内容发布更新时间 : 2024/11/9 1:43:31星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

龙首水电站碾压混凝土大坝变形分析

摘 要 结合龙首水电站碾压混凝土坝体变形的观测资料，通过定性和定量分析，综合评价了温度、水位、冰压力对坝体变形的影响。变形成果可以作为评判大坝安全的一项依据，成果表明龙首水电站大坝在整体上是安全的。 关键词 碾压混凝土 大坝 变形分析

1 工程概况

龙首水电站位于甘肃省张掖市西南约30km的黑河干流上，是黑河流域规划的八个梯级电站最末端一个。电站安装3台15MW和2台7MW机组，总装机容量59MW，年发电近2亿kwh，坝顶高程1751.5m，最大坝高80m，设计总库容1320万m3。该工程属于中型三等工程，工程区地震设防烈度为8度。电站控制流域面积10009km2，多年平均流量50.4m3/s，多年平均径流量15.89亿m3。坝址区属大陆性气候，气温变幅较大。夏季酷热，雨量稀少，蒸发量大；冬季严寒，冰冻期长达4个月。据统计，该地区多年平均降水量为171.6mm，多年平均蒸发量为1378.7mm，绝对最高气温37.2℃，绝对最低气温-33℃。最大冻土深度1.5m。

龙首水电站枢纽由拦河大坝、坝身泄洪建筑物、左岸引水发电系统、发电厂房组成，其中拦河大坝由左岸重力坝、右岸推力墩和双曲薄拱坝组成，均采用在国际国内具有领先水平的碾压混凝土筑坝技术，碾压混凝土总方量约为19万m3，坝顶全长217.32m，其中拱坝长140.84m，，拱冠最大曲率半径54.5m，拱冠最小曲率半径32.75m，厚高比0.17。

2 坝体变形观测

2.1 坝体变形观测概述

坝体变形观测包括坝体水平位移、坝体垂直位移（沉降）观测和坝肩变形观测。

水平位移观测，采用正、倒垂线相结合的方法来观测，它具有测量人员操作简便、计算简单、维护方便等优点。在两坝肩及拱冠三条垂线能对大坝及坝肩水平位移进行监控，可以省去建立平面变形观测网用光学测量来观测水平位移。

左坝肩垂线位于左拱端重力坝上，观测坝顶及基础的水平位移。右坝肩垂线位于推力墩上，利用高程1700m的廊道将垂线分为正倒垂线，可以观测坝顶及基础水平位移。拱冠垂线位于拱坝中心线溢流闸墩上，利用高程1700m、1680.4m廊道将垂线分为正倒线，可观测坝顶、坝基及坝中的水平位移，同时也可得到拱冠变形的挠度曲线。倒垂线锚固深度在坝基以下30m～40m。所有坐标仪的安装均按拱坝的径切向方向统一，这样可直接得出拱坝的径切向位移。

在坝顶两拱端各设立一个永久观测墩，观测拱坝的弦长变化，同时在坝顶布设水位和测温系统。 坝体沉降观测，只能观测坝顶的沉降，在左岸下游远离坝体处设立水准基点，引至坝顶观测坝顶沉降，坝顶水准点7个，水准基点至坝顶起测基点按一等水准精度控制，水准测点按二等水准精度控制，观测时从水准至水准测点往返测回形成闭合回路。

坝肩变形观测，在右岸推力墩端部设置测斜孔观测右坝肩变形，在左坝肩下游重力坝处设一测斜孔，观测左坝肩变形，安装铝制测斜管。 2.2 坝体变形观测仪器布设

图1为大坝变形观测仪器布设图。图中PL代表正垂，IP代表倒垂，IN代表侧斜孔，LB代表水准校测基点，BS代表水准起测基点，BM代表水准测点，TB代表弦长观测点。

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3 坝体变形观测成果分析

3.1 水平位移成果分析

⑴ 温度作用

龙首拱坝水平径向位移受温度影响显著， 与水温及气温成密切的正相关关系，即温 度升高时，拱坝受热膨胀，对两岸的推力 墩和重力坝产生向下游的推力，而重力坝 和推力墩体积较大，变形很小，重力坝和 推力墩的反作用力使拱冠位置向上游位移。 反之，当温度降低时，拱坝收缩，重力 坝和推力墩的反作用力使拱冠向下游位移。 拱坝变形同温度变化相比较有明显的滞后， 这主要是因为拱坝大部分处在水面之下， 变形直接受水温的影响，受下游面气温影 响较小。在每年汛期，水库都在较低水位 下运行，拱冠变形主要受气温变化的影响。 当水库在高水位运行时，拱冠变形主要受 水温变化的影响。坝体上部温度受水温和 气温的影响而呈现年周期变化，变化幅度

