【doc】苦蒿坪大坝安全运行剖析

【doc】苦蒿坪大坝安全运行剖析 苦蒿坪大坝安全运行剖析 1996年12月四JIl水力发电第l5卷第4期 苦蒿坪大坝安全运行剖析 .., . 避红乎 成都.610072) (四川I省电力试验研究院, 一 7f一 易继元 (岷江电厂龙池水电分厂.峨置.6142081 ,摘要位于太棱}可支泷茅扦河最上游}可段——苦蒿坪阿上的苦蒿坪太坝,巳安全 运行28年.针对它的安垒 管厦和弗一捉太坝安全鉴定中所i圭行的一系列工作.肯定丁氓江电厂龙池水电 站的管理措埯.以盈太埋设计, 埯工和运行基车达到部瑗规范规程.整十太坝是安全的,?正常蠼. 关t诃重苎!墼适芬髻 一 t咂 1前 水电分厂的水工建筑物安全监测及管理工作 言主要围绕"一坝三站"进行. 苦蒿坪水库位于峨眉山市境内,大渡河 左岸支流茅杆河的最上游河段——苦蒿坪河 上.为龙池梯级电站的龙头水库,总库容310 万m,起季调节作用. 苦蒿坪大坝为混凝土,浆砌条石及砌块 石混合结构的重力坝.最大高度38.35m,坝 顶长126m;溢流坝段长30m,位于河床中 部,两岸为非溢流坝段.坝内设有一个数水孔 和一个发电取水孔. 苦蒿坝大坝建成运行至今已28年,且经 受了40年一遇的洪水考验(1984年2月2 日最高洪水位为1687.95I"13.).除投入运行 时,左岸基岩因发生渗漏随即进行灌浆处理 外.未发现异常现象. 遵照水电部1988年颁发的《水电站大坝 暂行办法》中的要求,l988年10月 开始了苦蒿坪大坝定期检查工作.其主要工 作有:(1)坝区岩石力学试验;(2)渗流观测资 料整理分析{(3)大坝工程质量评价;(4)分析 大坝的工程地质条件;(5)进行大坝抗滑稳定 性复核并编制报告等工作. 龙池水电分厂由"一坝三站"组成..一 坝"指苦蒿坪水库大坝;"三站"指第一梯级电 站——石盘电站;第二梯级电站——万坪电 站以及第三梯级电站——走马坪电站.龙池 2苦蒿坪大坝安全管理 龙池电站属高水头引水式电站.苦蒿坪 大坝距厂区有l1km山路,山路崎岖,道路 狭窄,汛期经常塌方,步行耙走好几小时或上 去了下不来的现象时有发生,给观测人员及 安全管理工作带来许多不便和困难.建厂初 期.龙池电站基本未设大坝观测班及观测人 员,仅由生技处土建专职工程师兼管大坝安 全观测,坝上定期派人值班调节进水兼管各 观测仪器.由于山高路远,许多观测设施遭到 破坏,这给大坝观jjlf工作带来一定困难. 国家及电力部为了加强大坝安全管理工 作,特颁布了有关规定和规范+全国从上到下 设置了大坝安全管理部门.岷江电厂厂领导 抓紧了大坝安全管理工作+在龙池水电分厂 设立了大坝观测班.观测班共有5人.具有大 专和中专学历的占80%,其中两人参加了能 源部大坝监察中心举办的《全国水电站大坝 观测人员业务培训班》的学习.同时,分厂积 撅维修了损坏的观察仪器+尽可能解决观测 人员在观测中的一切困难. 龙池水电分厂目前对苦蒿坪大坝开展的 安全监测项目为:坝基扬压力.渗透水.裂缝. 水平位移,上下移水位,库区近坝岸坡现测 等.以上项目按观测规程规定的时间,每月进 行一次至数次(汛期加强观测). 在坝顶水平位移观测中.我们采用视准 线活动觇标观测法和小角度观测法(因坝轴 线有159.的转折).综合长期观测成果分析, 大坝水平位移以一定的规律性变化.库水位 升高,位移向下游;库水位降低,位移向上游. 角度观测的情况为高水位时大角偏小,低水 位时大角偏大.综合起来,活动觇标法和小角 度法是一致的.由于视准线是1993年新建, 故只收集到3年的水平位移资料.坝基扬压 力,渗透水,裂缝等项目收集整理了20多年 的资料. 经过多年观测和资料整理,发现了大坝 的许多缺陷并完成了以下水工建筑物的维修 改造工作 1.1992年进行了大坝及库区周围的清 扫工作,如除杂草,排淤泥,疏通排水沟等. 