万家寨坝体混凝土应力监测资料分析

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1、万家寨坝体混凝土应力监测资料分析

2、第1...　摘要万家寨水利枢纽位于黄河北干流，气候恶劣，对大坝混凝土性能要求较高。为了监测大坝混凝土应力应变情况，确保大坝安全，对大坝应力监测资料进行了分析。结果表明，大坝施工质量良好，结构形态稳定，具有较高安全度。关键词大坝混凝土应力监测一、概述万家寨水利枢纽位于黄河北干流托克托至龙口峡谷段，右岸为内蒙古鄂尔多斯市准格尔旗，左岸为山西偏关县，是黄河北干流梯级电站的最上游一级，装机容量１０８万ｋＷ。整个枢纽工程由拦河坝、坝后式电站、电站引水系统、泄水建筑物、引黄入晋取水口建筑物组成。大坝

3、为混凝土半整体式直线重力坝，坝顶高程９８２．００ｍ，最大坝高１０５ｍ，坝顶长度４４３ｍ，分２２个坝段。万家寨地处温带，属季风大陆性气候，冬季严寒、干燥、风沙大，夏季炎热，春秋季短，昼夜温差大，气温骤降频繁。恶劣的气候因素，对坝体混凝土提出了更高的要求，除外部混凝土有较高的抗冻、抗渗、抗冲磨和抗裂要求外，对基础混凝土和内部混凝土还要求有较低的温升和较高的抗裂性能。据此，坝体混凝土分为六区，各区具体要求及使用部位如下：大坝基础１０ｍ厚采用Ｒ９０２５０Ｄ５０Ｓ８；上游表面５ｍ厚，在９５２．０ｍ以上采用Ｒ９０２５０Ｄ２００Ｓ８，

4、在９５２．０ｍ以下采用Ｒ９０２５０Ｄ５０Ｓ８；下游表面２．５ｍ厚采用Ｒ９０２００Ｄ１５０；内部混凝土采用Ｒ９０１５０Ｄ５０Ｓ４；过流表面作抗磨层设计。为了监测大坝的施工和运行情况，选择５号（底孔坝段）、１４号（电站坝段）、２１号（右岸非溢流坝段）坝段为典型监测坝段，埋设了大量监测仪器。监测仪器依工程进度安装埋设，已取得大量观测资料。由于２１号应变计组损坏失效较多，故只对５号、１４号坝段的应力应变监测资料（２００１年６月底前）进行整理分析，得出万家寨大坝应力状况的初步分析结果。二、无应力计分析为配合坝体应力应变监测，在５号

5、坝段相应的应变计组旁共布置６支无应力计，１４号坝段１０支。现对测值较好的１２支无应力计进行了线性回归分析，以确定混凝土的热膨胀系数和体积变形。经分析，坝体混凝土的膨胀系数在２．３９～６．９２之间，混凝土体积变形大部分表现为膨胀形，且多数均已稳定，如Ｎ５－１（见图１）。只有少部分表现为收缩。分析结果表明，即使是同一品种标号水泥，其体积变化类型也可能不一样。即使变化规律相同，其变型量也往往相差很多。三、坝体实测应力分析为监测坝体应力状况，监控系统在５号坝段布置了６组五向应变计组，１４号坝段布置了１０组。（１）坝踵区应力状态。

6、为了解坝踵工作状态，在坝踵部位埋设了五向应变计组Ｓ５－１、Ｓ１４－１，在坝踵基岩与混凝土接触面上埋设了测缝计Ｊ５－１、Ｊ１４－１。由于无应力计Ｎ１４－１失效，故Ｓ１４－１无法计算，Ｓ５－１的应力图。尽管该点处应力测值跳动较大，但仍具有较好的规律性。拉应力出现在施工期，施工初期以后，坝踵处没有出现拉应力，始终处于稳定的受压状态，说明坝踵应力条件良好。另外，Ｊ５－１、Ｊ１４－１监测结果显示，坝踵处接缝面呈闭合状态。Ｊ５－１测值基本稳定在－０．２ｍｍ左右，Ｊ１４－１测值基本稳定在－０．１ｍｍ左右，并且不随温度变化而波动。这一结

7、果表明，坝、基接触面胶结良好，亦和坝踵区应力处于受压状态相吻合。（２）坝基应力状态。在对几组测值较好的应变计组资料整理分析后，得出坝基处各点的应力特征值。根据各点实测应力的测值，可以归纳出坝基混凝土应力大致有以下特点：①虽然各点应力测值跳动较大，但仍具有一定的规律性：坝体应力主要随气温和混凝土浇筑负荷增加而变化，一般温度升高混凝土受压、温度降低混凝土受拉（或压应力减小）。②测点处混凝土基本处在受压或微拉状态，并整体向压应力方向发展，符合一般规律。这种压应力增加的情况一般发生在蓄水以后最初两三年内，之后趋于平稳，增加的原因

8、还有待探讨，一般认为是由于大坝内部散热降温、灌浆及湿涨等多种因素综合作用的结果。③１９９９年２月为度凌汛，坝前水位快速降至９３１ｍ后又迅速回升至９６０ｍ坝体各点应力均发生较大跳动，较多测点在此期间发生最大拉应力。但２０００年３月为度凌汛再次迅速降低坝前水位时，坝体应力受影响减小，说明坝体应力已日趋稳定。④纵缝两侧各点实测应力不等，甚至符号相反（如５号坝段Ｓ５－４与Ｓ５－５），表明坝体纵缝张开是客观存在。⑤蓄水后坝体应力普遍得到改善，全部测点均呈微拉或压应力状态。２００１年３月凌汛结束时，坝前水位升至９７３．１０ｍ水库

9、进入高水位蓄水期应力始终处于稳定的受压或微拉状态说明坝体应力条件良好。通过对坝体应力监测资料的初步分析，了解了万家寨坝体的应力状态，所得结果简要概括如下：①坝体混凝土体积变形大部分表现为膨胀变形，只有少部分表现为收缩，对混凝土施工期温度应力可能发生的不利拉应力有改善作用。②大坝坝踵处于受压状态，坝踵区应力条件良好