甘再水电站PH1厂房2号机组蜗壳监测成果分析

甘再水电站PH1厂房2号机组蜗壳监测成果分析

刘琪璇

中国水电八局科研设计院刘琪璇

摘要本文通过蜗壳所设置的监测仪器，以原型监测资料为依据，对机组充水运行期间蜗壳的应力应变、蜗壳壳体与钢筋混凝土的接缝状态等进行综合分析。

关键词机组蜗壳应力应变接缝开合度

1.1、工程概况

柬埔寨甘再水电站工程位于Kamchay河干流上，Kamchay河位于Elephant山脉南端，PhnomPenh的西南，坝址位于柬埔寨王国西南贡布省（Kampot）境内，距首都金边西南部约150km，距省会城市贡布约15km。流域总面积822km2，河长77km，河流平均比降约2%。坝址以上流域面积709km2，河长68.6km。水库总库容7.173亿m3，死库容3.542亿m3，正常蓄水位以下库容6.813亿m3，有效库容3.271亿m3，库容系数为19.3%，为不完全年调节水库。水库校核洪水位151.88m，正常蓄水位150.00m，死水位130.00m，坝高112.00m，PH1电站装机容量180MW（3×60MW），PH2电站装机容量10.1MW（3×3.1+1×0.8MW），PH3电站装机容量4.0MW（1×4.0MW）。

枢纽布置主要包括三大部分：（1）首部重力坝枢纽。由碾压混凝土重力坝、坝顶5孔开敞式溢洪道、坝后PH3电站引水发电系统等组成。（2）PH1引水发电系统。由岸塔式进水口、发电引水隧洞、调压室、PH1地面厂房以及安装间、副厂房等组成。（3）下游反调节堰枢纽。由开敞式无闸溢流堰、泄洪冲砂闸、河床贯流机组厂房PH2等组成。

PH1引水发电站系统。引水发电系统主要包括电站进水口、引水隧洞、调压室、压力钢管、主副厂房、安装间等。厂房位于河床右岸，主厂房左右方向长46.5m，宽34.9m，高39.8m。其中1#机组和2#机组两机一缝，3#机组一机一缝布置；主厂房跨度为17.2m，安装3台竖轴混流式水轮机组；机组间距14m，水轮机安装高程为21.0m，发电机层高程32.30m，水轮机层高程24.90m。机组中心线距上游边墙10.00m，距下游边墙7.20m。机组采用金属蜗壳，进口直径2.8m，蜗壳设弹性垫层。

PH1引水发电厂房只在2号机蜗壳设置了一个监测断面，仪器埋设布置见图1.1-1、图1.1-2。

图1.1-2蜗壳仪器埋设H—H剖面图1.2、监测成果分析

1.2.1钢板应力监测成果分析

PH1厂房2号机蜗壳安装埋设钢板计4支，分别位于设计监测断面顶部偏右腰部50°角位置（GB8－PH1）、顶部偏左腰部18°角位置（GB9－PH1）、左腰部（GB10－PH1）和底部（GB11－PH1）。蜗壳充水后由于引水隧洞混凝土段渗漏水较大，因此引水隧洞卸水放空进行防渗堵漏处理，处理完毕后再次进行充水。充水前、后的资料，监测成果见表1.2-1和典型应力过程线图1.2-1，由监测资料可知：

表1.2-12号机组蜗壳充水前、后钢板应力监测成果表单位：MPa

仪器编号部位充水前

测值充水后

测值充水前后

变化量卸水后

测值卸水后

变化量二次充水后

测值二次充水前后变化量

GB8－PH1500角-20.0025.5345.53-11.80-37.3333.1944.99

GB9－PH1180角-15.9515.6231.57-4.50-20.1216.4220.92

GB10－PH1腰部17.9926.498.5017.83-8.6626.538.70

GB11－PH1底部-56.65-44.2812.37-51.22-6.94-40.3310.89

a.充水前蜗壳钢板应力在-56.65MPa～17.99MPa之间，钢板应力除腰部的GB10-PH1为拉应力外，均为压应力。最大拉应力位于设计监测断面左边腰部，拉应力为17.99MPa；最大压应力为-56.65MPa，位于设计监测断面下边的底部。

b.充水后蜗壳钢板应力随内水压力的增大一般为拉应力增大，蜗壳钢板应力在-44.28MPa～26.49MPa之间，增量在8.50MPa～45.53MPa之间。拉应力增加最大的是位于设计监测断面顶部偏右腰部50°角位置，拉应力增加最小的是位于设计监测断面腰部位置。

c.防渗堵漏卸水后，蜗壳钢板应力随内水压力的减小呈拉应力减小压应力增大趋势变化。蜗壳钢板应力在-51.22MPa～17.83MPa之间，变化最大的是位于设计监测断面顶部偏右腰部50°角位置，变化最小的是位于设计监测断面下边的底部位置。

d.再次充水后蜗壳钢板应力随内水压力的增大均呈拉应力增大，最大拉应力33.19MPa，位于设计监测断面顶部偏右腰部50°角位置；其次26.53MPa位于设计监测断面腰部位置；随后为顶部偏左腰部18°角位置，拉应力为16.42MPa；最后位于设计监测断面下边的底部为压应力，压应力为-40.33MPa。

