Ex c e l c a l c u l a t i o n s h e e ts T h i s me t h od r e n d e r s l a s s mi s t a k es an d i mp r o v es e f f i c i e n c y Ke y wo r d s ：Ex c e l ；r e b o u n d me t h o d ；c o n c r e t e ；s t r e n g t h；f u n c t i o n；c a l c u l a t i o n 2 7