吉沙水电站厂区安全监测设计及资料分析

刘宝昕，张淑梅，耿贵彪

（中国水电顾问集团北京勘测设计研究院，北京 100024）

1 工程概况

吉沙水电站厂房后山坡山体上陡下缓，表层为崩坡积体。为保证厂房整体长期运行安全，对厂房后山坡采取削坡减载方式处理，同时辅以系统喷锚、挂网等联合加固措施。整个边坡共设 2599.15 m-2620.00 m-2650.00 m-2680.00 m-2710.00 m高程至边坡顶5级边坡马道。其中，2600～2675 m高程段设计开挖坡比1∶1.5，2675 m高程以上为1∶0.75。厂房后山坡从厂区平台向上最高断面约160 m，属高边坡。

厂区工程安全监测内容除巡视检查外，选取主厂房1号机组段进行代表性监测，在1号机组段结构的重要部位设置混凝土应力应变、钢筋应力、接缝位移及冲击式水轮发电机的结构振动等监测项目；同时对厂房后山坡进行边坡岩体位移、锚杆应力及地下水位情况进行监测，以及时了解和掌握厂区建筑物在施工期和运行期的工作状态。

2 监测项目及布置

2.1 厂房结构监测

厂房结构选取1号机组段进行代表性监测，分别对厂房一期混凝土、二期混凝土、配水环管及厂房基础等部位进行监测；并对预制钢筋混凝土吊车梁及吊车柱牛腿部位进行监测。

（1）混凝土应力应变监测。在1号机组段机墩及配水环管外部混凝土内分别设置8套5向应变计和无应力计，在尾水层周围大体积混凝土内分别设置5套3向应变计和无应力计，以监测相应部位混凝土应力、应变情况。

（2）钢筋应力监测。在1号机组段发电机层楼板、风罩、机墩、配水环管外包混凝土、尾水层周围及主厂房下游墙体内分别设置了钢筋计，以监测相应部位钢筋应力变化情况；同时，在厂房吊车梁底部及其支撑牛腿结构内也设置了钢筋计，监测吊车梁相关结构钢筋受力情况，厂房结构共设置钢筋计81支，其中24支耐水压为3.0 MPa，其余耐水压为 0.5 MPa。

（3）钢板应力监测。在1号机组配水环管部位选择2个监测断面，分别在配水环管钢板外侧设置2支钢板计，监测配水环管钢板应力。

（4）基岩变形监测。在1号机组中心线处，沿上下游方向钻孔埋设了2套4点式基岩变位计，每套孔深20 m，以监测厂房结构基础位移情况。

（5）温度监测。在1号机组机墩混凝土内、配水环管外包混凝土内及尾水层下部大体积混凝土内，分别设置了电测温度计，监测相应部位混凝土温度变化情况；同时，在下部基岩内，钻孔埋设了1组（4支）电测温度计，监测基岩温度变化情况，厂房结构共设置电测温度计11支。

（6）接缝位移监测。在1号机组段一期混凝土与基岩间、一期混凝土与毛石混凝土基础间，沿上下游方向设置了3支测缝计，在1号机组段和2号机组段之间结构缝处，沿上下游方向在不同高程设置了5支测缝计，在配水环管的两个监测断面，分别在环管与外包混凝土间设置了2支测缝计，分别监测相应部位的接缝位移，厂房结构共设置测缝计12支。

（7）渗流监测。在1号机组段一期混凝土与基岩间、一期混凝土与毛石混凝土基础间，沿上下游方向设置了3支渗压计；在配水环管的两个监测断面，分别在环管外侧设置1支渗压计，监测相应部位渗流情况；厂房结构共设置渗压计5支。

（8）振动监测。在1号机组段发电机层楼板、母线层楼板、风罩混凝土、机墩混凝土及配水环管外侧混凝土等部位，设置了8组拾振器测点，通过2套工程数字振动仪对各测点所在部位的振动情况进行监测。

2.2 厂房后山坡监测

厂房后山坡山体上陡下缓，表层为一崩坡积体，边坡开挖高达100 m多，后山坡的稳定直接关系到厂房安全，对后山坡监测是工程安全的重要组成部分，在厂房后山坡共设置3个监测断面，1－1监测断面布置在高压管道中心线上，2－2监测断面布置在1号机组中心线左侧约7.5 m处，3－3监测断面布置在2号机组中心线左侧约20 m处，分别对边坡岩体位移、锚杆应力及地下水位情况进行监测。

（1）岩体稳定监测。在厂房后山坡2－2监测断面的不同高程分别钻孔埋设5套4点式多点位移计，孔深有30 m和40 m两种；同时，在1－1监测断面2651 m高程和2681 m高程钻孔埋设2个测斜管，孔深分别为48.5 m和51 m，并安装固定式垂直测斜仪，监测边坡不同高程岩体位移情况。

（2）锚杆应力监测。在1－1、3－3两个监测断面的不同高程分别设置锚杆应力计29支，监测边坡支护锚杆应力变化情况。

（3）地下水位监测。在1－1监测断面2600 m高程和2651 m高程钻孔埋设2个测压管，孔深分别为18 m和61 m，并分别在管底安装渗压计，以监测边坡地下水位变化情况。

3 施工期主要观测成果

3.1 厂房结构

（1）混凝土应力应变。厂房结构尾水层混凝土内埋设并已读测的4组3向应变计，安装初期受混凝土水化热影响温度变化大的作用，混凝土各方向应变都有明显的变化，随着温度逐渐平稳及上部坝体浇筑，应变也呈平稳的变化。4组应变计各方向应变量在正常范围内，无异常值出现，其应变变化过程见图1～4。在厂房结构中3向应变计组的方向定义:沿1号机组横轴线为x向；沿1号机组纵轴线为y向；沿铅垂方向为z向。

