水电站大坝面板脱空检测方案研讨

技术研发　ＴＥＣＨＮｏＬｏＧＹ　ＡＮＤ　ＭＡＲＫＥＴ　Ｖｏ１．Ｉ　８．Ｎｏ．１２，２０１　１　水电站大坝面板脱空检测方案研讨　张亚军　（葛洲坝青神电航开发有限公司，四川眉山　６２０４６０）　摘　要：介绍了鱼跳水电站大坝运行状况，以及维护检查情况，详细分析了面板脱空的原因，探讨了对面板表面裂缝采用　表面声波法检查面板质量．以及采用地质雷达探测法检测面板与坝体阎的空隙大小和分布情况．同时提出面板脱空的检　查要求。解决水电站大坝可能存在的面板脱空问题，消除电站运行中的安全隐患。大大提高发电厂安全运行的可靠性。　关键词：水电站；大坝检查；面板脱空；原因分析；检查方案　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－８５５４．２０１　１．１２．０２０　１　工程概况　重庆大溪河鱼跳水电站位于乌江下游左岸一级支流大溪　河中游重庆市南川区境内的骑龙乡齐心村鱼跳附近，距南川城　区约５０　ｋｍ，是大溪河流域梯级开发规划中的龙头水库电站，为　混合式开发。电站以发电为主，兼顾防洪、养殖等效益。电站总　装机容量为４８　ＭＷ，保证出力１　１　ＭＷ，多年平均发电量为２１　７３０　万ｋＷ・ｈ，年利用ｄ，ｌｔ－，ｔ数为４　３９８　ｈ。鱼跳水电站水库正常蓄水位为　４６７．００ｍ，水库正常蓄水位下库容为８　５９０万ｍ，，死库容２　１２０ｍ，，　调节库容为６　４７０万ｍ　，水库具有调节性能。工程由首部枢纽、　引水系统及厂区枢纽三大部分组成。　首部枢纽由混凝土面板堆石坝、溢洪道及泄洪洞等建筑物　组成。混凝土面板堆石坝，最大坝高１０６　ｎｌ，坝顶宽６　ｍ，坝顶长　度为２２３．７５　１３１，』＝、下游坝坡均为１：１．４。电站厂房布置于大溪　河右岸。电站装机３台，单机容量１６　ＭＷ，总装机容量４８　ＭＷ。厂　区枢纽距南川城区约５０　ｋｍ，厂房属岸边地面厂房。厂区枢纽建　筑物主要由主机间、安装问、副厂房、１０　ｋＶ配电装置室、尾水明　渠、室外开关站及进厂公路等组成。　鱼跳水电站正式开工建设于１９９８年１２月２２日，１９９９年１０月　３０日实现Ｔ程截流，２００１年４月６日工程正式下闸蓄水，大坝一　期面板开始挡水，２００２年４月１０日大坝坝顶填筑至设计高程　４７２．００ｍ，２００２年７月工程全面完＿Ｔ，２００１年８月，鱼跳水电站三　台机组全部正式并网发电。　２水电站大坝运行状况　２．１库水位情况　２００２～２００９年问，鱼跳水库最高水位４６７．４５　ｍ，出现于　２００７年５月２２日早８时，最低水位４２７．５　ｍ出现于２００４年４月７日　ｌ４时，多年变幅３５．５　ｍ，年平均库水位４６７～１　４３０　ｍ之间，年变　幅ｌ０—３０　ｎｑ之间。鱼跳电站水位呈年周期性变化，一般在ｌ２～４　月水位最低，５—９月水位最高。本流域洪水具有起涨快、过程陡　涨陡落、洪水期底水小的特点，洪水过程以单峰为主，洪峰持续　时问一般在１　ｈＥ右，一次过程３天左右。　２．２水库泄洪情况　２００２—２００９年问共开闸泄洪６０次，２００６年没有泄洪。其中　最大泄流量为２００５年的１　４８０　ｍ３／￣（不含机组过流量）。单次泄洪　最大量７　５　１　４万ｎｌ　，年最大泄洪总量３０　４５０万ｍ　。　２．３　大坝运行维护检查　鱼跳水电站大坝在２００２～２００９年的运行期间，每年按照公　司有关规定和要求，定期对水工建筑物进行检查和维护，检查　中未发现任何危及大坝安全运行的问题和月隐患。２００９年根　据国家电监会的要求，鱼跳水电站大坝向国电大坝安全监察中　心申请大坝安全注册，按照中心专家组现场检查后提出的对面　板堆石坝面板脱空检查的要求，公司与设计单位共同拟定了面　板脱空检查方案。　