彭薇薇，王 波

(中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610072)

1 前 言

瀑布溝水電站采用地下廠房，廠內(nèi)安裝6臺(tái)單機(jī)容量為600MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，年發(fā)電量147.9億kW·h。水輪機(jī)額定水頭156.7m，最大靜水頭181.7m，最小靜水頭114m，單機(jī)額定引用流量435m3/s。

瀑布溝水電站設(shè)計(jì)水頭高、單機(jī)引用流量大，HD值約1 400m2，水輪機(jī)組采用下機(jī)架支承、鋼蝸殼與外圍混凝土聯(lián)合受力結(jié)構(gòu)。鋼蝸殼設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力2.45MPa，鋼蝸殼安裝后以1.5倍內(nèi)水壓力即3.68MPa進(jìn)行水壓試驗(yàn)，在充水穩(wěn)壓于1.40MPa下澆筑外圍混凝土。

瀑布溝機(jī)組機(jī)墩屬矮機(jī)墩，因此將機(jī)墩、蝸殼及其外圍混凝土結(jié)構(gòu)作為整體進(jìn)行計(jì)算。采用三維有限元數(shù)值計(jì)算和三維仿真材料模型試驗(yàn)，研究蝸殼結(jié)構(gòu)在各種工況下結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、變位、荷載分配、運(yùn)行穩(wěn)定性，以及外圍鋼筋混凝土的開(kāi)裂狀態(tài)、安全儲(chǔ)備等。在實(shí)施階段，根據(jù)充水保壓蝸殼的特點(diǎn)，對(duì)水壓試驗(yàn)、混凝土澆筑等提出要求，使蝸殼聯(lián)合受力結(jié)構(gòu)運(yùn)行得到較好的保障。

2 蝸殼外圍混凝土結(jié)構(gòu)的三維有限元計(jì)算

瀑布溝廠房1、3、5號(hào)機(jī)蝸殼由加拿大GE公司制造，分28節(jié)拼裝；2、4、6號(hào)機(jī)蝸殼由東方電機(jī)廠制造，分36節(jié)拼裝。

蝸殼聯(lián)合受力結(jié)構(gòu)采用了三維有限元(ANSYS)、三維非線性分析(ABAQUS)、三維動(dòng)力有限元三種方法計(jì)算，機(jī)墩結(jié)構(gòu)包含在鋼蝸殼與外圍混凝土聯(lián)合受力結(jié)構(gòu)中。在計(jì)算與試驗(yàn)成果的基礎(chǔ)上，經(jīng)綜合分析后進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)。

2.1 蝸殼參數(shù)

根據(jù)引水發(fā)電系統(tǒng)的布置，采用單機(jī)單管的形式與廠房機(jī)組聯(lián)接，壓力管道與廠房縱軸線呈61°交角，并在鋼管與鋼蝸殼之間設(shè)置長(zhǎng)2.50m(GE)、1.00m(東電)的聯(lián)接段(湊合節(jié))。

蝸殼進(jìn)口內(nèi)徑同壓力管道，為8.00m，蝸殼進(jìn)口直段長(zhǎng)8.20m。以1、3、5號(hào)機(jī)為例，蝸殼最大外形尺寸20.238m，殼體鋼板厚17.7～51.9mm(蝶邊厚40～80mm)，單機(jī)蝸殼總重量約為279 000kg。典型鋼蝸殼單線圖見(jiàn)圖1。