图1 S3c-1应变变化过程曲线

图2 S3c-2应变变化过程曲线

（2）钢筋应力。在厂房结构中共安装埋设钢筋应力计26支。其中，安装埋设于尾水渠侧墙外侧的Rc-5在2007年12月5日出现最大拉应力，拉应力值为48.83 MPa，并有应力测值逐步加大趋势，后期应予以关注并加强监测；埋设于尾水渠底板上部的Rc-3在2005年12月也出现较大拉应力，拉应力值为44.86 MPa，但其后期应力测值逐渐减小并趋于稳定。从观测成果来看，所有钢筋应力计受力在其正常范围内，Rc-5、Rc-3应力变化过程曲线见图5～6。

图3 S3c-3应变变化过程曲线

图4 S3c-4应变变化过程曲线

图5 Rc-5应力变化过程曲线

图6 Rc-3应力变化过程曲线

（3）基岩变形。在厂房基础1号机组横轴线处，沿上下游方向埋设2套基岩变位计 （4点式），Mc-1各测点测值均较小，且无明显变化；Mc-2最大沉降值2.04 mm，出现在2007年12月28日，有继续增大趋势，后期应予以关注并加强监测，其位移变化过程曲线见图7。基岩变形监测成果表明，目前厂房基础均存在一定的沉降变形，且下游测沉降量稍大于上游侧，但沉降值均较小，基岩处于稳定状态。

图7 Mc-2位移变化过程曲线

（4）温度。埋设于厂房基岩内的温度计组Tc-1-1～4随着埋设深度的增加，温度测值随之降低，埋设初期受外界温度影响较大，靠近基岩表面的Tc-1-1在2005年9月最高温度测值达25.35℃，后期随厂房混凝土的浇筑，基岩温度测值趋于稳定，并无明显变化，且受季节温度变化影响较小。埋设于厂房结构混凝土内的7支温度计，初期受混凝土水化热的影响，测值增大，并均在埋设后第3天或第4天出现最高温度测值，随后出现回落，并随外界温度的变化存在不同程度的波动，各支温度计均无异常值，其中埋设于尾水层底板混凝土内的Tc-1出现最大温度测值45.5℃。

（5）接缝位移。厂房结构已埋设单向测缝计9支，其中埋设于一期混凝土与基岩间、一期混凝土与毛石混凝土基础间、配水环管与外包混凝土间的7支测缝计Jc-1～3、Jr-1～4测值均较小，相应部位缝隙开合度无明显变化；对于埋设在1、2号机组段结构缝部位的Jc-4、Jc-5，其测值总体呈递增趋势，且位于2588.50 m高程处的测缝计Jc-5测值大于2584.30 m高程处的Jc-4的测值，表明1、2号机组段结构缝顶部开度大于底部，Jc-5最大测值2.68 mm，出现在2007年12月25日，处于正常开度范围内。

（6）渗流。厂房基础共埋设渗压计3支，其测值随季节进行变化，汛期测值大，枯水期测值小，测值随埋设高程降低而增大，均无异常值，处于正常范围内。

2.2 厂房后山坡

（1）边坡变形。厂房后山坡沿不同高程共埋设5套多点位移计 （4点式），埋设于2715.00 m高程的Mcp-1最大位移测值2.93 mm；埋设于2680.00 m高程的Mcp-2最大位移测值2.33 mm；埋设于2655.00 m高程的Mcp-3最大位移测值3.43 mm；埋设于2624.00 m高程的Mcp-4最大位移测值1.77 mm；边坡最大位移测值出现在底部2604.00 m高程埋设的Mcp-5，最大位移测值为13.77 mm，出现在2007年12月29日，有位移继续增大趋势，后期应予以关注并加强监测，其位移变化过程曲线见图8。

图8 Mcp-5位移变化过程曲线

（2）锚杆应力。厂房后山坡共安装埋设锚杆应力计 15支，编号分别为 Rcp-1～12、Rcp-19～21，各支仪器测值总体随时间呈增大趋势，但均小于锚杆强度设计值，且近期较为稳定，无异常值，其中最大测值出现在埋设于边坡顶部2720.00 m高程的Rcp-1，最大拉应力 44.3 MPa。锚杆应力计观测成果与 《厂房后山坡三维有限元计算报告》结果较为吻合，报告计算最大拉应力也出现在边坡顶部，为32.8 MPa，略小于实测值。

3.2 监测成果分析

厂区工程施工期观测成果表明:厂房结构混凝土应力、应变呈规律变化，并相对稳定；钢筋应力处于正常范围；基岩沉降值较小，处于稳定状态；基岩温度测值稳定，无明显变化；结构混凝土温度随外界温度的变化存在不同程度的波动；厂房各结构缝处于正常开度范围内，1号、2号机组段结构缝顶部开度大于底部；厂房后山坡底部位移大于顶部，顶部锚杆应力大于底部，均在正常范围内，后山坡目前处于稳定状态。

4 结语

吉沙水电站厂区处于Ⅷ度地震区，厂房安装2台冲击式机组，因电站采用的是高水头冲击式机组，且厂房后山坡为高边坡，因此安全监测显得尤为重要，厂区工程安全监测根据工程规模等级、地质条件、厂房结构布置等实际情况，有针对性地设置监测项目，监测仪器设备的布置，能够较全面地监控工程的工作状况。厂区工程安全监测仪器在施工期取得了较为完整的监测成果，能够较全面地反应建筑物的工作状态，为验证设计、施工质量、工程的安全运行以及工程竣工验收提供依据，同时也为同类工程的安全监测设计积累了经验。