2.1992年完成了大坝下醋左岸导墙200 m的修建工作. 3.1993年新建视准线(坝顶)一条,并坚 持每月观测一次. 4.1993年进行了大坝观测廓道内集水 井抽水系统的改造和照明系统的改造. 5.大坝背水面坝体条石的风化处理工 作;经过多年努力,我们做到了勤检查,勤维 修,力争建筑物的安全运行. 3大坝首次定检情况 根据水利电力部《水电站大坝安全管理 暂行办法》和原能源部《水电站大坝安全检查 施行细则》的规定.四J『II省电力工业局于 1988年l0月决定进行苦蒿坪大坝首次安全 定期检查工作.定期检查由四JIl省电力工业 局组织进行,设计,施工,科研,运行等有关单 位参加.按照有关现行规范复查了原设计数 据,方法及安全度.复查了施工质量和事故处 理情况;总结了运行工况和整理了安全监测 资料,在此基础上编写了5个专题报告.召开 了两次专家咨询组会议,研究了首次定检工 作开展情况和主要问题,审查了专题报告和 总报告的编写提纲. 3.1坝区岩石力学试验 为了评价大坝运行21年后的稳定性情 况,首先应查明地基岩石力学特性.选定了有 代表性的坝段廓道,在廓遭内开挖竖井,井深 7m,井底混凝土与基岩接触面积为3.7m. 据对井壁5m高的坝体混凝土观察;其中不 含杂物,骨料与水泥浆振捣均匀,结构密实, 混凝土干容重为83.63,23.93kNfm,整体 处于干燥状态.混凝土与基岩接触面胶结良 好. 3.1.1野外太剪试验 在基岩接触面上,做了四点大剪试验,其 剪断面情况见表1. 表1竖井大剪试验点备类剪断面面积统计丧 剪断面类型—— 试点编号 I234 面积,cm 混凝土 百分敷/ 混凝土,基岩面积m. 接触面百舟敷, 面积m 岩石 百升敷, 总面积m: 540102"6I242I688 2I.647849.471.8 196011642080 78.452.216.3.4 ,,854584 ,/33.924.8 2500225225I62352 竖井中的一组混凝土与基岩接触面的大 剪试验的抗剪(断)强度(见表2) 袭2坝体混凝土与坝基砂质粘土岩现场 抗剪(断)强度试验成果表 大剪抗剪(断)强度 篮!!鲨 / ' ,t 平硐中的一组大剪试验的抗剪(断)强度 (见表3) 寰3岩用夹泥型软弱夹层抗剪强度试验成果衰 根据大剪试验点剪断面结合情况,虽然 大坝部分基础置于弱风化岩体上,但坝基岩 体与混凝土接触面胶结情况良好,坝基岩体 在21年运行期间未见有恶化趋势. 3.1_2中型剪试验 在坝基晦遭竖井内取出砂质粘土岩,做 中型剪试验.通过岩石中型剪试验成果分析 (见表4),砂岩及砂质牯土岩的抗剪(断)强 度均较高. 衰4岩石中型剪抗剪(断)强度试验成果 岩石试佯试验 名称位置组教 !型苎垫曼!堑!堡 抗剪断强度抗剪强度 /.gIMPagf/MPa 注:中型翦抗剪强度试验鬻甩单点法,剪切面糖腰控制为 1. 3.1.3结论 (1)苦蒿坪大坝的坝体混凝土与基岩接 触面的腔结情况良好.抗剪断强度为: r;1.33a+1.0(MPa) 从竖井观察.结台访问参加现场施工的 地质人员情况介绍相对竣工报告资料的综合 分析的认为苦蒿坪犬坝混凝土与基岩接 触胶结良好.倪个别坝段的地基处理较差 (2)坝基岩体在21年运行期未发生恶化 趋势.通过抗剪强度经过野外及室内试验工 作论证,可用于评价坝基的深层抗滑稳定性 状况. (3)为了论证坝基稳定潜在安全度,建议 将癣道中已堵塞的扬压力观测孔恢复正常工 作状态,井按规范要求继续进行扬压力观测 工作. 3.2大坝工程质量评价 苦蒿坪大坝运行28年来,经受了1984 年7月2日的40年一遇洪水的考验结合此 次挡水坝,溢流坝及廓道内的外部质量检查, 进行了混凝土回弹测试及碳化检测,对坝体 廓遭内已开挖了的竖井取出两组混凝土试 件,进行抗压强度和弹模等试验.