岩滩水电站大坝内部观测仪器鉴定及观测资料分析.doc

岩滩水电站大坝内部观测仪器鉴定及观测资料分析/发屯坫/1.大坝/.只足I仪豁,映1994年摹2期总莩48期水利水电施工51岩滩水电站大坝内部观测仪器鉴定及观测资料分析广西岩漳水电站工程建设公司张治文T67f岩滩水电站大坝安全监测系统布置完善+用变形监授I网监测大埙及其基础的沉陷和水平位移.除用三角测量和水准测量外,还布置有正垂,倒垂,弓【张线进行监测;用掼f压管测量帷幕后渗压损失系散.井选择重点坝段进行扬压力分布监掼f.用水力学,振动等专九性监浏系统,测量水流形态,流速气蚀闸门振动等本文谨就大坝内观测仪器鉴定及观测资料分析予介绍.1内部观测仪器鉴定1.I监蔫仪器布置岩傩水电站坝俸内部仪器埋设,采用点面结合的方式,在各建筑物的标准断面布置了较多的仪器.如厂房挡水坝段5坝段;厂房的1机组段,溢菠坝段选取16坝段.I2,18分别为厂房与滥流交接坝段和溢流与通航建筑物的交接埂段+22为导瘴底孔滥藏坝殷,左岸25.为挡水重力坝段也埋设了少量仪器,共埋设差动电阻式仪器798支,各坝段仪器分布见表1.1.2仪器鉴定数据要进行以下几十方面的计算与判断.仪器芯线电阻的计算与断;仪器电盟比的计52水利水电施I1991年第2期算与判断;仪器电阻值的计算与_判断;仪器绝缘电阻的鉴定;其它方面的鉴定.对仪器进行上述各方面的计算与鉴定,可得出各单项的鉴定信息,通过程序的统计可得到垒都仪器的完好台格率各种不同类型的仪器合格率不同建筑物(分坝段)的仪器合格率等统计信息,为仪器综合评价提供可靠的数据.1.3鉴定资料检测结果分析本次鉴定现场实测仪器742支仪器鉴定综合评估的条件为:仪器测值稳定;电阻比检测台格;绝缘电阻大于0.】Mf1;电阻值台格,即仪器工作正常.1.3.1分坝段检测结果;大坝内部监测仪器分布在24十埂段上,即225坝段,同时在14机砼中也埋设了部分仪器,共28十现卿剖面,其观测结果见表2.1.3.2按仪器类型检测:岩摊工程鉴定的738支仪器中,根据其观测目的不同,有13种形式的传感器,它们的电阻比.电阻值,绝缘度的检浏结果见袁3.衰2岩滩工程分坝段仪器拉剽结累衰()蚬段号支教电阻比绝缘匿电阻值综合率坝段号支敦电阻比地缘匿电阻值缘台率1机5577.694454.577.61206478.o87.534.47812机gJoo.oIoo.o55.578i33Iooo66.766766.73帆8l00.ol0.o75.oloo.o14333.3】oo.o66.733.34帆9l00.ol00.o777loo.ol51l72.772.7z7.372.724】oo.olOOolOO.o1OOO16l3775.o97.156.28253683.383.316.783.317757.】l0.o42.957.1475o.o85.728.671.418】O989.968.45O.565.85】l989.685.767.28O.71902100.o1oo.o50.oloo.o6475.o50.o75.o205loo.oloo.o80.ol0.o#1287.591.741.691.721771.4loo.o57.17148580.o40.o80o2204997.8100.o69.497.8975o.o85.771.485.72303OO.OlO7looo85.742.885.7242loo.ol.o】oo.olOOo11282466.782.462.52560l0.o93.68O693.5表3岩滩工程仪器分类检测结果表()仪器种娄支教电殂此地缘度电甜值踩台率无应力计N7090.188.757.8789应变计sl5988.792.55g,183.O温度计4表面温度计Ta9】OO.OjO0,0lO0.0耐缝计Jl3082,377.75OO71.5裂箍计K2993.193.151789.7错动计Ma875.0lOO.Ol2575.0裂隙计Ja4l00.0lOO.O5O.01O0.0基岩j簦形计M771.485.7l4.357l断层吨形计Jm】250.075.050041.7钢板计D229O.995563.690.9钢晒计R6886.897.169l83.8涪压计P7580086.756.073.3合计73884.787.455.778.1994年第2期岩滩水电站太埙内部观驯仪器鉴定厦观测资料分析53I.4仪器鉴宝综评根据检测综台评估的结果,参照长期观测资料的综台分析,将岩滩工程798支内部观测仪器根据其工作状态分成三类:A类仪器:检测值的电阻值和电阻比稳定,检测台格,系列观测资料规律性好.