混凝土應(yīng)力及溫度監(jiān)測(cè)變化分析

邸 向 榮, 李 斌 斌, 張 睿 棟, 張 世 娟

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司,四川 成都 610066)

1 概 述

岷江犍為航電樞紐工程為二等大(2)型工程,其渠化岷江3級(jí)航道的長(zhǎng)度長(zhǎng)達(dá)20 km,新建3級(jí)船閘和大(2)型電站(500 MW)各一座。設(shè)計(jì)通航船舶噸級(jí)為1 000 t,多年平均發(fā)電量為21.856 5/21.869 7億kW·h(現(xiàn)狀/遠(yuǎn)景),裝機(jī)年利用小時(shí)數(shù)為4 368 h/4 370 h。水庫(kù)正常蓄水位高程335.00 m以下庫(kù)容為1.483億m3,校核洪水位高程(P=0.1%)339.21 m以下總庫(kù)容為2.271億m3,死水位高程為334.00 m,日調(diào)節(jié)庫(kù)容為0.158億m3。

該樞紐發(fā)電廠(chǎng)房布置于左河槽,為河床式廠(chǎng)房,屬擋水建筑物,左側(cè)為左岸重力壩段,右側(cè)為右儲(chǔ)門(mén)槽壩段。其主要建筑物包括攔沙坎、引水渠、主機(jī)間壩段、安裝間壩段、裝卸場(chǎng)壩段、副廠(chǎng)房、主變室及GIS室內(nèi)開(kāi)關(guān)站、導(dǎo)墻、尾水渠等。安裝9臺(tái)貫流式水輪發(fā)電機(jī)組,其單機(jī)容量為55.6 MW,總裝機(jī)容量為500 MW。

連接廠(chǎng)房的工程包括1～3號(hào)刺墻壩段、4號(hào)重力壩段,其壩頂高程為342.80 m?；炷链虊尾捎霉ぷ中蛿嗝?腹板厚4 m,上頂寬10 m,下底寬12 m,最大高度為22.3 m,總長(zhǎng)度為50 m,分三個(gè)壩段布置;4號(hào)重力壩段的最大壩高為26.3 m,壩段總長(zhǎng)度為21.32 m,上游壩坡鉛直,下游壩坡坡比為1∶0.8。

工程建設(shè)內(nèi)容包括:土方明挖、石方明挖、邊坡支護(hù)、土石方填筑、混凝土澆筑、基礎(chǔ)防滲、地基加固、機(jī)電及金屬結(jié)構(gòu)預(yù)埋、安全監(jiān)測(cè)等。

2 混凝土驗(yàn)證檢測(cè)及監(jiān)測(cè)儀器的布置

2.1 混凝土設(shè)計(jì)驗(yàn)證

該廠(chǎng)房1～9號(hào)機(jī)組閘墩均屬于大體積混凝土,設(shè)計(jì)要求的混凝土為C25W6F50。經(jīng)項(xiàng)目部自檢試驗(yàn)室進(jìn)行的混凝土配合比設(shè)計(jì)驗(yàn)證取得的相關(guān)檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果如下:

(1)混凝土抗?jié)B等級(jí):檢測(cè)方法遵循《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》DL/T 5150-2017中的有關(guān)規(guī)定,質(zhì)量評(píng)定遵循《水工混凝土施工規(guī)范》DL/T 5144-2015中的有關(guān)規(guī)定,檢測(cè)結(jié)果均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)抗?jié)B等級(jí)要求?；炷量?jié)B等級(jí)檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表1。

表1 混凝土抗?jié)B等級(jí)檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

(2)混凝土抗凍等級(jí):檢測(cè)方法遵循《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》DL/T 5150-2017中的有關(guān)規(guī)定,質(zhì)量評(píng)定遵循《水工混凝土施工規(guī)范》DL/T 5144-2015中的有關(guān)規(guī)定,檢測(cè)結(jié)果均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)抗凍要求[1-2]?；炷量箖龅燃?jí)檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表2。

表2 混凝土抗凍等級(jí)檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

(3)混凝土抗壓強(qiáng)度:檢測(cè)方法遵循《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(DL/T 5150-2017)中的有關(guān)規(guī)定,質(zhì)量評(píng)定遵循《水工混凝土施工規(guī)范》(DL/T 5144-2015)中的有關(guān)規(guī)定,混凝土抗壓強(qiáng)度均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求,質(zhì)量合格?；炷量箟簭?qiáng)度檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表3。