据此,对大 坝工程质量评价如下: (1)混凝土质量良好.大坝混凝土强度至 今达到和超过原设计要求(见表5) 裹5太埙涅凝土强度试验成果 强度IMPa 本欢硷反推28d盼期 (2)非溢流坝的整体工作是好的,其下游 浆砌条石坝面,局部明显风化剥蚀,目前虽不 致造成不良影响,但应采取保护措施. (3)通过开挖竖井检查,帷幕与排水系统 工作是好的. (4)坝基两岸接头的渗漏较明显,目前尚 不严重,但应加强观测,弄清渗漏水的来源, 荆采取工程措施. 3.3大坝结构应力分析 在此次定检中,对溢流坝段和非溢流坝 段讣别进行了有限元计算. 3.31太坝应力有限元计算结果 通过大坝应力平面有限元计算.其结果 如下: (1)上游坝面各节点的水平位移,非溢流 坝段远大于溢流坝段(见表6). (2)溢流坝段的坝踵局部产生拉应力(水 平最大正应力为+0.762MPa,最大主应力 +O.777MPa).其余部位的水平应力和垂直 正应力,最大和最小主应力均为压应力.其压 应力最大部位也是水平位移最大部位(见表 6). (3)非溢流坝段的坝踵局部拉应力较大 (最大水平正拉应力为0.59MPa,最大主拉 应力为0.67MPa(见表7). 寰6溢流埙段上游埙面应力厦位移统计衰 注:1应力单位为MPa;2应力{亭号:(一)为压应力,(+)为拉应力}3.节点编号是由操 底向坝顶增大;4.位穆符号:水平位移 向下瓣由{+l}垂直位移沉陷为【+). (4)从溢流坝段和非溢流坝段的主应力 矢量图得知,除局部坝踵出现主拉应力外,其 余部位均为压应力. 3.2.2坝体应力评价 通过上述成果分析,可作出如下评价: (1)从应力分布情况看,溢流坝段和非溢 流坝段除局部坝踵产生拉应力外,坝体其余 部位均处于受压状态,说明该坝的设计是合 理的.至于局部坝踵拉应力的形成,很大程度 上是由于有限元法难以解决角缘应力集中的 问题.因此.从坝体的宏观应力看,该坝是安 全的. (2)从变形分析情况看,也是合理的.溢 流坝和非溢流坝顶的垂直位移几乎相同,分 别为6.335mm和6.605Fl'lm;两水平位移则 相差较大,分别为1.061mm和2.263mm. 大坝的垂直位移主要是由堍工期坝体的 自重形成,目前已基本稳定.水平位移主要是 由上蝣水位变化和气温变化等形成的(此坝 有限元计算时只是一次施加了全水压).故库 水位的下降会使水平位移在计算值的基础上 减少;而气温变化所形成的水平位移值是年 周期变化(即夏季时坝顶产生向上蝣的水平 位移.而冬季反之),它要和库水位变化所形 成的位移叠加 3.4大蚬抗滑稳定安全复核 3.4.1复核依据 此次大坝抗滑稳定安全复核,经过认真 研究核实,确定: (1)按照水利电力部颁发的《水利水电枢 纽工程等级划分及设计(山区,丘陵区部 分)SDJl278,试行》,应属四等工程,大蚬 为,级建筑物. (2)采用原有设计文件及观1删资料.包括 乐山地区革委会农林水工怍组1968年l1月 编制的《苦蒿坪水库工程技术施工简要说明 书;l968年1O月编写的《苦蒿坪水库工程 竣工报告》;乐山专区水电局勘测设计院 l983年l】月编制的《苦蒿坪水库『大坝抗滑 98 稳定核算成果报告》;乐山专区水电工程处 《苦蒿坪水库工程大坝观测资料整理汇编》 (岷江发电厂龙池发电所1983年lo月编); 《苦蒿坪大坝坝前淤积实测资料整理成果》 (氓江发电厂龙池发电所1989年4月编);以 及l968年绘制的有关技施详图和部分竣工 图. (3)复核采用的技术规范有:水利电力部 颁发的《水利水电枢纽工程等级划分及设计 标准(山区,丘陵部分)SDJl2—78.