水口水电站船闸综合加固后运行性态评估

1、.水口水电站船闸综合加固后运行性态评估周建波,等:水口水电站船闸综合加固后运行性态评估水口水电站船闸综合加固后运行性态评估周建波,张辉.,张琼(1.国家电力监管委员会大坝安全监察中心,浙江杭州310014;2.福建水口发电有限公司,福建福州350000)摘要:水口水电站船闸在运行初期出现较多缺陷,经1998年加固处理后至今已有10余年,运行性态如何值得关注.从闸墙变形,钢拉杆拉力,裂缝稳定性等方面进行分析,评估船闸的工作状态,供运行参考.关键词:船闸;加固;钢拉杆;水口水电站Title:BehayiorassessmentofShuik0ulockaftercomprehensivereinf

2、orcement/byZHOUJianbo,ZHANGHuiandZHANGQiong/LargeDamSafetySupervisionCenterofSERCAbstract:Duringitsearlyoperation,defectswerefoundwiththelockatShuikouhydropowerstation.Ithasbeeninoperationabouttenyearsafterreinforcementin1998,whosebehaviorcallsforattention.ThispaperassessedthelockSworkingstatusbyana

3、lysingthedeformationoflockwall,thestressofsteellinkandthestabilityofcracks,forreference.Keywords.'loek;reinforcement;steellink;Shuikouhydropowerstation中图分类号:U641文献标识码:B文章编号:16711092(2010)050049041工程概况水口水电站位于福建省闽江干流闽清县境内,上游距南平市94km,下游距福州市84km,是一座以发电为主,兼有防洪,通航和过木的大型水利枢纽工程.通航建筑物包括一线三级船闸和一线2x500t级垂直

4、升船机,两者并列布置在河床右岸.三级船闸主要由4个闸首,3个闸室及上,下游引航道组成,全长1198m,主要建筑物长约530ITI,挡水前缘总宽32m,船闸结构型式为整体坞式结构.闸室有效尺度为135mx12mx3in(长x宽x槛上水深).一,二,三级闸室底板以上最大水深分别为29.7in,19.68in和19.47in,闸墙高度分别为31.7in,21.55m和26.21m,左,右闸墙底部宽度均为10In.船闸沿上下游方向分成18个闸块,闸块间采用结构缝分开,其中一闸首长45In,一闸室分成14号闸块,长度分别为13in,26In,13in和26in,二闸首分成l一2号闸块,长度分别为16in

5、和34.75in.图1为船闸一闸首,一闸室和二闸首示意图.2工程缺陷及加固处理水口船闸于1991年12月开始动工,1994年2月完成主体混凝土浇筑,同年10月首次试充水.试充水期间发现结构缝,水平施工层面等部位有30多处不同程度的漏水和渗水现象,放空抽干后,对船闸进行了全面检查,发现各闸室底板,输水廊道侧壁,突扩洞室,分流墩等部位不同程度地产生了裂缝,一闸室裂缝较多,二闸室次之,三闸室较少.几次充水后,一闸室左右两侧闸墙顶部向外侧位移逐次增大,一闸室4号块最大相对位移值依次为22.2mm,25.1mm和31.0mm,针对此异常情况,采取了在闸墙顶和底板加长短预应力锚索,并在空腔内对32.80I

6、n高程水平施工层面打排水孔的措施,以减少底板出现的顺水流向裂缝及水平施工层面渗水对闸墙稳定的不利影响.该项加固工作于1995年11月完成.1996年2月正式试通航,经过6个月的试通航口L00口!一厂珏EL号块4号块3号块2号块L号块0口u.CR图1船闸一闸首,一闸室,二闸首示意图Fig.1Sketchof1stlockhead,1stlockchamberand2ndlockhead2010.5大坝与安全/,4ByZHOUJianbo:BehaviorassessmentofShuikoulockaftercomprehensivereinforcement后,8月中旬检查发现二闸首1号块左支

7、廊道顶部的纵向裂缝有所发展,及时在二闸首1号块左,右支廊道安装钢衬,利用空腔对左边墙实施水平预应力对拉锚索,在16.90m高程设置排水孔.处理工程于1996年10月底完成.船闸恢复通航运行后,发现检修阀门井下游侧的两个锚索孑L在距孔口0.81.7m处漏水,门井左下角缘约24.30m高程以下有一条竖向贯穿性裂缝.利用短期停航时间采用钢堵头封堵二闸首上游检修门井,对裂缝进行低压灌浆及加设预应力锚杆.1997年2月中旬检查发现一闸室支廊道局部存在顺水流向裂缝,为防止支廊道顶部裂缝发生水力劈裂破坏,在支廊道上部的墙外侧增设排水孑L.由于整体坞式结构尺寸偏小,孔洞较多,受力复杂及施工缺陷,结构配筋存在薄