再次充水后蜗壳钢板拉应力变化量在8.70MPa～44.99MPa之间，最大拉应力变化仍位于设计监测断面左边腰部，最小拉应力变化仍位于设计监测断面下边的底部。

1.2.2蜗壳与砼的结合缝监测成果分析

PH1厂房2号机蜗壳安装埋设缝隙计2支，分别位于设计监测断面顶部偏左腰部23°角位置（FX5－PH1）、左腰部偏顶部30°角位置（FX6－PH1）。蜗壳充水后由于引水洞混凝土段渗漏水较大，因此引水洞卸水放空进行防渗堵漏处理，处理完毕后再次进行充水。蜗壳充水前、后的资料，监测成果见表1.2-2和典型缝隙变化过程线图1.2-2，由监测资料可知：

2号机蜗壳充水前，蜗壳与混凝土结合缝开合度分别为-0.07mm和-0.38mm，均为压缩闭合状。充水后蜗壳钢板随内水压力的增大呈膨胀增大变化态势，蜗壳壳体与混凝土结合缝结合更为紧密，增加了蜗壳钢板与混凝土结合缝的压缩闭合，缝隙计开合度测值分别为-0.09mm和-0.53mm，开合度闭合变化量分别为-0.02mm和-0.15mm。设计监测断面左腰部偏顶部30°角位置缝隙计闭合变化量较顶部偏左腰部23°角位置缝隙计略大。防渗堵漏卸水后，蜗壳壳体随内水压力的减小，壳体呈收缩态势，蜗壳壳体与混凝土结合缝开度因此而逐渐张开，增开度分别为0.00mm和0.14mm。设计监测断面左腰部偏顶部30°角位置缝隙计张开量为0.14mm，顶部偏左腰部23°角位置缝隙计没有变化。防渗堵漏处理完毕后再次充水，蜗壳壳体在随内水压力的增大情况下又呈膨胀增大变化态势，蜗壳壳体与混凝土结合缝再次呈压缩闭合变化。缝隙计开合度测值分别为-0.13mm和-0.63mm，开合度闭合变化量分别为-0.04mm和-0.24mm。闭合量略大的仍为设计监测断面左腰部偏顶部30°角位置。

1.2.3蜗壳周边钢筋应力监测成果分析

厂房2号机蜗壳在环向位置安装埋设钢筋计4支，分别位于设计监测断面顶部偏右腰部50°角位置（R25－PH1）、顶部偏左腰部18°角位置（R26－PH1）、左腰部（R27－PH1）和底部（R28－PH1）。钢筋应力典型变化过程线见图1.2.3。

蜗壳充水前周边钢筋应力除位于左腰部的R27－PH1受压外，压应力为-18.59MPa；其他三支均受拉，钢筋拉应力在13.22MPa～63.68MPa之间；拉应力最大的是位于蜗壳底部的R28－PH1（63.68MPa）。充水后蜗壳壳体膨胀，钢筋应力因此而逐渐受拉，但量值较小，蜗壳的内水压力由蜗壳与周边混凝土共同承受，钢筋拉应力增量在0.76MPa～3.21MPa之间，增量最在的是位于监测断面顶部偏右腰部50°角位置的R25－PH1。进行防渗堵漏卸水后，位于顶部偏右腰部50°角位置的R25－PH1，钢筋应力表现为拉应力减小，压应力增加，但其他三支测点钢筋应力表现为拉应力增加，增量范围在0.83MPa～3.18MPa之间。防渗堵漏处理完毕后再次充水，钢筋应力均呈逐渐受拉增加，钢筋拉应力增量在1.44MPa～6.32MPa之间，增量最在的仍是位于监测断面顶部偏右腰部50°角位置的R25－PH1。

1.3、结语

PH1电站厂房钢蜗壳壳体粘贴弹性垫层后浇筑外包混凝土结构，是一种联合承载结构，其特点是：充水运行时，钢蜗壳能贴紧外包混凝土，使座环、蜗壳与大体积混凝土结成整体，增加了机组基础的刚性，减少蜗壳和座环的扭转变形，并能避免钢蜗壳在运行时承受水压力的的交变荷载和因此产生的变形，也增加了其抗疲劳性能，提高减振能力,减少机组振动和变形，有利于稳定运行。

蜗壳充水后蜗壳钢板拉应力增加，实测应力范围在-40.33MPa～33.19MPa，增量在8.70MPa～44.99MPa之间。最大增量44.99MPa为监测断面左腰部位置，两次充水拉应力共增加了8.70MPa～53.19MPa。

蜗壳充水后，混凝土与蜗壳壳体结合缝缝隙呈压缩闭合状，缝隙开合度分别为-0.13mm和0.63mm。两次充水的总闭合量为-0.06mm和-0.24mm，最大闭合量-0.24mm为设计监测断面左腰部偏顶部30°角位置。蜗壳壳体与混凝土紧密结合，混凝土与蜗壳共同承受内水压力。

充水后蜗壳拉应力增大，蜗壳与砼的缝隙减小，周边环向钢筋压应力减小，拉应力增加，增量范围在1.44MPa～6.32MPa之间，应力值为-10.66MPa～66.73MPa。拉应力最大增量6.32MPa位于监测断面顶部偏右腰部50°角位置。

综上所述，混凝土与蜗壳受力变化的一般规律是内水压力减小后，蜗壳回缩。钢板拉应力减小，蜗壳与砼的缝隙增大。反之，内水压力增大后，呈现与上面相反的变化规律。厂房机组蜗壳工作性态正常。

参考文献

1、混凝土坝安全监测技术规范（DL/T5178—2003），北京：中国电力出版社，2003。

2、二滩水电开发有限公司，《岩土工程安全监测手册》，北京：中国水利水电出版社，1999。

3、储海宁，混凝土坝内部观测技术，北京：水利电力出版社，1989。

4、混凝土坝安全监测资料整编规程（DL/T5209—2005），北京：中国电力出版社，2005。