圖1 蝸殼單線圖

2.2 三維有限元計(jì)算

瀑布溝電站廠房蝸殼HD值達(dá)1 400m2，采用充水保壓方式的關(guān)鍵是確定鋼蝸殼的充水預(yù)壓值。通過(guò)蝸殼外圍混凝土應(yīng)力計(jì)算(典型三維有限元分析模型見(jiàn)圖2)結(jié)果分析表明，保壓值越高，聯(lián)合承載的內(nèi)水壓力值越低，總體的應(yīng)力水平也較低，不會(huì)造成布置鋼筋過(guò)密和開(kāi)裂范圍過(guò)大的情況。在正常運(yùn)行工況下，混凝土拉應(yīng)力均小于1.1MPa，可以確保結(jié)構(gòu)的安全和蝸殼穩(wěn)定的運(yùn)行。在檢修工況下，由于鋼蝸殼與外圍混凝土僅承受了結(jié)構(gòu)的自重和設(shè)備荷載，因此外圍混凝土各斷面切向應(yīng)力多為壓應(yīng)力，即使出現(xiàn)拉應(yīng)力，數(shù)值也非常小。但是鋼蝸殼保壓值越高，形成的初始縫隙越大，當(dāng)運(yùn)行期管內(nèi)水頭較低時(shí)，可能造成鋼蝸殼脫空，對(duì)機(jī)組穩(wěn)定不利，因此鋼蝸殼保壓值的確定，不僅要考慮外圍混凝土應(yīng)力的影響，而且要考慮機(jī)組能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。在綜合各方面情況后，鋼蝸殼保壓值確定為140m，即0.77倍設(shè)計(jì)靜水頭。

圖2 三維有限元分析模型

2.3 非線性有限元計(jì)算

為了研究蝸殼外圍混凝土的開(kāi)裂特性和變形，對(duì)保壓水頭下的蝸殼與外圍混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行了非線性有限元計(jì)算和分析。蝸殼的典型配筋見(jiàn)圖3。

計(jì)算表明，鋼蝸殼切向應(yīng)力都表現(xiàn)為拉應(yīng)力，同一斷面的最大值一般出現(xiàn)在管殼與座環(huán)上環(huán)板相連處；鋼蝸殼的最大環(huán)向應(yīng)力為38.91MPa；水流向應(yīng)力較環(huán)向應(yīng)力小，均不超過(guò)10MPa。座環(huán)的應(yīng)力分布規(guī)律與線彈性分析基本相似，固定導(dǎo)葉偏心受拉，但是應(yīng)力水平比線彈性的要高，最大拉應(yīng)力達(dá)53.13MPa。鋼蝸殼總體應(yīng)力水平均遠(yuǎn)低于鋼材的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

圖3 典型配筋圖

內(nèi)、外層環(huán)向鋼筋隨著管徑的減小，鋼筋應(yīng)力也隨之減小，最大值出現(xiàn)在與座環(huán)上環(huán)板相連處，其值為43.59MPa；內(nèi)、外層水流(平)向鋼筋隨管徑的變小而降低，應(yīng)力最大值為4.360MPa。內(nèi)外層水流(平)向鋼筋應(yīng)力水平均遠(yuǎn)低于環(huán)向鋼筋應(yīng)力。

混凝土裂縫主要出現(xiàn)在蝸殼進(jìn)口段斷面直徑較大處。由于上環(huán)板與蝸殼連接處混凝土最薄，因此該部位裂縫寬度最大，徑向裂縫達(dá)到0.10mm，但滿(mǎn)足規(guī)范要求的最大裂縫寬度不超過(guò)0.25mm。

在內(nèi)水壓力和其他荷載共同作用下，在一、四象限安裝高層以上的混凝土有明顯的上抬趨勢(shì)，其他部分混凝土Y向的位移還是以負(fù)值為主。其中最大合位移為0.95mm。從各斷面位移與線彈性計(jì)算結(jié)果比較，其值均大于線彈性計(jì)算結(jié)果，說(shuō)明混凝土開(kāi)裂后對(duì)機(jī)墩的變形有不利的影響。但位移沿圓周的分布還比較均勻，有利于機(jī)組安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