表3 混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

2.2 監(jiān)測(cè)儀器的布置

根據(jù)該樞紐工程具有的工程地質(zhì)條件、不可預(yù)見(jiàn)性因素等特點(diǎn),為監(jiān)測(cè)和掌握水工建筑物施工期、運(yùn)行期的工作狀況,同時(shí)驗(yàn)證設(shè)計(jì)理論的正確與否,設(shè)計(jì)單位從施工期監(jiān)測(cè)和后期電站運(yùn)行階段入手,依據(jù)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)原則,運(yùn)用多種監(jiān)測(cè)手段,在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部通過(guò)布置應(yīng)變計(jì)、無(wú)應(yīng)力計(jì)、溫度計(jì)監(jiān)測(cè)的方式用于掌握混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的收縮應(yīng)變、內(nèi)部應(yīng)力及溫度變化情況,判定結(jié)構(gòu)混凝土的穩(wěn)定性,為壩體的安全穩(wěn)定提供參考依據(jù)。

該工程地面發(fā)電廠(chǎng)房共布置有9個(gè)機(jī)組、10個(gè)閘墩,共計(jì)設(shè)計(jì)了2個(gè)監(jiān)測(cè)斷面,分別為5號(hào)機(jī)組和9號(hào)機(jī)組斷面,布置三向應(yīng)變計(jì)12組、無(wú)應(yīng)力計(jì)6套、溫度計(jì)22支。

3 監(jiān)測(cè)儀器的安裝及取得的監(jiān)測(cè)成果

3.1 監(jiān)測(cè)儀器的安裝

3.1.1 應(yīng)變計(jì)

(1)應(yīng)變計(jì)埋設(shè)前必須進(jìn)行室內(nèi)檢驗(yàn),待其合格后方可使用;

(2)按照施工圖紙的要求,先測(cè)量放樣并采用固定支座確定應(yīng)變計(jì)的埋設(shè)位置和方向。在支座上安裝支桿、調(diào)準(zhǔn)支桿的方向,再將應(yīng)變計(jì)固定在支桿上;

(3)對(duì)儀器周?chē)靥罨炷?剔除混凝土中粒徑大于8 cm的粗骨料,人工振搗密實(shí)。下料時(shí)料距儀器1.5 m以上,埋設(shè)前設(shè)置無(wú)底保護(hù)木箱,埋設(shè)時(shí)保持儀器的正確位置和方向并應(yīng)及時(shí)檢查,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題一定要及時(shí)處理或更換儀器;

(4)埋設(shè)過(guò)程中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)維護(hù),絕不允許非工作人員進(jìn)入埋設(shè)點(diǎn)半徑5 m范圍內(nèi)。儀器埋設(shè)后設(shè)置明顯的標(biāo)記并留人看護(hù)。

3.1.2 無(wú)應(yīng)力計(jì)

(1)無(wú)應(yīng)力計(jì)埋設(shè)前先進(jìn)行室內(nèi)檢驗(yàn),待其合格后方可使用;

(2)將無(wú)應(yīng)力計(jì)安裝所需要的瀝青和內(nèi)外兩個(gè)桶空隙之間所需要的木屑準(zhǔn)備好;

(3)按照設(shè)計(jì)要求接長(zhǎng)電纜,接長(zhǎng)時(shí)先將同色芯線(xiàn)接在一起并用錫焊牢、認(rèn)真進(jìn)行硫化處理。電纜接長(zhǎng)后編制號(hào)碼,然后用讀數(shù)儀器進(jìn)行測(cè)量并進(jìn)行記錄;

(4)將無(wú)應(yīng)力計(jì)安裝在保護(hù)筒中心位置且與應(yīng)變計(jì)組相隔1 m;

(5)埋設(shè)時(shí),在無(wú)應(yīng)力計(jì)桶內(nèi)填滿(mǎn)相應(yīng)埋設(shè)部位同級(jí)配的混凝土,適當(dāng)去除較大粒徑的骨料,然后由人工振搗密實(shí)。

3.1.3 溫度計(jì)

(1)按計(jì)算長(zhǎng)度量取電纜并與溫度計(jì)連接,處理好接頭后用布包裹并纏上膠帶。

(2)按照設(shè)計(jì)要求先測(cè)量放樣,然后確定溫度計(jì)的安裝高程與部位。

(3)預(yù)埋兩根Φ12鋼筋,并將一根水平的鋼筋焊在預(yù)埋的插筋上以固定溫度計(jì)。

(4)使用膠布將溫度計(jì)密纏、固定在鋼筋上,下料時(shí)儀器周?chē)? m以?xún)?nèi)不得使用震動(dòng)棒,人工回填并剔除粒徑大于80 mm的混凝土,人工搗實(shí)且不得觸及儀器[3]。

