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天生桥一级水电站大坝面板应力应变分析

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广西水利水电GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2015(2、 ・工程整治・ 天生桥一级水电站大坝面板应力应变分析 胡召根 (天生桥一级水电开发有限责任公司水力发电厂,贵州兴义562400) 【摘要】针对天生桥一级水电站钢筋混凝土面板堆石坝投运以来,钢筋混凝土面板曾发生过多次挤压破坏的问 题。通过对1999 ̄2013年监测数据统计,分析钢筋混凝土面板应力应变分布规律、发展趋势和增长速率,探讨其挤 压破损机理,为大坝面板破损修补提供参考依据,确保大坝安全运行。 【关键词]天生桥一级水电站;钢筋混凝土面板;应力应变;分析 [中图分类号]TV698.1 1 【文献标识码】B [文章编号】lOO3—151o(2o15)o2—0053—05 变计组,共计84支应变计(现存54支正常观测),在 l 工程概况 天生桥一级水电站位于贵州安龙县与广西隆 林县交界的南盘江干流上,是红水河梯级开发的龙 头电站;大坝为混凝土面板堆石坝,最大坝高178 In 面板R1、R9、R25、L6、L14、L25的不同高程处共埋 设了l5支无应力计(现存11支正常观测),用以监 测面板混凝土的应力应变隋况。 面板钢筋应力:在面板R1、R4、R9、R15、R25、 (坝顶高程791 m),坝顶长1 104 in,坝体填筑量为 L3、L6、L14、L25的不同高程内埋设36组共72支钢 1 800万m。,大坝堆石体主要由垫层料、过渡料、主 堆石区和次堆石区组成。钢筋混凝土面板(共69 块,每块宽16 n1)分3期浇筑,680 m高程以下为一 期面板,1997年5月浇筑完成;746 Ill高程至680 m 筋计(现存61支正常观测)。 面板温度:在面板R2、R10、L5、L13的不同高程 埋设27支温度计(现存20支正常观测)。 高程为二期面板,1998年8月浇筑完成;787.3 Ill高 程至746 m高程为三期面板,1999年3月浇筑完成; 面板厚度从顶部0.3 Ill渐变到底部0.9 Ill,混凝土面 板的混凝土强度等级为C25,抗渗等级为WI2,钢筋 3监测资料分析 采用1999~2013年的实测资料,对大坝混凝土 面板的应力应变规律进行分析。 3.1水平向钢筋应力 网格间距20 am,混凝土保护层厚度为15 cm,配 筋率0.3%一0.4%。三期面板L16一R21为双层网格 钢筋,其余面板钢筋均为单层网格布置,总面积为 17.2万in ,混凝土浇筑量为l1.32万in 。 图1~3分别表示了3个典型钢筋计所测得水平 向应力的时程曲线,其中,SBH12位于河床中部(o+ 629桩号、713 in高程)二期面板内,钢筋应力为受 压,近年来实测应力随库水位变动而有规律波动, 测值约为40~60 MPa,在库水位较高时,钢筋应力较 小,库水位较低时则钢筋应力较大,测值随时间变 化不大。SBH21位于(0+725桩号、778 In高程)三 期面板顶部,该处面板钢筋同样承受两岸向河床中 央部位的水平挤压作用而呈现压应力,在2003年面 板挤压破损后压应力明显减小,近年来实测应力随 2监测仪器布置 天生桥一级面板堆石坝监测设施包括:环境 量、变形控制网、外部变形、坝体内部变形、面板脱 空、面板垂直缝及周边缝、面板应力应变及温度、渗 监测流等项目;其中面板应力应变监测仪器有:无 应力计、应变计、钢筋计及温度计 。 面板混凝土应力应变:在面板R1、R4、R9、R15、 R25、L3、L6、L14、L25的不同高程处共埋设27组应 【收稿日期】2014-12-30 库水位变动而有规律波动,测值约为20~60 MPa,总 体表现为库水位较高时钢筋应力较大,库水位较低 时则钢筋应力较小,峰值变化相对库水位变化来说 [作者简介】胡召根(1983-),男,贵卅I省盘县人,天生桥一级水电开发有限责任公司水力发电厂T程师,学士,从事水工建筑物管理工作。 53 胡召根:天生桥一级水电站大坝面板应力应变分析 有所滞后。SBH27位于(1+029桩号、778 nl高程) 左岸三期面板顶部,钢筋计实测应力为拉应力,近 年来实测应力随库水位变动而有规律波动,波动幅 度较河床部位小。 图4~6为不同时段(1999、2003、2013年)实测 钢筋应力分布图,面板水平向钢筋应力表现为河床 问部位中上部面板。最大值位于0+730 m、745 m 高程(二、三期面板交界)附近,1999年5月钢筋最 大水平向应力为141MPa,2003年5月增加至191.7 MPa,2013年5月增加至197 MPa,呈逐渐增加但越 来越缓慢的发展趋势,2003年以后增幅较小,河床 部位部分面板由于经历了多次的挤压破坏及修复 处理。