试行》;水 利电力部颁发的《混凝土重力坝设计规范 (SDJ21--78)试行》;水利电力部颁发的《混 凝土重力坝设计规范(sDJ2l一78,试行)补 充规定》(1985年);水利电力部颁发的《水工 建筑物抗震设计规范SDJ10—78,试行》. (4)复核采用的基本资料有: a.采用1965年审批设计洪水流量(54O m/s,50年一遇)和校核洪水流量(720 m/s,200年一遇) b.采用上游水位按原设计的l685m. 下游水位l660m. c.基本组合,即正常蓄水位和设计洪水 位时.风速值采用28.4m/s;特殊组合时.即 校核洪水位和地震情况时,风速采用20.8 m/+ d.按照1989年4月实测的坝前淤积资 料.对左岸非溢流坝(挡水坝)(栏)0+-045,溢 流坝(栏)0+060及右岸非溢流坝(挡水坝) (栏)O—O92等剖面的谳沙高程采甩1667.5 rfl口 e.地震烈度确定为7度. r.复核采用混凝土容重23.54kN/m; 水泥沙浆条百聊俸容重23.54kN/m;水泥 {芰砌块石的砌体容重为22.36kN/m(溢流 坝的综台容重为22.56kN/m); g.帷幕中心线处的渗透压力折减系数为 一0.70,扬压力按作用于坝基底面上的全部 计算面积计算. 除上述基本数据外.地基特性及物理力 学指标均采用3.1中.坝区岩石力学试验的 综合抗剪强度和抗剪断强度指标. 3.4.2坝体抗滑稳定复核的结论 通过对坝体滑动面的形成和各坝段滑动 面上的综合抗剪和抗剪断强度指标的确定, 以及坝体抗滑稳定计算和坝基面的垂直正应 力复核计算,最后得出如下结论: (1)各坝段坝体沿坝基与岩石接触面的 平面滑动和沿岩体浅层滑动+以及沿岩体内 软弱夹层的深层滑动的三种形式的抗滑稳定 安全系数;按抗剪强度公式计算和按抗剪断 强度公式复核结果.在各种荷载组合下均能 满足现行设计规范的要求.其中按抗剪断强 度公式计算的抗滑稳定的安全度还要大些 从各坝段相互比较,溢流坝的抗滑稳定的安 全度比左右两岸非溢流坝(挡水坝)段的要大 些. (2)各坝段的坝基垂直正应力分布较均 匀.在各种荷载组合情况下,最大垂直正应力 均小于坝基容许压应力,最小垂直正应力均 大于零. (3)对本工程而言,若要提高左右两岸挡 水坝的坝体抗滑稳定安全度,行之有效的是 降低坝基扬压力. 4结论和建议 根据四JIl省电力工业局JIl电生(1988) 091文《关于下达苦蒿坪大坝定期检查及安 全鉴定项目的》中明确洪水资料及防洪 标准,仍按原设计不变.此次复核只作丈坝安 全鉴定(审定大坝安全工况及实际具有的抗 洪能力)不作除险加固". 按照上述要求,并遵照《水电站大坝安全 管理暂行办法》的有关规定,此次苦蒿坪丈坝 是以安全稳定复核为主要内容.不复镌水库 的水文资料.对过击接算中资料不全.结论不 明确的一些问题,作了较为全面的补充沦证 4.1对大坝安全性的评价 4.]L大坝的I程地质条件基末良好 根据大坝廓遭内开挖竖井观察,坝体混 凝土与基岩接触面胶辖是好的.坝基岩体在 21年运行期间.未发现有恶化趋势.勘探竖 井开挖至建基面以下2m,未见软弱夹层.竖 井中砂质粘土岩微风化至新鲜+且湿润岩体 中仅在1,2条裂缝中有地下水浸出,并有微 承压现象,观测所得的渗漏水量不大 4.1.2大瑚抗滑稳定是安全的 在各种荷载组台下的抗滑稳定安全系数 均能满足现行设计规范的要求.其中按抗剪 断强度公式计算的抗臂稳定的安全度还要大 些溢流坝的抗滑稳定的安全度比两岸非溢 流坝的抗滑稳定安全度要大些.各坝段的坝 基垂直正应力分布较为均匀,在各种荷载组 合情况下,最大垂直正应力均小于坝基容许 应力,最小垂直正应力均大于零. 4.1.3坝体混凝土质量基末良奸 根据大坝混凝土质量检'删资料及在勘探 竖井内取样试验的结果,溢流坝体混凝土质 量良好,廓道内混凝土质量一般,碳化深度不 大. 