绝缘电阻大于0.Mfl,认为仪器工作正常.其观测资料可作为分析大坝安全状态的可靠数据.B类仪器:检测值的电阻值和电阻比测值较稳定,其检测结果基本合格,即在控制线边缘;绝缘电阻在o卜oosMf之间,系列观测资料的规律基本正常这类仪器的观测资料进行话当的处理后,可以认为数据可靠.C类仪器;观测值部分或垒都不稳,或者测值异常;有的已铡不出:其绝缘度在o.OSMN以下;仪器已失灵等.这类仪器已完全丧失了其功能,不能作为判断大坝工作状况的依据.失灵仪器的韧步分析;大坝埋设仪器中已有192支失灵,占埋设仪器数的24.1,这部分仪器均属C类.认为该仪器失灵已将其电缆割断,根据仪器失灵的原固,大致有以下几种情况钻孔打断电缆,硫化接头不良.钢丝氧化,观测间断,电缆在引入观测房之前长期经受泡术,日晒夜露,搬动碰撞等.15建议岩滩水电站现有A类仪器577支.占72.3B类仪器29支,占3.6;C类仪器192支,占24.1,值得注意的是;岩濉电站在水库蓄水初期.整十工程结掏随着水位上升吾建筑韧投入运转,其荷截在不断增加.散结构内部应力应变,变形都有较大的变化?这部分仪器可能达到或超过量程而失灵故观测单位应随时注意观测的异常值,分析其原因.以便下次进一步鉴定.根据岩摊工程但器鉴定的成果.建议;1.5.1将所有引入观测房的仪器电缆.按不同类型的仪器编号有规律性的编排好.这样可以避免由于仪器编号不清而中断测值.1-5.2完善观测房设施.保持房内的干燥和良好的照明条件,最好使用集线箱和数字式电桥进行观测.2坝由仪器观测资料分析2】观测数据的处理效应量实删数据反映丁大坝及基础在原因量作用下的性状变化,但在目前的拄术条件下,宴测数据难免存在差错,为丁对大坝及基础作出正确的安全评价提供可以信赖的依据,须结合原因量的变化对原始测值进行处理并作可靠性检验.原始测值的可靠性检查建立在监测值内在物理意义的逻辑分析基础上,一般进行一致性和相关性两种分析对实涮值作可靠性检查,采取如下步骤进行,先考虑涮值序列在时间意义上的一致性,检查测值是否背离涮值序列在原因量影响下所具有的规律性(一般可以根据铡值的变化速率来判断,涮值较多时.可以采取自相关分析法).在对原始实测值进行逻辑分析为主要内容的可靠的基础上,采用统计学方i击对铡值的可靠性作进一步验证.着重检验可能的异常值(离群值),即通常所说的偶然误差.系统误差的检验:系统谩差的查线,在实测值可靠性检查的基础上进行,该误差是由于观测母体的变化所引起.通常表现为一常数,按一定规则变化或不按规则的变化量.系统误差的消除与否,直接关系到成果的正确与否.否则,对观测成果无法解释,免强解释,会导致错误的判断和结论,造成不必要的损失.目此,必须查明原因进行修正,以保证成果的真实性和可靠性.关于基准值的选取问题:只要是整理和计算蚬内观测资料,就必须解决和选取每支仪器(或组)的基准电阻值和基准电阻比.基准值选定后方能计算.选取的原别从理论上讲,应当是所埋仪器与砼共同开始工作的时刻,所测得的电阻值和电阻比值为基准值,这一时间为基准日期.岩滩水电站坝内仪器一般选取埋后l214h的测值作为基准值.2.2现测资料分析2.2.1右岸厂房坝段2,21,15坝段渗透压力分析沿5坝段和1机的中心线上布置,渗压计2支.坝基建基面渗透压力成果如表4.,从表4中所列成果明显反映出,渗压值无规律可循,井大量出现测值反常情况.渗透压力为拉应力;无法解释.按埋在水库蓄水之前测值应为零,如固埋设不当,仪器腔内出现真空,拉应力也应不足0?IMPa.现有个别测值为o.21MPa的拉应力.