2.4 三維動(dòng)力有限元計(jì)算

水電站廠房水下大體積混凝土是承受機(jī)組動(dòng)荷載的主體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜，設(shè)備開(kāi)孔眾多，因此要求結(jié)構(gòu)體系具有足夠的整體剛度來(lái)承受機(jī)組振動(dòng)荷載。為此采用三維動(dòng)力有限元方法，對(duì)水下大體積混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行自振特性分析，計(jì)算蝸殼結(jié)構(gòu)的各階頻率和振型，為蝸殼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

三維動(dòng)力有限元計(jì)算主要對(duì)蝸殼結(jié)構(gòu)的自振特性進(jìn)行分析，并對(duì)有可能引起廠房結(jié)構(gòu)振動(dòng)的各振源及其頻率進(jìn)行計(jì)算，與廠房結(jié)構(gòu)的自振頻率進(jìn)行共振校核。

從計(jì)算結(jié)果可知：由于瀑布溝水電站水下大體積結(jié)構(gòu)本身已具有較大的剛度，因此加強(qiáng)廠房結(jié)構(gòu)上、下游邊界與圍巖的連接效果不太明顯，而從減小溫度應(yīng)力角度來(lái)講，應(yīng)該適當(dāng)放松結(jié)構(gòu)的上、下游邊界與圍巖的連接。由于電氣夾層的存在和機(jī)墩外形尺寸較大，即使水輪機(jī)層至發(fā)電機(jī)層高差較大，約(11.5m)，但整體抗振效果仍良好，沒(méi)有出現(xiàn)局部梁柱的振動(dòng)。

為了避免機(jī)組運(yùn)行與廠房結(jié)構(gòu)發(fā)生共振，需要對(duì)各振源頻率進(jìn)行計(jì)算分析。根據(jù)制造廠家提供的資料，機(jī)組固有振動(dòng)頻率為：額定轉(zhuǎn)速時(shí)2.08Hz，飛逸轉(zhuǎn)速時(shí)4.33Hz。廠房整體結(jié)構(gòu)基頻與機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的固有頻率相差較大，不太可能產(chǎn)生共振。廠房高階自振頻率與蝸殼中水流不均勻引起的振動(dòng)(31.25Hz)相比，介于30%的范圍內(nèi)，因此由于水流不均勻引起振動(dòng)的可能性較大。

3 蝸殼三維仿真材料模型試驗(yàn)

取電站原型一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)組段范圍作為模型試驗(yàn)研究的對(duì)象，蝸殼模型與原型的幾何比尺采用1∶10。上下游方向共長(zhǎng)35.66m，兩側(cè)以機(jī)組段永久縫為界，共計(jì)33.00m；上部取至定子基礎(chǔ)高程671.70m，下部取至尾水管直錐段底部高程649.80m，共計(jì)21.90m。

3.1 試驗(yàn)方案

在鋼蝸殼外圍混凝土澆筑并養(yǎng)護(hù)成型之后，按以下步驟進(jìn)行試驗(yàn)：首先，進(jìn)行內(nèi)水壓力不超過(guò)1.4MPa作用下各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力和典型測(cè)點(diǎn)的位移量測(cè)，內(nèi)水壓力級(jí)差為0.2～0.5MPa；然后，進(jìn)行不超過(guò)設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力值2.45MPa(含水擊壓力值)作用下各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力和典型測(cè)點(diǎn)的位移量測(cè)，內(nèi)水壓力級(jí)差為0.2～0.5MPa。如此并重復(fù)多次。為研究模型結(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)、承載能力及安全度，再以?xún)?nèi)水壓力進(jìn)行超載試驗(yàn)，試驗(yàn)的內(nèi)水壓力值不超過(guò)5.0MPa，重點(diǎn)研究蝸殼外圍混凝土的開(kāi)裂荷載、裂縫開(kāi)展規(guī)律，以及結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫后，裂縫寬度與內(nèi)水壓力值之間的關(guān)系。