8、弱环节等因素影响,随着船闸通航时间的延长,微细裂缝的增多,缝隙水压力对裂缝有进一步扩展的趋势,削弱结构的整体性.从安全运行出发,1998年进行了综合加同处理,主要方案:一闸室闸墙加高至74.0m高程;顶宽由3.75m加宽到6.0m;折坡点由41.0m升至47.0m;顶部加设间距4m的钢拉杆,一闸室设置22根,2闸首1号块设置5根,空腔内设置3道支撑墙,墙厚分别为3m,2ITI和3m.综合加固后典型断面见图2,图3.Pl十且十十十皇蝤直衄图2一闸室4号块综合加固后典型断面Fig.2CrosssectionofblockNO4in1stlockchamberafterre一|nforcement5

9、0Damandsafety2010.5图3二闸首1号块加固实施方案典型断面图Fig3CrosssectionofblockNO.1in2ndlockheadafterreinforcement3运行性态分析船闸经综合加固后,于1998年4月8El正式投入运行,至2009年底通航2242d,累计开闸运行22667次,通过船舶114934艘,取得了较好的经济效益和社会效益.通过监测资料分析和现场检查等手段,掌握了综合加固后l0余年船闸运行的状况,对今后船闸的运行提供指导和建议,限于篇幅,重点阐述一闸室4号块,二闸首1号块的运行状况.3.1闸墙变形水口船闸闸墙结构相对比较单薄,类似于悬臂梁结构,当闸

10、室水位上升时,闸墙顶部变形增大,闸室底板承受较大的拉应力,因此控制闸墙变形尤为重要.右闸墙与升船机邻近,左闸墙外侧为临空面,因此左闸墙的运行状况值得关注.为监测一闸室左闸墙顶部水平位移(横河向),2000年8月15日在闸墙顶部布置1条引张线共6个测点进行自动化监测,以一闸室4号块的测点为例,水平位移过程线见图4.(1)一闸室4号块左闸墙水平位移受闸室水压影响明显,闸室水位升高,闸墙向外侧位移,闸室水位降低后,闸墙向闸中心回弹,表现为短时间出现较大的变幅;水平位移受气温影响也比较显着,气www.dam,com.CR周建波,等:水口水电站船闸综合加固后运行性态评估温升高,墙顶向中心位移,气温降低,

11、墙顶向外侧位移,表现为呈年周期变化;总体上闸墙未见趋势性位移.(2)低温低水位时左闸墙位移约在一4.02.0trnm之间,高温低水位时闸墙位移约在0-2.0mm之间,低温高水位时闸墙位移约在一10.08.0mm之间,高温高水位时闸墙位移约在一7.05.0mm之间,由此可知,温度对闸墙的影响约在4.0mm左水位/m一闸室水位右,水位对闸墙位移影响约在6.07.0n!m左右.图5为左闸墙2008年7月21Et水平位移过程线,当日船闸在上午911点期间连续进行了3次充泄水.由图可知,闸墙变形与闸室水位关系非常密切,且变形反应迅速,基本无滞后性,闸室一次充水时间较短,约510min,高水位持续时间一般

12、在半小时左右,期间闸墙变形基本保持不变,表明闸墙基本处于弹性变形阶段.绝对位移/ram一闸室4号块时间/时毒州iiiiiiiii啊iiiiii_2000l2001l2002l2003l2004I2005l2006I20072008l2039水位/m图4闸室4号块左闸墙顶部绝对水平位移过程线Fig4HorizontaldisplacementofNO4block'S/eftwallin1stlockchamber一闸室水位时间/时I时间/时绝对位移/ram一闸室4号块n2f23时间/时图52008年7月21日一闸室4号块左闸墙水平位移监测过程线F1g?5Horizontaldisplac

13、ementofNO4blocksleftwallin1stlockchamberonJuly21th2008WWW.Clq闸口中蠹心侧2010.5大坝与安全51ByZHOUJian-bo:BehaviorassessmentofShuikoulockaftercomprehensivereinforcement图6为一闸室4号块2000年,2006年,2008年的11月份闸墙变形与水位关系图.闸墙变形与水位关系曲线均较为接近,在闸室水位上升至48.0m后,闸墙位移开始明显增大,增大速率基本一致,高水位时闸墙位移量值也相差较小,表明经过多年运行,闸墙整体刚度没有明显削弱迹象.II."I

14、I一r,:;,;厂一一一一一一一.:;:;.一一一一一一一一一一一一一一一一一U40b0b0f0水位/m图6一闸室4号块闸墙变形与水位关系图Fig,6GraphofwalldeformationofblockNO.4andwaterlevelin1stlockchamber3.2钢拉杆应力在闸墙顶部设置钢拉杆是船闸综合加固方案中一项非常重要的措施,目的是为限制闸墙位移和裂缝扩展,因此充分发挥钢拉杆的作用十分关键,但钢拉杆所受的拉力不宜过大,否则其反作用力会导致闸墙外侧混凝土拉应力过大而开裂,设计时考虑单根钢拉杆拉力不大于320t.另外,钢拉杆变形受气温影响明显,为防止钢拉杆热胀冷缩对闸墙产生不

