某碾压混凝土坝“有限渗控”措施及效果分析.pdf

第 3 6卷第 8期 2 0 1 4年 8月 人民黄河 YELLOW RI VER Vo 1 36 No 8 Au g ， 2 0 1 4 【 工 程建 设管理 】 某碾压混凝土坝“ 有限渗控” 措施及效果分析 来光 ， 张志敏 ， 王先忠 ( 河南省水利勘测有限公司， 河南 郑州 4 5 0 0 0 8 ) 摘要： 针对某碾压混凝土坝坝基岩体具强透水性， 高角度断层 ， 裂隙和裂隙密集带等断裂构造发育， 高角度裂隙面， 层 面及缓倾角裂隙面中泥质充填， 且浅部没有相对隔水层这些工程地质难点， 结合水库长期运行监测资料， 对采取悬挂帷 幕、 坝基排水与水平铺盖相结合的封闭渗流控制措施的有效性进行分析。评价认为 目前渗控措施有效， 渗漏量不大， 防 渗 效果较好 。在 当前过度 防渗 、 凸显垂直封 闭的大环境下 ， 通过 对该水库 垂直 防渗 和水平铺盖 成功结合 的 实例 ， 针 对性 提 出“ 有限渗控 ” 的设计理念 ， 可以较好 地解决无限( 深 ) 透水边界渗控难题 。 关键词：垂直防渗；悬挂帷幕；有限渗控 ；渗控效果 中图分类 号 ：T V 6 4 2 2 文献标志码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 0 - 1 3 7 9 2 0 1 4 0 8 0 3 6 Ana l y s i s o f a Ro l l e r Co mp a c t e d Co nc r e t e Da m S“Fi ni t e Se e pa g e Co nt r o l ”M e a s ur e a n d Ef f e c t L AI Gu a n g ，Z HANG Z h i rai n，W ANG Xi a n z h o n g ( -I e n a n Wa t e r S u r v e y C o L t d ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 8， C h i n a ) Ab s t r a c t ：A r o l l e r c o mp a c t e d c o n c r e t e d a m f o u n d a t i o n r o c k ma s s h a s f r a c t u r e s t r u c t u r e d e v e l o p me n t s u c h a s s t r o n g wa t e r p e r me a b i l i t y ，h i g h a n g le f a u l t ，fi s s u r e s a n d fi s s u r e s c o n c e n t r a t i o n a r e a s，i t a l s o h a s h i s h a n g l e f r a c t u r e，a r g i l l a c e o u s fil l i n g i n t h e l e v e l a n d l o w a n g l e d i p fi s s u re s u r f a c e a n d s h a l l o w l a y e r h a s n o r e l a t i v e wa t e r - r e s i s t i n g l a y e r Ac c o r d i n g t o t h e s e e n g i n e e rin g g e o l o g i c a l d i ffi c u l t i e s a n d c o mb i n e d wi t h t h e r e s e rvo i r o p e r a t i o n mo n i t o rin g d a t a f o r a l o n g t i me，i t a n a l y z e d t h e c l o s e d s e e p a g e c o n t r o l me a s u r e s e f f e c t i v e n e s s t h a t u s i n g h a n g i n g c u r t a i n a n d d a m f o u n d a t i o n d r a i n a g e c o mb i n e d wi t h h o r iz o n t a l b e d d i n g a n d c o n s i d e r e d t h a t t h e c u r r e n t s