因此,其钢筋压应力测值的变化情况难以真 实反映面板的应力变化规律。 中间部位受压,两岸部位受拉,压应力较大的分布 区域为桩号0+600~0+800、700 ITI高程以上河床中 54 1 一水位/ 790 780 一~ i-t- 、j77O 、J  ;、、,  f 越 一 一 4 l\ … .、 应 / F 700 … 一 一 、 ,  I_  l—V2一 =750 ;V一 7、一一弋 ●L !===\730 4o霆 .. _’、 !=!==!= : 。一  jI  l. 720 200 ̄/1/3 200Z/1/3 2004/1/3 f 2oo671/3 2ooa/1/3 20to/l/3 201t/1/3 7l0 700 图1 钢筋计SBH12水平向应力测值时程曲线 i 一1 一 一 —-水位,m ‘一lI  _,\ r,\ A ^了 ,瓜 , f L 鼢 ~\ 八 八 … l 一/ 一 ■一  ——]—豫力,H ’ J上 l。 ’ 1r I T1-i 弭 I明‘ I1l 。 -I r’ f  Jr ] 。’ l’V  } l 1 l2ood 4/2 2002/ 4/2 ’2004/4/2 2006 /4/2 zoo ̄/4/2 2010 /4/2 zo12 ̄'4/e f 图2钢筋计SBH21水平向应力测值时程曲线 }  lI j  【l 一,= f▲ ‘. 一i 一 A.』..^ f,、、_i,,\ IⅢm  ⅢⅢ 目 一 挺 Ⅲ l ~i . mⅢ堇量Ⅲ/ . 恒 Ⅲ 呈堇 7I l— —ll\1 、 TTr\I'丫\{一 、 、 rr一 '■,r .}一 f / 、, 7 7一 —7’一— —7 l f 1 i, tV l、f 、f IV iV f f ’, 、 , l l J \ { l T一…_『~ !T— V U I/ ] - …… 一÷一~ 一一。I …~j一… 一; 一 一一~  .J j………~7 i  , l V -L l k r1-‘‘.roop/…4/2}2…~ 一oo~  /4/2 1 2oo{/4/2 7~i 7i7i一一r…i 0 ̄t412 2010/4/2 201 ̄4-/- ̄'4/2 ttra 13期 图3钢筋计SBH27水平向应力测值时程曲线 图4面板水平向钢筋应力分布(1999年12月) 广西水利水电GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2015(2) / 下 一 / ~ c 且lH 15 : 33{ 》 / r、 ● 说明: 1.SBH、ZBHY ̄水平方向 韵 '- \7./ 删 )- 9 sHj :妊 / 莉 1l BH O: 一联 0 、 ,T 口 /—— { Ⅲ 一 ! l l , I 、、 鬻 8s : _ 1 jH0: 3 。4 ; 鸯蛊量嫠荔譬 的测值 、砰 3{ ZE / SB ; 孙 严 l 1 / 驵 f f ’一 讴 … ;f 姥f 蓐, \1   ~ U :卜  32l \ 幽 3 妻 隶 山 一,一 ~: %\ 7r 0 | 一 7 r 1 一 1 玳 4t 、\ ~ z 、 9 J j5 0 扮 、旧 【1 《5 | {砥  ’ 、{ 螽 ,, I } / 姜 I蠡2 I1【宰{肇 1器1盘罕蠡 竺 宰 嚣l导零 婴 ‘0: 一‘ o 碴1] 6} 鼬 ~ 、 ~ 图5面板水平向钢筋应力分布(2003年5月) 说明: i.SBH、ZBH为水平方向: 0BM : 29 ■J●4柚/ ● sBM 星旁 —— —卜L 噜 , 1s BH 0: 车 t _ 一 一 r \ 9 - 3.均取上层钢筋计的测值 一\ M 附 , / 一/ ,/ r4 ,f j一卜3{0、 q 1{s B姒}【 l2 :一 /.64 H一 冁 韭9 :黔 f、\ \ \ 坏 为{—2 f' 墓 嵩  I腧 砸 … 嘣 r_  钳 {5: \ 、 \ 一 / 、 , EL746.0 _ l}IJ 2i \ 鼬 、 、 B}i 3: } BH。 0・ R :0: \ \ ~ ,, / \ ) f 一 一 2 1 ~ 一 。●一 整c 糊 ;m 搬’ 4: )1 ,1 4 f: { 图6面板水平向钢筋应力分布(2013年5月) 3.2顺坡向钢筋应力 SBPIO(桩号0+629,658.5 m高程)位于一期面 MPa。顺坡向最大压应力在1999年约为136 MPa, 2003年为147 MPa,2013年为187 MPa。 3.3水平向混凝土应变 板顶部、河床中间部位,该部位高程较低,在自重、 水压等作用下,该部位面板总体受压,蓄水初期压 图7~1O分别表示了4个典型混凝土应变计所 力呈逐渐减小状态,2002~2007年应力随库水位波 动而波动,压应力为120~125 MPa,2008年后呈现 逐年增加趋势,但增幅不大,近期最大测值约140 MPa,小于前期实测最大压应力。 