原因可能是仪器温度补偿系数不准所致.这就充分说明在渗压值中吉有温度影响.水利水电耗I1994年第2期衰4s坝段建基面渗透压力成果衰(MPa)缠号P5一】P52P53P54P55P56P57P58高程n1)165.0165.O】65.O1550】55.0146.01460】46.0埋设日期88.】0.29881O2O891.1988.12.】088.12.】08&1】88】0.2288.】O2188.12.26O.04O0080.10一O.O5O.04O.09参89.6.200.06O0.010.凹O.】2一O.O3一O.04O.O089.】2.300.O9O.O】一0.O】O.O80.120.04一O.O3O.099t1.6.210.10O0.10O.13一O.040.04O.0990.12.】7失灵O.O】O.100.2】一O.O3O.O30.0991.6.3oO.0】O.1OO.10O.20一O.04O.O3.0.09压9】.】2.3OO.0】OO.09失甓0.04一O.O30.】O92.3.17OO.09一O.04O.O30.08力92.624O.010.020.070.060.07OO892.122B0.O10.0】0.070.04一O.O50.08X下闸蔷承2.2.1.2弓I水孛阿管周边渗透压力铜管周边布置渗压计.其观测成果如表5.在运行之后卿值就产生了明显地变化,渗透压力陡增,发生的时间为1992年9月以后,正好是孛阿管充水,第一台机组发电之时,到12月底渗透压力分别为一程.倥器所在位置承受的水头为25.2m,30.om和19.51m.可以看出渗压计所反映的攫f值与水压相吻合,说明仪器所处位置的钢管焊缝有渗水现象.2.2.2厂前埙应力状态分析2.2.2.1厂前埙基础应力状态规踵和坝址应力,o.16MPa,一o.28MPa.当时上游库水位为202m高基础应力和厂房与大坝砼接触应力,如表6所列.衰5铜管周边渗透压力(MPa)一编号P59P5一】0P511P5一】2P513P514P5一】5P5一】6P517P5一】8高程m)159.9】9.】81.06176.8176.8172.o1826177.6177.6175.0埋设日期9o.2.】79.11.2fO.】.】30.10.20.】0219o.1O.7O.1】.】3O.】o.290.】O.z90.】O.890.12.17mO1OO】o.0】O.o1一O.04O.O1o.02渗9】.63OO02OO.O20o.0】o.01一O.o5o.0】遘9】.12.30一O.O4O.O20.02o.O】o.020.05O.O1o.05压91.】2.692.3.】70.OlO.O】o.01一O.01一O.O5一O.O】O.O5力后失灵92.12.28o.O10.O1o.O3一O16一O.28一O21o.27一O.04004衰6坝踵,坝址,基础面和厂坝硷接触应力(MPa)】9881989】98919901990】991199】9921992部位12.267.1O】2.30S.2112.176.3012.308.3012.2o坝1.291.63】.48】.31】.471.39o.67O.57O.O4蹬O.7】o.89o.730.一0.93一】,4O一】.59一】.57一】.56坝一o.】Oo.20一O.26一0.47O.O60.31OO.2,1址0.440.O4一O.04o一n.670.07o.09一o.280.24S53一O.23一O.421.oO一1】4一】.oo一】OOZ.25一】.4O一2.39S54一o34o.6,10.430.57一I).41076一O.6O一札z4O.29基S55一O590.900.60一O77一o.2o-_O.55一O.71一mO91.础S56一】74一】.O61.071.o1一O.86一O.73一o.550.63一O.66面S57一O.】2一O.020.09一o.】9失灵S58一】25一O.981.1313O一】.O5一】9】一1.773.133.13厂坝接S5一】O3Oo】6007o.55一O61o.37被面S5一】2O.40一OO9一O.1】一o.57一O.36一o.62994丰第2期岩律水电站太坝内部观_训仪器鉴定爱观测资料分析552,2.2.2引水铜管周边硷钢筋虚力钢筋计按铜管的切线与受力筋相接,进行埋设.