混凝土应力及温度监测变化分析

邸 向 荣, 李 斌 斌, 张 睿 栋, 张 世 娟

(中国水利水电第五工程局有限公司,四川 成都 610066)

1 概 述

岷江犍为航电枢纽工程为二等大(2)型工程,其渠化岷江3级航道的长度长达20 km,新建3级船闸和大(2)型电站(500 MW)各一座。设计通航船舶吨级为1 000 t,多年平均发电量为21.856 5/21.869 7亿kW·h(现状/远景),装机年利用小时数为4 368 h/4 370 h。水库正常蓄水位高程335.00 m以下库容为1.483亿m3,校核洪水位高程(P=0.1%)339.21 m以下总库容为2.271亿m3,死水位高程为334.00 m,日调节库容为0.158亿m3。

该枢纽发电厂房布置于左河槽,为河床式厂房,属挡水建筑物,左侧为左岸重力坝段,右侧为右储门槽坝段。其主要建筑物包括拦沙坎、引水渠、主机间坝段、安装间坝段、装卸场坝段、副厂房、主变室及GIS室内开关站、导墙、尾水渠等。安装9台贯流式水轮发电机组,其单机容量为55.6 MW,总装机容量为500 MW。

连接厂房的工程包括1～3号刺墙坝段、4号重力坝段,其坝顶高程为342.80 m。混凝土刺墙坝采用工字型断面,腹板厚4 m,上顶宽10 m,下底宽12 m,最大高度为22.3 m,总长度为50 m,分三个坝段布置;4号重力坝段的最大坝高为26.3 m,坝段总长度为21.32 m,上游坝坡铅直,下游坝坡坡比为1∶0.8。

工程建设内容包括:土方明挖、石方明挖、边坡支护、土石方填筑、混凝土浇筑、基础防渗、地基加固、机电及金属结构预埋、安全监测等。

2 混凝土验证检测及监测仪器的布置

2.1 混凝土设计验证

该厂房1～9号机组闸墩均属于大体积混凝土,设计要求的混凝土为C25W6F50。经项目部自检试验室进行的混凝土配合比设计验证取得的相关检测数据结果如下:

(1)混凝土抗渗等级:检测方法遵循《水工混凝土试验规程》DL/T 5150-2017中的有关规定,质量评定遵循《水工混凝土施工规范》DL/T 5144-2015中的有关规定,检测结果均满足设计抗渗等级要求。混凝土抗渗等级检测结果统计情况见表1。

表1 混凝土抗渗等级检测结果统计表

(2)混凝土抗冻等级:检测方法遵循《水工混凝土试验规程》DL/T 5150-2017中的有关规定,质量评定遵循《水工混凝土施工规范》DL/T 5144-2015中的有关规定,检测结果均满足设计抗冻要求[1-2]。混凝土抗冻等级检测结果统计情况见表2。

表2 混凝土抗冻等级检测结果统计表

(3)混凝土抗压强度:检测方法遵循《水工混凝土试验规程》(DL/T 5150-2017)中的有关规定,质量评定遵循《水工混凝土施工规范》(DL/T 5144-2015)中的有关规定,混凝土抗压强度均满足设计要求,质量合格。混凝土抗压强度检测结果统计情况见表3。

表3 混凝土抗压强度检测结果统计表

2.2 监测仪器的布置

根据该枢纽工程具有的工程地质条件、不可预见性因素等特点,为监测和掌握水工建筑物施工期、运行期的工作状况,同时验证设计理论的正确与否,设计单位从施工期监测和后期电站运行阶段入手,依据动态设计原则,运用多种监测手段,在混凝土结构内部通过布置应变计、无应力计、温度计监测的方式用于掌握混凝土结构内部的收缩应变、内部应力及温度变化情况,判定结构混凝土的稳定性,为坝体的安全稳定提供参考依据。

该工程地面发电厂房共布置有9个机组、10个闸墩,共计设计了2个监测断面,分别为5号机组和9号机组断面,布置三向应变计12组、无应力计6套、温度计22支。

3 监测仪器的安装及取得的监测成果

3.1 监测仪器的安装

3.1.1 应变计

(1)应变计埋设前必须进行室内检验,待其合格后方可使用;