3.2 所取得的監(jiān)測(cè)成果

(1)應(yīng)變計(jì)及無(wú)應(yīng)力計(jì)監(jiān)測(cè)成果。三向應(yīng)變計(jì)及無(wú)應(yīng)力計(jì)監(jiān)測(cè)成果統(tǒng)計(jì)于2017年4月8日至2020年10月23日之間,歷時(shí)3年6個(gè)月,期間混凝土內(nèi)部微應(yīng)變累計(jì)變化為18.32～-635.80 με之間,混凝土內(nèi)部非應(yīng)力微應(yīng)變累計(jì)變化量在-507.72～12.36 με之間。

(2)溫度計(jì)監(jiān)測(cè)成果。在混凝土表面布置了10套溫度計(jì)、混凝土內(nèi)部布置了12套溫度計(jì),其監(jiān)測(cè)成果統(tǒng)計(jì)于2017年6月20日至2020年10月23日,歷時(shí)3年4個(gè)月,期間混凝土內(nèi)的溫度變化為9.43～51.87 ℃,混凝土表面溫度在7.11～34.4 ℃之間變化。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)岷江犍為航電樞紐工程廠(chǎng)房閘墩2個(gè)監(jiān)測(cè)斷面取得的監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行分析后得出以下結(jié)論[4-5]:

(1)在混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C25W6F50,且其抗?jié)B、抗凍、抗壓要求均符合設(shè)計(jì)要求的條件下,受混凝土內(nèi)部溫度影響,三向應(yīng)變計(jì)與無(wú)應(yīng)力計(jì)總體產(chǎn)生收縮應(yīng)變,其在混凝土澆筑后的2～3個(gè)月時(shí)間內(nèi)收縮趨勢(shì)明顯,隨后收縮趨勢(shì)逐漸趨于平緩。三向應(yīng)變計(jì)單支儀器的最大變幅為636.85 με,無(wú)應(yīng)力計(jì)單支儀器的最大變幅為508.20 με,所受微應(yīng)變均小于三向應(yīng)變計(jì),微應(yīng)變變幅相差128.65 με。

(2)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)局部測(cè)點(diǎn)(混凝土內(nèi)埋深較小部位分別為5號(hào)機(jī)組和9號(hào)機(jī)組的4號(hào)、5號(hào)測(cè)點(diǎn))受季節(jié)性環(huán)境溫度影響其應(yīng)變起伏較大,并且形成了一定的規(guī)律:冬季應(yīng)力監(jiān)測(cè)其值較大,夏季所測(cè)應(yīng)力值較小,三向應(yīng)變計(jì)變幅在240 με以?xún)?nèi),尤以5號(hào)機(jī)組和9號(hào)機(jī)組的4號(hào)、5號(hào)測(cè)點(diǎn)明顯。三向應(yīng)變計(jì)歷時(shí)監(jiān)測(cè)變化過(guò)程見(jiàn)圖1。無(wú)應(yīng)力計(jì)變幅在180 με以?xún)?nèi),所受微應(yīng)變變幅小于三向應(yīng)變計(jì)微應(yīng)變變幅60 με,尤以5號(hào)機(jī)組和9號(hào)機(jī)組的4號(hào)、5號(hào)測(cè)點(diǎn)明顯。無(wú)應(yīng)力計(jì)歷時(shí)監(jiān)測(cè)變化過(guò)程見(jiàn)圖2。

圖1 三向應(yīng)變計(jì)歷時(shí)監(jiān)測(cè)變化過(guò)程圖

圖2 無(wú)應(yīng)力計(jì)歷時(shí)監(jiān)測(cè)變化過(guò)程圖

(3)在同標(biāo)號(hào)混凝土條件下,混凝土內(nèi)溫度較高的情況均發(fā)生在混凝土澆筑初期,其主要受混凝土水化熱影響導(dǎo)致,最高溫度為51.87 ℃?；炷恋谋砻鏈囟冉?jīng)長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn):埋設(shè)在混凝土表面的溫度計(jì)受季節(jié)性環(huán)境溫度影響其應(yīng)變起伏較大并形成一定的規(guī)律:冬季應(yīng)力溫度值較小,夏季所測(cè)溫度值較大,變幅在25 ℃以?xún)?nèi)。