测得水平向的时程曲线,图11~13则表示了水平向 应变在不同时段(1999、2003、2013年)的分布。 SGH9(桩号0+630,638 m高程)位于一期面板、 河床中间部位,该部位面板在水平向为受压,近期 SBP21(桩号0+629,778 In高程)位于三期面板 顶部、河床偏左岸部位。由于该部位坝体沉降 和向下游位移,并在施工期出现面板脱空现象,面 板呈现向下游的弯折变形。因此,该部位顺坡向受 拉,实测拉应力240 280 MPa,且随着水位的波动而 波动,当库水位较高时拉应力较大,水位下降时拉 应力变小。 SBP27(桩号1+029,778 in高程)位于三期面板 顶部、靠近左岸岸坡。该部位面板也为受拉状态, 但拉应力相对较小,为0~30 MPa,随水位升降小幅 波动。面板顺坡向钢筋应力分布表现为面板中低 测值处于小幅波动状态,在300 310 之间。 SGH11(桩号0+630,683 In高程)位于二期面板底 部、河床中间部位,该部位面板在水平向表现为受 压,测值发展变化趋势为逐年缓慢增加,目前在 530~540 间小幅波动。SGH20(桩号0+726,745 In 高程)位于三期面板底部、河床中问部位,该部位面 板在水平向表现为受压,在2003年面板挤压破损后 压应变明显减小,近年来实测应变随库水位变动而 有规律波动,测值发展变化趋势为逐年缓慢减小。 SGH25(桩号0+854,778 Ill高程)测点位于三期面板 顶部附近、河床中部偏向左岸,该部位也为受挤压 区,其测值在100~200 间波动。 从图1 1~13不同时段的面板水平向实测应变分 布图可以看出,面板混凝土水平向应变表现为受 压,河床中间部位测值较大,两岸部位较小,压应力 部位受压、坝顶部位受拉,顺坡向压应力最大值均 位于一期面板中下部,顺坡向最大拉应力位于河床 中间部位面板顶部高程,符合一般规律。从数值上 看,1999年5月钢筋最大顺坡向拉应力为277 MPa, 2003年5月约为269 MPa,2013年5月约为258 较大的分布区域为桩号0+600~0+880、高程700 m 55 胡召根:天生桥一级水电站大坝面板应力应变分析 以上河床中间部位中上部面板,最大值位于桩号0+ 730,745 m高程(二、三期面板交界)附近,1999年5 月测值为775 ,2003年5月约为909 ,在2003年 面板挤压破损后大幅减小,2013年5月约为629 Ix; 整体上看,河床部位中下部面板水平向挤压应变 有缓慢增长的趋势,而中上部由于经历了多次 的挤压破坏及修复处理,不同部位变化规律不 尽相同。 56 /、 ,’ ,、 一水位/m 一廊力/Me 。 、 ‘、 j I_ 、一  // r、 目 V V 恒 r 一j 。1 200O /1/3 2002 1/3 2004 /1/3 2006 1/3 2OO{ /1/3 201d/l/3 20l2 /l/3 图7面板混凝土应变计SGH9水平向应变测值时程曲线  ll ; 一水位/ L 厂\,、r\1 ^ ^ ^厂 厂、 ……… 应力/MP l j■ /’ l I—V  、 、0… l ’l —甲 0 一l l一 }  il 2000 /I/3 2oo2 ̄'1/3 l 2004 ,1/3 2006 1/3 2000/1/3 2o14/1/3 2012/1/3 日期 图8面板混凝土应变计SGH1 1水平向应变测值时程曲线 n — lI 一; /、 ^ 采 采 斗 一槲 一 l J▲  \IV  ;、}l 、/^、” 、’ ; V 、,、:  iV 一 一水位/m 一{争c 府-h/MPa 越 2000/ /3 2l 002/1 懿 2306/1/; 2I O8/l/2 20lo/1/'3 2Ol /I/3 图9面板混凝土应变计SGH20水平向应变测值时程曲线 ⅢⅢ 煳ⅢⅢⅢⅢⅢ 孵韫 400 状300 l l  lj— 卑,m幽200 ,\ r,\ r\ .  ’lO0 f 、f ’ 、 … 一 八 ÷一 ~ ;/… _q _ 妻 。: V f ~f 叶 静。300 ÷200  l’ 懒 4oo 200C /4/1 l 2002 4/l 2004/4/1 2oo6 ̄/4/1 2005/4/1 201 ̄/4/1 2012 ̄4/1 1999/4/i 2001/4/1 2003/4/1 2005/4/1 2007/4/1 2009/4/1 201l/4/1 2013/4[1 图10面板混凝土应变计SGH25水平向应变测值时程曲线 碧 v / 竺: 说明: f. 时 蠲 ,( 一 舡 ~ 1.SGH为水平方向: 、 ‘ / i 、 —— 2.应变单位为 。 