1、1水电站厂房与高边坡安全监测成果分析【摘 要】某水电站采用的是高水头冲击式机组，且厂房后山坡为高边坡。为了掌握厂房及后山高边坡的稳定状况，确保工程安全，对厂房及后山高边坡设计布置了安全监测仪器，并获得了一些监测成果。监测成果分析表明，该厂房和厂房后山坡都处于安全稳定状态。 【关键词】厂房；高边坡；安全监测；设计；监测成果 1 工程概况 某水电站是一座以发电为主的水电工程项目。采用引水式开发，引水系统总长 13km，为长引水工程。电站额定水头 485 m，最大水头 540 m，采用单机容量为 60 MW 的冲击式机组，总装机容量 120 MW。 水电站厂房后山坡山体上陡下缓，表层为崩坡积体。为保
2、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 2599.15m-2620.00m-2650.00m-2680.00m-2710.00m 高程至边坡顶 5 级边坡马道。其中，26002675m 高程段设计开挖坡比 11.5，2675m 高程以上为 10.75。厂房后山坡从厂区平台向上最高断面约 160m，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
3、应力及地下水位情况进行监测，以及2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
4、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 3.0MPa，其余耐水压为0.5MPa。 （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 20m，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
5、部大体积混凝土内，分别设置了电测温度计，监测相应部位3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
6、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 100m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，
7、2-2 监测断面布置在 1 号机组中心线左侧约 7.5m 处，3-3 监测断面布置在 2 号机组中心线左侧约 20m 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。 4一、 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 30m 和 40m 两种；同时，在 1-1监测断面 2651m 高程和 2681m 高程钻孔埋设 2 个测斜管，孔深分别为48.5m 和 51m，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
8、力变化情况。 （3）地下水位监测。在 1-1 监测断面 2600m 高程和 2651m 高程钻孔埋设 2 个测压管，孔深分别为 18m 和 61m，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 2、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 14。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
9、 1 号机组纵轴线为 y 向；沿铅垂方向为 z 向。 （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 2010 年 12 月 5 日出现最大拉应力，拉应力值为 48.83MPa，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 2008 年 12 月也出现较大拉5应力，拉应力值图 1S3c-1 应变变化过程曲线图 2S3c-2 应变变化过程曲线图 3S3c-3 应变变化过程曲线图 4S3c-4 应变变化过程曲线为44.86MPa，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
10、受力在其正常范围内，Rc-5、Rc-3 应力变化过程曲线见图 56。 二、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 2.04mm，出现在 2010 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。 （4）温度。埋设于厂房基岩内的温度计组 Tc-1-14 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
11、近基岩表面的 Tc-1-1 在 2008 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-13、
12、Jr-14 测值均较小，相应部位缝隙开合6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 2588.50m 高程处的测缝计 Jc-5 测值大于2584.30m 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 2.68mm，出现在 2010 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 4.边坡变形。厂房后山坡沿不同高程共埋设 5
13、 套多点位移计（4 点式），埋设于 2715.00m 高程的 Mcp-1 最大位移测值 2.93mm；埋设于2680.00m 高程的 Mcp-2 最大位移测值 2.33mm；埋设于 2655.00m 高程的Mcp-3 最大位移测值 3.43mm；埋设于 2624.00m 高程的 Mcp-4 最大位移测值 1.77mm；边坡最大位移测值出现在底部 2604.00m 高程埋设的 Mcp-5，最大位移测值为 13.77mm，出现在 2010 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。 （2）锚杆应力。厂房后山坡共安装埋设锚杆应力计 15 支，编
14、号分别为 Rcp-112、Rcp-1921，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 2720.00m 高程的 Rcp-1，最大拉应力 44.3MPa。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 32.8MPa，略小于实测值。 73.2 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
15、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 某水电站厂房安装 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。 参考文献： 1张金龙. 大型复杂岩质高边坡安全监测与分析. 岩石力学与工程学报 2009（09） . 2马明. 九甸峡水电站厂房高边坡稳定的非连续变形分析J. 水电能源科学 - 2008， 26（2）. 3刘然中. 测量新方法在溪洛渡水电站地下洞室测量中的应用J；8中国科技信息；2010（1）.