3.2 試驗(yàn)成果分析

從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，整體澆筑情況下模型蝸殼結(jié)構(gòu)的初裂荷載(內(nèi)壓值)達(dá)到3.25MPa。在設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力2.45MPa作用下，外圍混凝土不會(huì)開(kāi)裂，相應(yīng)的鋼蝸殼和鋼筋應(yīng)力均低于鋼材的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。在設(shè)計(jì)荷載作用下，由于混凝土沒(méi)有開(kāi)裂，因此機(jī)墩絕對(duì)位移和不均勻上抬變位均比較小，不會(huì)對(duì)機(jī)組運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。模型混凝土出現(xiàn)裂縫并經(jīng)反復(fù)加載后，當(dāng)內(nèi)水壓力重新施加到2.45MPa時(shí)，鋼蝸殼的應(yīng)力有所增加，而混凝土中鋼筋應(yīng)力略有減小，說(shuō)明蝸殼結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期荷載作用下，由于裂縫的出現(xiàn)，使得蝸殼外圍鋼筋混凝土受力有一定的松弛，能更好地發(fā)揮鋼蝸殼的承載能力；當(dāng)蝸殼內(nèi)水壓力增加到3.85MPa時(shí)，鋼蝸殼的最大應(yīng)力為289.13MPa；當(dāng)蝸殼內(nèi)水壓力超載到7.0MPa時(shí)(相當(dāng)于設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力的2.85倍)，鋼蝸殼局部斷面應(yīng)力達(dá)到了試驗(yàn)用鋼材的屈服強(qiáng)度400MPa，但仍然沒(méi)有超過(guò)實(shí)際工程鋼蝸殼采用鋼材的屈服強(qiáng)度(約490MPa)。模型破壞開(kāi)裂形態(tài)典型立視圖見(jiàn)圖4。

從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，本工程采用充水保壓蝸殼后，在設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力2.45MPa作用下混凝土不會(huì)出現(xiàn)裂縫，機(jī)墩下機(jī)架基礎(chǔ)處的不均勻變形僅1.70mm，對(duì)結(jié)構(gòu)受力和減小機(jī)墩不均勻變形有利。隨著內(nèi)水壓力的不斷增大，蝸殼外圍混凝土中裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展，同時(shí)不斷出現(xiàn)新的裂縫，使得結(jié)構(gòu)變形與內(nèi)水壓力的關(guān)系逐漸脫離線性關(guān)系，增加幅度加快。當(dāng)超載到7.0MPa時(shí)，機(jī)墩下機(jī)架基礎(chǔ)處的不均勻變形已經(jīng)達(dá)到了22.05mm。

4 水壓試驗(yàn)

蝸殼水壓試驗(yàn)的壓力值為3.68MPa，保壓澆注混凝土壓力值為1.40MPa(140m水頭)，東方電機(jī)廠要求水溫高于室溫但最低不低于10℃，GE公司要求水溫不應(yīng)低于20℃。

圖4 模型破壞開(kāi)裂形態(tài)典型立視(圖中數(shù)字表示裂縫產(chǎn)生時(shí)的壓力值)

DFEM和GEHA各提供一套試驗(yàn)用蝸殼進(jìn)口鋼悶頭及座環(huán)密封環(huán)，供6、4、2號(hào)機(jī)組和5、1、3號(hào)機(jī)組依次使用，在保壓澆注混凝土完成后，悶頭將被逐次切割，然后再完成蝸殼進(jìn)口與壓力鋼管的焊接。

蝸殼水壓試驗(yàn)和混凝土澆筑的總體施工程序?yàn)椋何仛ぐ惭b完畢→澆筑蝸殼支墩二期混凝土(抗縮混凝土)、等強(qiáng)及縫面處理(同時(shí)在進(jìn)口端焊接悶頭以及在座環(huán)內(nèi)安裝密封環(huán)，使蝸殼形成一個(gè)密封體) →充水加壓至保壓水頭→分層澆筑蝸殼外圍混凝土至666.2m高程，蝸殼混凝土施工完畢14天后卸壓并拆除悶頭。