３面板脱空原因分析　由于面板堆石坝是以支撑在堆石体上的面板作为防渗体，　面板与垫层料之间出现脱空现象后，面板失去紧贴的支撑而使　面板　［作状况恶化，易产生裂缝，当裂缝贯穿大量漏水时即会　影响大坝的安全。　面板堆石坝的堆石体一般是低压缩性、高抗剪强度的非连　续性材料，为非线性弹塑性，垫层材料也为非连续性、非线性弹　塑性材料，但其抗剪强度比堆石体的要求要高，混凝土面板为　线性弹性材料。钢筋混凝土面板与堆石是两种相差很大的弹　性模量材料，由于施工过程中后续坝体填筑及蓄水的影响，当　垫层料与面板不能协调变形时，即会出现面板脱空现象。出现　面板脱空的原因大致有以下几方面：　（１）一期面板混凝土浇筑完成后，在后续坝体的填筑及蓄　水的影响下，大坝仍有较大的沉降，过大的沉降发生时就会出　现面板脱空现象。　（２）大坝在施Ｔ期及竣工期时（无蓄水）迎水面下部有外凸　趋势，上部有凹陷趋势。下部的外凸趋势会把面板往外顶，使　面板有向上游平移的趋势；而上部的坝体有凹陷趋势，则面板　与垫层料间的变位不能协调，出现面板脱空。　（３）在蓄水的影响下，坝体及面板虽然都向下游变形，但堆　石体及垫层料变形的量值较大，而面板的量值较小。　（４）在退水的影响下，面板的变形有所恢复，而坝体的变形　则恢复很小，从而产生面板脱空。　（５）高面板坝堆石体在高围压作用下流变较大，坝体上部　出现较大的体积收缩，导致面板与垫层料脱空。但随着坝体流　变的完成，库水位的升高，面板脱空现象会趋于缓和。已建的高　面板堆石坝的运行现状也证实了这些问题。　而鱼跳大坝面板亦为分期施工，分期高程在４３０．００　Ｉｎ，在　面板施Ｔ时也采取了一些措施防止面板脱空，如采用低压缩　性、高抗剪强度的垫层材料；面板施工前预留坝体沉降期；一　期面板施Ｔ时面板顶高程与二期坝体顶高程留够足够距离；在　技术与市场　第ｌ８卷第１２期２０１　１年　二期面板浇筑之前，找平外露的一期坝体和部分二期坝体的上　游面，然后浇筑面板等。目前看来，大坝面板裂缝较少，大坝运　行正常，但为保证大坝长期安全运行，有必要对面板脱空现象　进行一次系统全面的检查。由于大坝运行水位一直在死水位　（４３２．００　ｍ）以上，根据研究面板脱空主要集中在分期浇筑高程　附近和水位频繁变动区域，因此大坝在蓄水条件下对面板进行　脱空检查的范围主要集中在死水位附近以上区域，重点检查面　板有裂缝出现的位置。　４面板脱空检测方法及要求　４．１　面板脱空检测方法　由于大坝已建成，并已安全运行９年，面板脱空检查的手段　应当主要采用超声波探测及电法探测等无损探测手段，必要时　采用面板钻孔探查，检查时段应在枯水期末，水库水位最低的　时候进行。所以综合考虑，鱼跳面板脱空检测和裂缝检查拟采　用以下施工方案：１）混凝土面板质量检测。面板表面裂缝检测　采用表面声波法。２）混凝土面板脱空检测。面板与坝体问的空　隙大小和分布情况采用地质雷达探测法。　４．１．１表面声波法　表面声波法的检测原理如图１。当无裂隙时，波直接从发射　换能器传播到接收换能器，此时测出的是混凝土的波速Ｖ，如　有裂隙，则波的传播路径要绕过裂隙进行传播，传播时间变长，　根据三角关系可计算出裂隙的深度。　图１　裂隙检测原理图　可用公式（１）计算出裂隙的深度　Ｈ＝吉　（１）　式中，Ｈ为裂隙深度；Ｖ为混凝土波速；ｔ为波传播时间；Ｌ为换能　器的距离。　４．１．２地质雷达探测法　面板堆石坝作为特大型的填筑体，由于填筑料本身物理性　质不稳定，其在自身的重力作用下，会随着时间的推移而发生　较大的位移变形；而大坝面板为刚性体，强度较大，其在重力作　用下，只会发生较小的变形沉降，因此，大坝面板和坝体填筑料　之间容易形成脱空。同时因为两者不同步变形量存在渐变的地　带，面板脱空区一般不会以小面积出现，脱空高度与其处在脱　空区中心位置有关，呈现出中部深、四周浅的“锅底”形态。　