n_-m/何 p/ s吲 【7: 筇 一 r —— -  f 10 一4 }9 L0 —— / 晤・ 一3 5 74 f 、 / /亏 3Ii, : 夕 高 / 1 I 4 怕 0I 一 ~ 、 孑i; / _ / f /f f  l】 ’~ } \1 2 }4 44 £口 甫 豁 ・一l13 40 jl 3O \ EL746.0Q—r 1, l  I『 一3 r : I \ r— 、\ 、 S 瓤 4j f 一 、 26 一 ^ Ⅳ 肝“、 、£ 鼍 I13 20 7 \ / | 事 #G出: {1呻中 ; )I h’ f ; C奠 囱  I _● 毳 C :盘—s瞄 一 2l 一/ C一0 ; :‘  翻{ it m c 图11面板混凝土水平向应变分布(1999年12月) m ⅢⅢⅢ ⅢⅢ g/跫懈 广西水利水电GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2015(2) 参考文献 [1】黄国兴,陈改新冰工混凝土建筑物修补技术及应用【M] 北京:中国水利水电出版社,1998. [2】SL62-94,水T建筑物水泥灌浆施工技术规范【s】 (责任编辑:周群) Powerhouse crack repair for Dazhu Hydropower Station ZENG Zhi (Guangxi Guiyu Engineering Consultant Co.Ltd.,Nanning 530023,China) Abstract:The powerhouse of Dazhu Hydropower Station had seen racks due to debris flow caused by rainstorm, which seriously endangered the structural safety of powerhouse and operation.The cracks were repaired by normal cement grouting with double rows of holes and three—sequence increased density.The repaired powerhouse has SUC. eessfully withstood the test of a 4m—high lfood which demonstrate good crack repair effects. Key words:Powerhouse of hydropower station;crack;grouting;repair (上接第57页) 修补时间提供数据支撑 ,对大坝面板挤压破损机理 及处理措施研究具有重要意义。 红水河,2012,31(6):130—133. [2】魏寿松.天生桥一级大坝面板竖缝的挤压破损原因初探 【J】.云南水力发电,2004,20(1):56—58. 参考文献 [1】胡召根.浅谈天生桥一级水电站大坝面板的维护管理【J】 (责任编辑:周群) Stress and strain analysis of main dam face slab for Tianshengqiao I Hydropower Station HU Zhao——gen (Hydropower Plant of Tianshengqiao I Hydropower Development Co.Ltd.,Xingyi 562400,China) Abstract:The reinforced concrete face slab rockfill dam of Tianshengqiao I Hydropower Station has seen crushing damage of face slab several times since it was put into operation. Based on the monitoring records within the period of 1999~2013,the author analyzed the distibutiron rule,development trend and growth rate of stress and strain at the reinforced concrete face slab,probed into the crushing damage mechanism,SO as to provide reference basis for the damaged face slab repair and guarantee main dam safe operation. Key words:Tianshengqiao I Hydropower Station;reinforced concrete face slab;stress and strain;analysis 63 

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