5 蝸殼外圍混凝土澆筑

5.1 混凝土分塊分層

機(jī)組蝸殼層陰角部位是位于鋼蝸殼、座環(huán)與土建蝸殼支墩、座環(huán)支墩之間的一個(gè)體型結(jié)構(gòu)復(fù)雜、范圍狹小的環(huán)形空間。主廠房蝸殼鋼筋和錐管外圍鋼筋綁扎后，鋼筋密集，陰角部位空間更為狹小，若通倉(cāng)澆筑，由于蝸殼外圍施工相對(duì)方便，施工入倉(cāng)速度較快，而陰角部位的混凝土入倉(cāng)速度及飽滿(mǎn)程度難以得到保證，且人員也很難進(jìn)入倉(cāng)面進(jìn)行陰角部位混凝土施工及振搗，容易在混凝土間形成冷縫或澆筑不飽滿(mǎn)，影響蝸殼層混凝土澆筑質(zhì)量，因此蝸殼層陰角部位混凝土可單獨(dú)澆筑。即沿蝸殼底部合適位置立模設(shè)置環(huán)向施工縫，采用退管法施工，將蝸殼陰角部位混凝土先行澆筑(不再分層)，為保證澆筑飽滿(mǎn)，陰角部位在環(huán)向上再分塊進(jìn)行施工；在分塊施工完畢后，對(duì)縫面按施工縫進(jìn)行鑿毛處理，再分層進(jìn)行蝸殼外圍混凝土澆筑(不再分塊)。

蝸殼層混凝土底部基面位于不同高程平臺(tái)(與頂面最大高差為10m)，為滿(mǎn)足蝸殼混凝土施工需要，根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)要求，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，各機(jī)組除陰角部位外混凝土均分為4層施工，具體分層布置見(jiàn)圖5。

圖5 1、3、5號(hào)機(jī)組蝸殼混凝土澆筑分層

5.2 蝸殼層混凝土施工

5.2.1 混凝土級(jí)配

蝸殼層混凝土結(jié)構(gòu)體型復(fù)雜，鋼筋密集，現(xiàn)場(chǎng)施工空間狹小，為避免混凝土骨料架空、分離和盡量減少蝸殼陰角部位的脫空面積，蝸殼層混凝土級(jí)配根據(jù)不同的施工部位進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整：

(1) 蝸殼中心線以?xún)?nèi)陰角部位：底部采用二級(jí)配混凝土澆筑，中部及以上用一級(jí)配混凝土澆筑；蝸殼支墩二期抗縮混凝土采用一級(jí)配混凝土澆筑。

(2) 蝸殼層除陰角部位以外鋼筋較密的地方根據(jù)情況可采用一級(jí)配混凝土進(jìn)行澆筑。

(3) 蝸殼外圍大體積混凝土布料機(jī)、溜槽入倉(cāng)采用二級(jí)配混凝土。

5.2.2 混凝土入倉(cāng)與澆筑

混凝土的入倉(cāng)手段主要為固定式皮帶機(jī)+布料機(jī)入倉(cāng)，并輔以溜槽(溜管)、泵送、橋機(jī)+吊罐入倉(cāng)。施工時(shí)采用多種施工手段相結(jié)合的方式進(jìn)行施工。

蝸殼陰角部位混凝土單獨(dú)分塊先行施工，主要采用泵送方式入倉(cāng)。根據(jù)分塊情況，陰角部位采用退管法施工，從最大的地方向最小的地方依次退管法澆筑，為控制混凝土在陰角部位的流動(dòng)，可設(shè)置臨時(shí)擋板。當(dāng)陰角部位混凝土上升到施工人員在陰角內(nèi)無(wú)法振搗的位置時(shí)，混凝土的振搗改從蝸殼座環(huán)上預(yù)留的振搗孔上振搗。陰角部位澆筑完畢后，在施工蝸殼外圍混凝土前對(duì)縫面進(jìn)行人工鑿毛。