BM7IN1PL1TB1BM61#1#大坝变形观测剖面图1751.52#PL11741.0拱坝中心线表孔PL23#推力墩1720.0重力坝取水孔1724.0中孔1710.03#冲砂孔IP35#1700.01697.0IP14#IP3IP21654.822#1680.41657.461634.30大坝变形观测平面图BM5PL2BM41751.5IN2IP3TB2BSBM3BM2BM1图1大坝变形观测仪器布设图高达25℃。当气温升高时，坝顶拱冠向上游位移，当气温降低时，拱冠向下游位移。图2表示出了拱冠顶水平径向位移与温度关系曲线，从图中可以看出拱冠顶向下游位移的极值出现在每年3月份（最大位移值为14.237mm），拱冠顶向上游位移的最大值出现在每年10月份（最大位移值为3.323mm），年内最大位移幅度达到17.56mm。观测结果表明：（1）坝体水平位移受温度影响显著，水平位移随温度的变化而变化，表现出一定的滞后现象；（2）拱坝水平位移最大值出现在拱冠顶，最小值出现在基础处。

50-5-10-15-202002年3月拱坝位移温度40200-20-402002年8月2003年1月2003年6月2003年11月2004年4月位移量（mm）图2 拱冠顶水平径向位移与温度关系曲线 (位移值向上游为正，反之为负)

4位移量（mm）3210-1-2151050-52002年7月2002年11月2003年3月2003年7月2003年11月2004年3月2004年7月温度（℃）推力墩拱坝重力坝坝体温度2520图3 拱坝、重力坝、推力墩水平切向位移与温度关系图(位移值向左岸为正，反之为负) 拱坝水平切向位移也随温度的变化呈周期性变化，当温度升高时，拱坝向左岸位移，温度降低时，拱坝向右岸位移。这种变形与重力坝和推力墩的体积有关，推力墩体积较小，受温度影响较为明显，当温度升高时，推力墩混凝土受热膨胀向左岸位移，这种作用力使拱坝切向向左岸位移，温度降低时推力墩混凝土收缩向右岸位移，推力墩水平切向的作用力的减小使拱坝向右岸位移。而重力坝体积较大，受温度影响

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温度（℃） 较小。这就导致拱坝水平切向位移随推力墩的变形而变化。图3表示出了推力墩顶、拱坝顶、重力坝顶水平切向位移随温度变化曲线。观测成果表明：坝顶的水平切向位移最大坝基的水平切向位移最小。

⑵ 静水压力作用 表1 时期同一时段拱坝水平径向位移表 水压力是拱坝位移的又一影响因素，由于龙首水库非汛期水位都在1748.0m附近运行，水压力对坝体的作用是相同的。将运行近几年来汛期相同时段不同水位下的坝体水平位移

时期 时段 平均温度 水位变化区间 最大位移量 23.25℃ 1747.5m～1748.3m 1.651mm 2002年 2003年 5月～7月 19.9℃ 1747.5m～1748m 1.228mm 23.37℃ 1745m~1746.5m 3.323mm 2004年 值进行比较（见表1）发现：低水位运行，拱坝向上游位移。2004年7月气温较高（29℃），在库水位较低（1745.5m）的情况下，坝前水压力减小，拱坝向上游位移，出现运行以来的最大值3.323mm。在2003年12月份，在上游水库蓄水的时候，龙首水库承担向下游补偿流量任务，水库水位降低8m，拱冠向上游4mm，后来水位升高，拱冠开始向下游位移。

⑶ 冰压力作用

冰压力对拱坝位移也不容忽视，2002年我们对库区临近坝面的结冰进行人工清理，通过观测发现拱坝向下游的最大位移值为13.29mm。而2001年、2003年同一时期在没有清理结冰的情况下测得拱坝向下游的最大位移值分别为13.95mm、14.01mm，分别大了0.66mm和0.72mm。 3.2 温度荷载作用下垂直位移成果分析

龙首拱坝垂直位移共布置7个测点，对重力坝、拱坝左右坝块、拱冠梁和推力墩各处的垂直位移进行监测，通过3年的运行监测，坝体垂直位移同样呈现出随温度的变化而变化，温度升高，拱坝向上位移，温度降低，拱坝向下位移，其中拱冠垂直位移变化最大，年位移幅度达6.35mm，表现出一定的年际变化规律（见图4）。 321位移值（mm）重力坝拱冠推力墩温度35302520151050-5-10-15温度（℃）0-1-2-3-4-52003年3月2003年7月2003年11月2004年3月2004年7月 图4 坝体垂直位移（图位移值上升为负、下沉为正） 4 结论

4.1 通过观测表明：坝体变形与温度有密切的相关关系，都明显表现出滞后于温度的变化。顶处拱冠径向位移与切向位移变形幅度较大，基础处变形幅度很小。为了降低不利因素，除确保水位稳定外，要加大对坝体保温力度，尤其是要加强坝后保温，修补脱落的保温板。

4.2 冰压力对坝体的影响也不容忽视，在运行过程中要注意运行方式，冰冻初期抬高水位运行，待冰结到一定程度后，降低库水位运行，使冰面与水面之间形成一个5cm左右的空气夹层。尤其要避免在冰冻期水位频繁变化，以免造成“夹层”厚冰。

4.3 通过对大坝变形观测分析，变形观测值均在规范及设计允许范围之内，大坝整体上是安全的。

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