(2)按照施工图纸的要求,先测量放样并采用固定支座确定应变计的埋设位置和方向。在支座上安装支杆、调准支杆的方向,再将应变计固定在支杆上;

(3)对仪器周围回填混凝土,剔除混凝土中粒径大于8 cm的粗骨料,人工振捣密实。下料时料距仪器1.5 m以上,埋设前设置无底保护木箱,埋设时保持仪器的正确位置和方向并应及时检查,发现问题一定要及时处理或更换仪器;

(4)埋设过程中进行现场维护,绝不允许非工作人员进入埋设点半径5 m范围内。仪器埋设后设置明显的标记并留人看护。

3.1.2 无应力计

(1)无应力计埋设前先进行室内检验,待其合格后方可使用;

(2)将无应力计安装所需要的沥青和内外两个桶空隙之间所需要的木屑准备好;

(3)按照设计要求接长电缆,接长时先将同色芯线接在一起并用锡焊牢、认真进行硫化处理。电缆接长后编制号码,然后用读数仪器进行测量并进行记录;

(4)将无应力计安装在保护筒中心位置且与应变计组相隔1 m;

(5)埋设时,在无应力计桶内填满相应埋设部位同级配的混凝土,适当去除较大粒径的骨料,然后由人工振捣密实。

3.1.3 温度计

(1)按计算长度量取电缆并与温度计连接,处理好接头后用布包裹并缠上胶带。

(2)按照设计要求先测量放样,然后确定温度计的安装高程与部位。

(3)预埋两根Φ12钢筋,并将一根水平的钢筋焊在预埋的插筋上以固定温度计。

(4)使用胶布将温度计密缠、固定在钢筋上,下料时仪器周围1 m以内不得使用震动棒,人工回填并剔除粒径大于80 mm的混凝土,人工捣实且不得触及仪器[3]。

3.2 所取得的监测成果

(1)应变计及无应力计监测成果。三向应变计及无应力计监测成果统计于2017年4月8日至2020年10月23日之间,历时3年6个月,期间混凝土内部微应变累计变化为18.32～-635.80 με之间,混凝土内部非应力微应变累计变化量在-507.72～12.36 με之间。

(2)温度计监测成果。在混凝土表面布置了10套温度计、混凝土内部布置了12套温度计,其监测成果统计于2017年6月20日至2020年10月23日,历时3年4个月,期间混凝土内的温度变化为9.43～51.87 ℃,混凝土表面温度在7.11～34.4 ℃之间变化。

4 结 语

通过对岷江犍为航电枢纽工程厂房闸墩2个监测断面取得的监测成果进行分析后得出以下结论[4-5]:

(1)在混凝土设计强度为C25W6F50,且其抗渗、抗冻、抗压要求均符合设计要求的条件下,受混凝土内部温度影响,三向应变计与无应力计总体产生收缩应变,其在混凝土浇筑后的2～3个月时间内收缩趋势明显,随后收缩趋势逐渐趋于平缓。三向应变计单支仪器的最大变幅为636.85 με,无应力计单支仪器的最大变幅为508.20 με,所受微应变均小于三向应变计,微应变变幅相差128.65 με。

(2)经过长时间的监测发现局部测点(混凝土内埋深较小部位分别为5号机组和9号机组的4号、5号测点)受季节性环境温度影响其应变起伏较大,并且形成了一定的规律:冬季应力监测其值较大,夏季所测应力值较小,三向应变计变幅在240 με以内,尤以5号机组和9号机组的4号、5号测点明显。三向应变计历时监测变化过程见图1。无应力计变幅在180 με以内,所受微应变变幅小于三向应变计微应变变幅60 με,尤以5号机组和9号机组的4号、5号测点明显。无应力计历时监测变化过程见图2。

图1 三向应变计历时监测变化过程图

图2 无应力计历时监测变化过程图

(3)在同标号混凝土条件下,混凝土内温度较高的情况均发生在混凝土浇筑初期,其主要受混凝土水化热影响导致,最高温度为51.87 ℃。混凝土的表面温度经长时间监测发现:埋设在混凝土表面的温度计受季节性环境温度影响其应变起伏较大并形成一定的规律:冬季应力温度值较小,夏季所测温度值较大,变幅在25 ℃以内。