观测成果如表7,2.22.31机厂房应力状态分析1机厂房基础硷应力状态如表8.从表中所列成果得出:厂房基础上酵角点在施工期的应力是较为合理的.水平向应力为0.28MPs,垂直向应力为一】.63MPa.而机蜉【下游角点砼应力不仅观测时问短.而且不台理,在施工初期不可能产生28.52MPa和一27.92MPa大的压应力.机坑底韶砼应力的特点是:随着厂房砼浇筑块的不断上升,压应力就随之增加.电站运行之后应力有所变化,机坑中,上游测点应力有所减小,下游点压应力有所增加.产生的原因可能与发电后术压力的分布有关.基础底部硷的温度已趋稳定,温度在22.024之间,年温差为2.蜗壳周边钢筋应力仪器埋设日期为199】年8月2o蔓9月初.下面以施工期和运行初期的成果进行比较.如表9,10.衰7引水钢管斜管段周边钢振应力D51D52D53D5一日期强度应力温度应力温度应力楹度应力t-(=)(MPa)t)(MP)(C)(MP)(t=)(MIa)】9919】263】.3325.73.1325.71.6725.25.16】991】2.30】5.05.9415.7767】5.65.93】.52.0719928.3】26一】.27.12.6327,2】.8423.99.091992.1228】823141807】517.75.59】7.】5.83表8厂房基础应力状志S】2,lSl3S1一S15s16.7日期1420l27”127.44t27441Z744】9896.270.170】70.020.Z3004O0.36】989.12270.540.070.090420.15Z8.5Z一27.92】9906.200.30.630.420.630.2l失夏失灵1990.12.3O一0.340.540.12】991.6.300540.4lO.13】991.1】18028一】.630550.760.】Zl992.6.290.891.330.181992.】2.300.76一】.】50.51表9蜗壳周边钢筋应力IR11R12R13R14R】一5RI一6日期温度应力温度应力温度应力温J芰应力温度应力强度应力(.)(MPa)(C)(MPa)()(MPa)(C)(MPa)()(MPa)()(MP)l99l83】27612.6930.5159238.28.2】2958.40l9911】18】6.65668】8.227.462O64.58】8.62.6216.7.8424.76581992.83124.257.602261608.580725.一17.4C.8一z.923.711.121992.123016979.0817.426692O.53.9124.3一】5.0917.127Zl8,816.U从表中所列成果可得.婿壳两十剖面具有相同的应力分布规律,即蜗壳底韶和靠近尾水管角缘以及顶部为拉应力区,底部拉应力最大.有可能将硷拉裂.顶都拉应力较小.压应力区的应力一般并不很大,均在一27.22MPa以内.大坝与厂房接触缝面的观测成果见表11.从表11看出,钢管上部硷缝面张开比较大.最大值为3.76mm,目前仍有1.34ram,但为一减小过程.张开的原因主要是受温度影响.钢管下部呈张开状.宽度不足lmm,管左部略有张开,帮管右侧略有压缩.2.2.3河床溢流埂段工作性卷分析2.2.3.112蚬段工作性态12坝段布置有钢筋计12支,测肇计27支.温度计】4支,无应力计,支.56水利水电施I1994丰第2期应变计支,计71支监测仪器.L口的工作性态从孔口的应力分布特征来看:冲砂孔口右上角.左下角以及右侧中部均存在的拉应力,三十部位的最大拉应力分别为28MPa,32MPa及61MPa.钢筋产生61MPa的拉应力.根据钢筋和砼联合受力情况.该部位可能产生开裂,应加强观测.2.2,3.216坝段工作性态16坝段是溢流坝段的代表性坝段,同时坝基内有FF断层穿过.