地质雷达检测是利用高频电磁波以宽频带短脉冲的形式，　其工作过程是由置于地面的发射天线发送人地下一高频电磁　脉冲波（主频为数十兆赫至数百兆赫乃至千兆），地层系统的结　构层可以根据其电磁特性如介电常数来区分，当相邻的结构层　材料的电磁特性不同时，就会在其界面间影响射频信号的传　播，发生透射和反射。一部分电磁波能量被界面反射回来，另　一部分能量会继续穿透界面进入下一层介质，电磁波在地层系　统内传播的过程中，每遇到不同的结构层，就会在层间界面发　生透射和反射，由于介质对电磁波信号有损耗作用，所以透射　的雷达信号会越来越弱。探地雷达主要由天线、发射机、接收　机、信号处理机和终端设备计算机）等组成。　技术研发　各界面反射电磁波由天线中的接收器接收并由主机记录，　利用采样技术将其转化为数字信号进行处理。从测试结果剖面　图得到从发射经地下界面反射回到接收天线的双程走时ｔ。当　地下介质的波速已知时，可根据测到的精确ｔ值求得目标体的　位置和埋深。这样，可对各测点进行快速连续的探测，并根据　反射波组的波形与强度特征，通过数据处理得到地质雷达剖面　图像。而通过多条测线的探测，则可了解场地目标体平面分布　情况。通过对电磁波反射信号（即回波信号）的时频特征、振幅　特征、相位特征等进行分析，便能了解地层的特征信息（如介电　常数、层厚、空洞等）。　４．２现场检测要求　４．２．１表面声波法　１）声波检测采用先进的数字声波仪，具有数字采集功能，　最小采样间隔不大于０．１　ｓ；２）检测现场应定期对仪器设备进　行比对试验；３）应至少采取４组数据进行计算分析裂隙深度；　４１换能器频率不小于２Ｏ　ｋＨｚ；５）在无裂隙的混凝土表面准确测　试混凝土波速。　４．２．２地质雷达探测法　（１）表面雷达预报宜使用先进的地质雷达，选用５００　ＭＨｚ　和９００　ＭＨｚ雷达天线，若有必要可使用其他频率天线作为辅助　探测手段。　（２）仪器设备的信号增益控制具有指数增益功能，采样间　隔不大于０．５　ＵＳ，模数转换大于ｌ６　ｂｉｔ，具有１６次以上信号叠加　功能，连续测量时，扫描速率大于每秒１２８次。　（３）系统增益不低于１５０　ｄＢ，信噪比大于６０　ｄＢ，具有信号　叠加、实时滤波点测与连测、手动与自动位置标记等功能。　（４）通过试验选择合适的仪器参数（即工作频率及介电常　数），采样率宜选用天线中心频率的６～１０倍。当探测对象情况　复杂时，应选用两种及以上的不同频率天线，多个频率天线均　能符合探测深度时，应选择频率较高的天线。　（５）支撑天线的器材应选用绝缘材料，天线操作人员不应　佩带金属物件，天线操作人员应与工作天线保持相对的位置。　（６）测试过程中，天线应紧贴面板，水平测线高度基本一　致，垂直测线应保持铅直。　（７）采样时保持天线静止。沿坝面流水线方向布设，测线覆　盖整个面板，以线距１．０　ｍ、点距０．２　ｍ进行普查，在普查发现异　常的区域，加密测量或增加其它测试方法。　（８）采用测量轮标注时，宜每５　Ｉｎ校对一次。　（９）现场测试时，应移走或尽量避开测线附近的机械设备　与金属物体、导线等。　（１０）检查质量的记录与原探测记录具有良好的重复性，波　型一致，没有明显的位移。　５结语　根据以往工程建设中的经验，当面板出现了脱空，采用注　水泥粉煤灰浆液进行填充，不影响面板的正常使用，对减少面　板裂缝、保证大坝安全是有利的。鱼跳水电站大坝检查后，若　存在需要处理的面板脱空现象，也可采用该方法进行处理。解　决水电站大坝可能存在的面板脱空问题，能消除电站运行中的　安全隐患，大大提高发电厂安全运行的可靠性。　作者简介：　张亚军《１９８８一），男，重庆巫溪人。助理工程师，从事水利　水电工程建设工作。