澆筑蝸殼層陰角外混凝土?xí)r，應(yīng)控制倉(cāng)號(hào)內(nèi)混凝土澆筑速度：蝸殼中心線以下為30cm/h；蝸殼中心線以上為50cm/h；控制最大液態(tài)混凝土高度不大于1.0m。施工時(shí)盡量對(duì)稱(chēng)澆筑，均勻上升。廊道兩側(cè)混凝土澆筑要求對(duì)稱(chēng)均勻上升。為避免混凝土出現(xiàn)冷縫，必須保證混凝土澆筑強(qiáng)度不低于40～65.3m3/h。

第一層混凝土澆筑在蝸殼支墩以?xún)?nèi)的陰角部位混凝土澆筑完畢后進(jìn)行，混凝土澆筑時(shí)控制蝸殼周?chē)炷辆鶆蛏仙恋谝粚臃纸缇€。第二、三、四層混凝土全斷面通倉(cāng)薄層分層澆筑。

施工縫縫面處理盡量采用沖毛機(jī)，輔以人工鑿毛。沖毛作業(yè)在混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5MPa后進(jìn)行，毛面處理開(kāi)始的具體時(shí)間通過(guò)試驗(yàn)確定(一般沖毛時(shí)間大概控制在混凝土澆筑結(jié)束后24h(冬季)、22h(春秋季)、20h(夏季)進(jìn)行)。

5.2.3 拆模及養(yǎng)護(hù)

混凝土澆筑完成后，待強(qiáng)度達(dá)到規(guī)范要求時(shí)方可拆模，拆模后開(kāi)始人工鑿毛或沖毛，然后進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，保持混凝土表面經(jīng)常濕潤(rùn)，避免裂縫的產(chǎn)生，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為14d。

5.2.4 灌 漿

蝸殼層混凝土澆筑后，需通過(guò)座環(huán)下的灌漿孔進(jìn)行回填灌漿，灌漿壓力為0.1MPa。座環(huán)陰角部位回填灌漿在座環(huán)陰角最高處布設(shè)一套灌漿系統(tǒng)，利用廠家在座環(huán)內(nèi)側(cè)面預(yù)留的灌漿孔在座環(huán)陰角最高處安裝出漿盒，引焊管至孔口，并用特制的內(nèi)、外絲堵頭與孔口連接，形成單獨(dú)回路，進(jìn)行灌漿。座環(huán)陰角部位除利用廠家預(yù)留的灌漿孔進(jìn)行灌漿外，針對(duì)座環(huán)下因肋板等結(jié)構(gòu)需要所形成的封閉區(qū)域，沿座環(huán)布置一根主灌漿管和一根回漿管，支管做成“U”形，進(jìn)、回漿管引至悶頭臨時(shí)通道坑內(nèi)，在蝸殼卸壓排水前20d左右進(jìn)行補(bǔ)充灌漿?；靥罟酀{的水泥采用P.O.42.5普通硅酸鹽水泥，漿液水灰比為0.5∶1(重量比)一個(gè)比級(jí)。在規(guī)定的壓力下，灌漿孔停止吸漿，再延續(xù)灌注5.0min即可結(jié)束。

5.2.5 其它事項(xiàng)

悶頭臨時(shí)通道混凝土待蝸殼混凝土澆筑至666.20m高程后，在拆除悶頭、安裝完剩余壓力鋼管后進(jìn)行施工，澆筑前需對(duì)四周老混凝土面進(jìn)行處理。