为了监测该坝段坝体及坝基的工作状态,共埋设了132支监测仪器,其中测缝计22支,渗压计21支,裂齄计10支,温度计33支.无应力计34支.现将上述各类监测仪器的监测资料成果分析如下:寰l0蜗壳周边钢筋应力11Rl7R】一8R】一9Rll0R1-11日期温度应力温度应力温度应力温度应力温崖应力()(Idp1)()(MIn)()(MPa)(1dpa)()(MPa)199182830.583.2731.118.93811.84】991.11.1816.1240017030.724714.720.913.728411.091992.8.3122620402118821.914.824.01.9522.64331992.12.3O16.2265.7l662,1,820.18517.01.3119.412.55衰l】丈坝与厂房砼接触缝面的变化成果仪器埋设位置埋设开合度(ram)高程编号部位日期90.1.199071O91.1.2891.7.2892.1.2792.7.299212.z8ttn)J520管下14B.1B9.113O0.390090.86072O.880.61O,63J52】管左154.590.3.200.021.340.】70.07J520管右】54.590.3.20019167一O.580.52J523管上】61990,4.25O.32067O623761.7,1134MA51管右】57.0904120.25087076一O.83一O921.O1MA52昔左1570904.120.230380.580.760.63一O.70(自)埙基工作状态接缝变形情况从埙基胶结面埋设的3支垂直测鞋计均处于受压状态,其最大压缩变形为o.35ram压缩变形不随外界气温变化,199:年3月蓄水以后,测键计的变形也没有显着变化,可见.蓄水对坝基胶结面变形影响不大.由于仪器基本上处于受压状态,由此可以判断.基岩与砼腔结良好.坝基渗压情况所埋设3支渗压计均处于受压状态.其最大渗透压力均在1989年12月9o年1月,最大渗透压力值分别为一0.O:SMFa,一O.12MPa,一005MPa,90年以后其渗透压力叉略有减少.并逐步趋于稳定.由于1989.12.28坝基开始固结灌浆.致使坝基渗透系数减小.这说明坝基岩内的防渗椎幕效果良好,同时承库蓄承以后需要一定的时间.埂基内才能形成新的稳定渗流场.护坦的最大渗适压力值为一0.04MPa.在仪器的误差范围内.违说明护坦防渗效果良好.坝基变形情况从基岩变位计的变形时间过程线可以看出:埋设初期约一年的时间内为拉伸变形.其值分别为o.1ram,0.18mm.为坝基初期卸荷回弹,一年以后坝基由张拉变形转为压缩变形.后期最大压缩变形为一1.6mm.F.断层工作状态分析1517坝段基岩内有FF断层穿过F断层位于坝轴线下35Om左右,断层倾向下游,与铅垂线夹角约72.对坝体稳定有影响;F断层则位于护坦扳下基岩内,距坝轴线约116m左右.F只有施工初期有很小的拉伸错动变形.最大?拉伸变形值为O.94mm.变形主要是由施工初期温度变化引起的,F,断层未见异常活动.见表12.(b)坝体工作状态分析常规砼与碾压砼分界面结合情况通过对上述监测仪器的观测资料分析,泌器均为压缩变形,变形量为0o一._5ram,温升则压缩变形减小.温降则压绾变形增加.说明常规砼与碾压砼结台良好.未产生裂齄,具有整体性能碾压砼层面结合状况碾压砼层面间开台度基本上为压缩变形,缝面处于闭台状态,这说明碾压砼层面间结台良好,具有整体性能.坝体与护坦之问分缝面上开台鹰变化缝面上l994年第2期岩漳水电站大胡内部观驯仪器鉴定夏观洲资料分析57部可13.处仪器Jl69,初期受压,在89年5月15日以后仪器始终处于受拉状态,最大拉伸变形为3.52mm,并且其拉伸变形与温度呈正相关坐化.这说明该部位缝面除施工初期由于温升闭台以外.其它时刻缝面一直张开.其它部位缝面玎台且具有整体性能.表12F-.