15、利的荷载,将钢拉杆一端轴孔设计成腰孔,以适应拉杆的温度变形,两端通过轴及偏心套与支座连接.钢拉杆安装日期为1998年3月27日,一闸室4号块处19号钢拉杆安装间隙10.52mm,二闸首1号块处25号钢拉杆安装间隙16.59mm.安装如图7所示.图7钢拉杆端部腰孔安装示意图F1g.7Sketchofbackholeattheendofsteellink在一次充泄水过程中,单根钢拉杆拉力可采用Damandsafety2010.5以下公式计算:F=(2一l)xExA式中:卜钢拉杆拉力;s高水位时钢拉杆的应变值;低水位时钢拉杆的应变值;水位从低至高变化时,温差引起的钢拉杆自身应变;卜钢拉杆弹性模量2.

16、0x10MPa;钢拉杆截面积464cm.在19号钢拉杆(一闸室4号块)安装有$10应变计,25号钢拉杆(二闸首1号块)安装有S12应变计.由前述可知,闸墙在冬季向外侧位移,钢拉杆却收缩,导致钢拉杆会较早受力,拉力一般也会大于夏季,因此只需选取冬季充泄水时进行分析.表1为钢拉杆拉力计算表,由表可知,l9号钢拉杆拉力大致在115.2241.8t,25号钢拉杆拉力大致在4.662.3t,均小于设计值320t.但25号钢拉杆拉力较小,表明钢拉杆发挥的作用不明显,其主要原因为25号钢拉杆安装间隙偏大,致使闸墙位移相同时,钢拉杆受力时间推迟,所受拉力较小.为了使钢拉杆发挥更大的作用,建议适当减小钢拉杆安装

17、间隙,以设计值反推,可知可减小最大间隙3.8ITIITI,同时为了保持一定的安全余度,减小间隙在23mlTl之间是合适的.3.3裂缝稳定.性以往裂缝调查资料显示,闸室底板,主廊道及支廊道内的裂缝对船闸的整体结构安全性影响较大,特别是一闸室4号块闸室底板顺河向裂缝及二闸首1号块支廊道顶部竖向裂缝等,在综合加固期间对这些裂缝均进行过补强处理,此次对这些裂缝进行外观检查,主要情况如下:(1)一闸室底板顶面已处理的7条裂缝没有继续向两侧延伸;(2)1996年发现二闸首1号块左支廊道顶部竖向裂缝后,采用钢衬保护,此次检查钢衬无明显变形破坏迹象,但表面存在一定程度的锈蚀;(3)检修阀门井上下游侧竖向裂缝对

18、闸墙整体性影响较大,此次检查上游侧裂缝没有继续向顶部延伸,下游侧的竖向贯穿性裂缝用肉眼已难以辨识,表明裂缝经处理后运行多年,未有张开迹象.4结语(下转第60页)ByCUIHongyi:IsideCentertomanagedamsafetyandsurveillanceinthesouthofItaly的长期大坝性态监测的大坝安全评价.监测系统用于在线解析大坝性态和实施离线业务,这是系统设计的基础.为评估所有建筑物的性态,监测系统采集到的数据将会自动远程传输,处理和解析.同时,也实行了水文监测,这将防止在试验区Alento流域发生由洪水引起的风险.该项目是为联营体提供先进的技术和工具,以促进对

19、大坝运行性态的管理,过程衡量和监控.该系统的实施得到了欧盟和意大利公共事务部的批未是皇是是爨皇是是叁是(上接第52页)准,由ConsorziodiGestioneCentroIside施行.参考文献:1P.Conaldi,F.Chirico.IsideCenterItomanagedamsafetyandsurveillanceinthesouthofItalyC.CommissionInternationalDesGrabdsBarrages.2000.收稿日期:20100526作者简介:崔弘毅(1983一),女,重庆人,助理工程师,主要从事大坝安全方面的研究.表1钢拉杆拉力计算表Table

20、11ThetensioncaIcu/ationofstee|/ink水位一闸室4号块19号钢拉杆二闸首1号块25号钢拉杆日期/mS10应变值/txe温度/拉力/tS12应变值/Ixe温度,拉力/t63.1l66.76.9264.23-419991223241_862.338_3-83.97.931934.6高水位142.77_3-282.25-320030ll4183.7l7-4低水位-64.26.4304.94.961.974.47.1-254.11O.020041230141.613.039.2-72.27.7267.1l0.164.3148.09.9-267.3l1.4200502l7l78.614.940.3-45.