5.3 實(shí)施進(jìn)度實(shí)錄

從6號(hào)機(jī)蝸殼掛裝到蝸殼二期混凝土澆至水輪機(jī)層的主要工期見(jiàn)表1。

表1 蝸殼安裝及蝸殼二期混凝土澆筑主要工期

注：常規(guī)情況下，蝸殼支墩二期混凝土澆筑完畢后需等強(qiáng)28天，再進(jìn)行蝸殼充水打壓以及混凝土澆筑，影響工期。本工程將蝸殼支墩二期C25抗縮混凝土調(diào)整為C35抗縮混凝土(摻入4.0%的氧化鎂)，使支墩二期混凝土澆筑完7天便能達(dá)到設(shè)計(jì)C25強(qiáng)度，縮短了等強(qiáng)時(shí)間。

6 蝸殼外圍混凝土的監(jiān)測(cè)

為了檢驗(yàn)鋼蝸殼與外圍混凝土聯(lián)合受力的實(shí)際效果，在3、2號(hào)機(jī)蝸殼層各選擇3個(gè)觀測(cè)斷面進(jìn)行原型觀測(cè)，3個(gè)斷面分別位于縱軸線A-A、橫軸線B-B及蝸殼進(jìn)口漸變段C-C(見(jiàn)蝸殼層監(jiān)測(cè)平面布置圖6)。在各斷面選擇性布置有鋼板應(yīng)變計(jì)、測(cè)縫計(jì)、鋼筋計(jì)、混凝土應(yīng)變計(jì)和無(wú)應(yīng)力計(jì)、壓力計(jì)等監(jiān)測(cè)儀器，以觀測(cè)鋼蝸殼與外圍鋼筋混凝土間縫隙在各種工況下開(kāi)合度變化，量測(cè)鋼蝸殼環(huán)向和蝸向的應(yīng)力變化，量測(cè)蝸殼層外圍混凝土內(nèi)、外層鋼筋在機(jī)組安裝及各工況運(yùn)行狀態(tài)下的應(yīng)力變化，量測(cè)蝸殼層外圍混凝土在機(jī)組安裝及各工況運(yùn)行狀態(tài)下的應(yīng)力變化等。最后由于受工期等影響改在1、4號(hào)機(jī)蝸殼實(shí)施原型監(jiān)測(cè)。其中4號(hào)機(jī)鋼筋應(yīng)力最大值達(dá)51.19MPa，蝸殼與混凝土之間縫隙最大達(dá)2.38mm。根據(jù)兩年多的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可以判斷，4號(hào)機(jī)在正常運(yùn)行狀況下，各項(xiàng)指標(biāo)正常，量值較小。

7 結(jié)束語(yǔ)

在二灘水電站取得成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)瀑布溝水電站又作了大量的分析總結(jié)和研究，最終確定在蝸殼保壓1.40MPa下澆筑外圍混凝土，鋼筋混凝土受力較二灘水電站有較大幅度增加。在此保壓值

圖6 蝸殼層監(jiān)測(cè)平面布置

下，不僅鋼蝸殼和外包鋼筋混凝土可以滿(mǎn)足材料強(qiáng)度要求，而且蝸殼外圍混凝土及機(jī)墩的剛度和變形也滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)使用要求。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步通過(guò)三維仿真模型試驗(yàn)，驗(yàn)證了蝸殼的整體性好，并有較高的安全儲(chǔ)備能力?，F(xiàn)瀑布溝水電站6臺(tái)機(jī)均已發(fā)電，蝸殼運(yùn)行良好，外圍混凝土結(jié)構(gòu)也無(wú)異常，因此，蝸殼外圍混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是合理的，滿(mǎn)足運(yùn)行要求。

[1] 瀑布溝水電站大型鋼蝸殼-鋼筋混凝土聯(lián)合承載結(jié)構(gòu)三維非線性有限元分析[R].武漢大學(xué)水資源與水電工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家電力公司成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2005.

[2] 瀑布溝水電站大型鋼蝸殼-鋼筋混凝土聯(lián)合承載結(jié)構(gòu)三維仿真材料模型試驗(yàn)[R].武漢大學(xué)水資源與水電工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家電力公司成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2005.