断层监蔫成果错动变形宽度变化时问JM166JM1一8】M165JM77Tf)D(ram)T()JD(m)T()D(mm)T()D(mm)91.12.2725.00.1O无资料24.3一O.2126.6一O.3792.O6.26Z4.8O.O123.8一O.z9Z6.4一O392.12.142390.0O7,4.00.2925.70.54埂体渗压情况由于渗透压力均在渗压计的精度范围内变化(<o.09MPa).敲可以认为渗压计没有承受渗透压力,这说明坝体渗流场的形成需要一段时间(几年).埂体温度变化夏秋季的人仓温度为23.027.o.其最高温度为35.o37.相应的水化热温升为8.013.0”C.冬春季浇筑的砼人仓温度低.为1723.其最高温度在3032,在的水化热温升为1215.从温度角度来看,碾压砼的最高温度和水化温升均比常规硷低,这是碾压的最大优点之一埙体应力变化坝体应力掌近上游部位受压.“最大压应力为一3.8MPa,口最大压应力1.69MPa.最大,最小的主应力均为压应力,相应最大压应力值分别为:一1.55MPa,一3.91MPa最大剪切应力为指向下游;其值为1.24MPa.靠近坝体中部的应力在坝体处于低温季节时有拉应力存在.瓿,叮,的最大拉应力分别为:1.14MPa,0.56MPa,1.28MPa.2.2.4左岸一期砼工程左岸一期砼工程共埋设内部观测仪器296支.2.2.4.1应力状态(a)坝基砼应力观测铅直向应力;坝j重部位仪器于86年3月至12月.应力变化揠小,压应力在一0.1MPa之内变化,说明由水化温升产生的砼温度应力对坝踵铅直向应力影响较小.87年元月至89年6月,其压应力逐渐增大.最大压应力为一0.5MPa左右反映出上部浇筑砼,自重荷载对埂踵应力影响的现象.至90年12月止(仪器无资料前),应力一直在O7MPa左右变化.(b)孔口应力18蚬段泄水孔周迫应力孔口底部钢筋计.应力与温度呈负相关变化,即升温受压降温受拉.在1988年3月底产生了12.0MPa拉应力,相应的应变计也测得砼拉应力0.17MPa.1989年1月,由于温度较低,铜舷产生14.4MPa的拉应力,砼也测得1.67MPa拉应力后期拉应力连年减小.1990年锕筋拉应力约为1.8MPa,砼产生1.58MPa拉应力,底部砼应力变化趋势与钢筋计实捌应力完全一致.同时孔口两侧垂直铜舷计初期受压,1988年7月分刷为一3.7MPa和-43.0MPa.后转为受拉.至1990年12月拉应力分别为6.ahPa和5.2MPa.3结语通过对电站砼重力坝坝内观测资料整理分折.对各建筑枷在施工期特别是在蔷水初期的工怍性态有了全面了解,可归纳为;3.1基岩变形通过对5,12,16坝段埋设基岩变形计的观测结果表明,基坑在开挖后有卸荷回弹现象,仪器反映出拉忡变形.其值为0.150,8ram之间-随着坝高的增加,拉忡变形逐渐转向压埔变形.并且日趋稳定.压缩变形值为o.551.641I】TlI.基岩变形较小的原因在于坝体座落在岩性程好的辉绿岩上.3.2设计中所重视的FF.断层,经观测成果证实未产生错动变形.3.3厂房与砼大坝齄面的位错性态;通过8支错动计的观测成果表明:厂埂问缝面的相对错动量为一0.o0.01ram,从仪器的埋设方向判断.砼坝体的沉降大于厂房的沉降,根据时间判斯此种错动在旄工期由自重所弓起,不会给弓水钢管的变形带来不利影响.3.4渗透压力的变化状况:蓄水前建基面所测渗透水利水电施I1994年;2期压力为0.01OMPa的拉应力.产生的原因主要是温度补偿系数不准所致.当时仅18坝段由于导流景;响和厂房1机底部建基面测得不足0.1MPa的傍遮压力.在围墙拆除之后.上游蓄水,厂房基础部甘渗透压力明显增由.渗透压力值与下游水位根吻合.5.坝段建基面在蓄水后.温度基本不变.但渗透压力明显增加井与水库水位相对应.水位增高则渗压增加,但压值在一01MPa之内.16坝段渗透压力基本为零.说明坝基防渗效果很好.引水钢管周边渗透压力:在1.机引水管.运行发电之后渗透压力陡增.到1992年12月底渗透压力分别为0.16MPa,一0.28MPa和一0.2IMPa.该测值与上游水位所形成的水