根据综合分析.苦蒿坪大坝属正常坝. 4.2对大坝安全管理的建议 (1)加强对检查舜道内四组扬压力观测 断面的观测,特别是1号管的检查工作.必要 时采取扫孔等措施.馁证正常监测,以监视大 坝的安全运行. (2)建立健全左右岸非溢流坝肩接头的 绕坝渗流和岸坡水的观测设施.为进一步研 究是否需要加强两岸『穿渗和排水措施提供可 靠的依据. (3)对溢流坝有碎泄j共的临时建筑物应 彻底清除.保持坝面的平整度,防止泄流时产 生气蚀破坏坝面和避免壅高水位超过设计标 准. (4)对溢流坝区反弧段裂缝.建议用环 氧沙浆堵塞.并注意现测 (5)对非溢流坝下游面风化条石.建议进 (下转第106页) 白石岩等变电站电压分别为20或32左 右. 因此大机组投运后的运行方式及安全措 施是十分重要的. 2.3在500kV网架形成后与220kV网络 运行中的可靠性和稳定问题 特别是大容量电厂(3300Mw)长距离 进电的系统运行,应注意以下几个问题. (1)长距离输送,高海拔地区,线路浮冰 问题.对系统可靠性的影响. (2)在输送容量少的情况下.无功的处理 问题.由于系统内大多数机组不能吸收无功, 因此大量的电抗器等补偿装置将在沿线主要 变电站设置,四川500kV网架规划在国外 咨询计算报告中表明在二滩电站,昭觉开关 站,白贡变电站各自装设180MVor电抗器, 陈家桥,长寿等装设补偿电容器. 由以上分析可以看出,四川电网目前是 220kV为主网架的薄弱电阿到1998年,500 kV超高压网架刚形成.要保证安全稳定运 行,在现有基础上.再进一步采取措施. 3在四川电网改造中的几点建 议 四川电网2000年容量将增加l倍.500 kV网架也要初步形成.电网需要改造扩建. 在扩建中和运行中应考虑以下几个方面: 1.对近期大机组投入电问运行应采取安 全运行措施,除了联切装置等以外要考虑一 定的旋转备用容量,以供事故时投用. t叶叶叶—t叶叶叶叶叶—{叶—{—{一一一一一+? (上接第99页) 行喷浆处理.以增加条百砌体的耐久性. (6)在右导墙上打水平排水孔.以降低右 岸岸坡渗水造成的渗压偏大的现象.保证大 坝的稳定安全. (7)健全观测制度.完善观测设旋. 2.二滩投入后的无功处理问题,机组和 系统运行中以及线路建设中都要认真选择方 案比较,特别考虑系统稳定问题 3.2000年左右,四川电网已是大电网, 系统运行中自动监控系统应尽快实现.即负 荷,频率控制系统经济调度,电压,无功控制 以及可靠度控制系统.适应稳定运行需要. 4.500kV网络建设和系统运行,应考虑 到联网运行,尽管正常情况下没有更多功率 交换,但在事故工况下的相互补偿对安全运 行有利. 世界上跨国家.地区联网运行已极普遍, 如.欧州电网实现联络运行;美国和加拿大都 实现联网运行. 我国拟实行区域联网运行.如华中,华 北.西北电网在考虑联网运行方式;华南的广 东,广西,云南,贵州,四川也在考虑联网问 题四川电力系统应加入到联网中. 5.为提高电力系统的稳定性.大容量.新 投产的机组应装置电力系统稳定器(Pss),其 作用: (1)可以提高系统阻扰,改善稳定性能, 提高联络线输送功率.如广东.香港联网.装 Pss,可提高输送功率(80,i00)Mw. (2)可改善系统动态稳定性能.抑制系统 低频振荡,如葛州坝电厂东送560Mw时出 现低频振荡,投入后振荡平息. (3)可以改善暂态稳定性能 四川系统的计算表明.在加设Pss后对 系统性能有改善.对系统稳定运行是有益的, (见图6).(收稿13期:1996nsfls~ (8)稳定观测人员,加强观测人员上岗培 训. 参考文献 l酒家铮主编重力坝水利电力出版社 2四lIl水力发电开发咨询眼奇郭.苦蒿坪?埋首虞定拉 报告及其专题报告1990 (收稿日期;I9960906