e e p a g e c o n t r o l me a s u r e s w e r e e f f e c t i v e ，t h e a mo u n t o f s e e p a g e wa s n o t b i g a n d t h e s e e p a g e c o n t r o l e f f e c t i s b e t t e r I n t h e c u r r e n t s i t u a t i o n o f e x c e s s i v e s e e p a g e c o n t rol a n d s t r e s s i n g o n v e rti c a l c l o s e a n d t h r o u g h t h i s r e s e r v o i r s u c c e s s f u l i n s t a n c e s o f v e rti c a l s e e p ag e c o mb i n a t i o n w i t h h o ri z o n t a l b e d d i n gi t p u t f o r w a r d t h e d e s i g n c o n c e p t of ” fin i t e s e e p a g e c o n t r o l ” wh i c h c o u l d w e l l s o l v e t h e i n fi n i t e( d e e p )p e r m e a b l e b o u n d a r y s e e p a g e c o n t r o l p rob l e m Ke y w o r d s ：v e r t i c a l s e e p a g e c o n t r o l ； h a n gin g c u r t a i n ；fi n i t e s e e p a g e c o n t r o l ；s e e p a g e c o n t r o l e f f e c t 某水库位于豫西 的淮河上游支流上， 控制流域面积 2 3 0 k m ， 总库容 1 2 亿 m ， 属综合利用大( 2 ) 型工程， 工程等级为 等 ， 枢纽主要建筑物为 2级。大坝坝型为全 断面碾压混凝 土 重力坝 。坝顶高程 1 1 2 5 m， 最 大坝高 4 0 5 IT I ， 坝顶 长 6 4 5 m。 大坝坝基 主要位 于弱风化石 英沙岩之 上 ， 受构造 、 风化影 响， 节 理裂隙发育， 坝基岩体透水率大， 多为中等 一强透水 ， 且相对隔 水层埋藏很深 ， 坝基存在较严重的渗漏和渗透变形等地质缺 陷， 施工中采用悬挂帷幕结合水平铺盖封闭措施， 水库建成 后， 经 1 0余 a渗漏及变形监测资料分析， 悬挂帷幕有效性较 好 ， 渗漏量不大， 从工程实例说明对透水性岩体坝基采取悬挂 帷幕和水平铺盖仍不失为一种经济可行的渗控措施。 1 基础工程地质条件 1 1 地层岩性 坝基基岩主要为震旦系上统崔庄组( Z 3 C) 页岩、 板岩和三 1 20 教堂组( z s ) 石英沙岩地层， 崔庄组页岩、 板岩位于坝基两侧， 三教堂组石英 沙岩总厚 度大 于 1 2 5 IT I 。覆 盖层岩性 较杂 ， 基 岩 面的起 伏基 本与地形起 伏一致 ， 主要 为第 四系 中、 上更 新统 冲 积棕黄色及褐黄色壤土， 夹灰白色淤泥质壤土透镜体。土体结 构密实， 含铁锰质结核及钙质网状薄膜 ， 局部地段底部有沙卵 石， 分布于、 级阶地上， 厚约 1 0 m。全新统地层由近代河流 冲洪积及人工堆积组成。坝址区底部为沙砾石， 局部夹薄层淤 泥质黏土， 厚 71 0 m； 中部为淤泥质壤土， 灰黑 一灰褐色， 可 塑， 河床部位薄 ， 向右岸逐渐增厚， 厚 37 i n ； 顶部为原水库人 工覆盖， 系粉质壤土， 灰黄 一棕黄色， 结构密实， 局部已被水流 冲蚀， 厚 1 2 m。库区内下部的沙卵砾石最厚达 1 0 i n ； 中部 收稿 日期 ： 2 0 1 4 一O 卜1 6 作者简介 ： 来光( 1 9 7 1 一) ， 男 ， 青 海西 宁人 ， 高级工程 师， 主要 从事 水利水 电工 程地质研 究工作。 通信作者： 张志敏( 1 9 7 2 一) ， 男， 山西河津人， 高级工程师， 主要从事水利水电 工程地质研 究工作 。 E- ma i l ：la i g u a n g r r 1 6 3 c o n 人 民 黄 河2 0 1 4年第 8期 为壤土夹淤泥质壤土， 厚 5 m左右； 顶部为薄层库淤黏土层夹 粉 土层 ， 厚度小 于 1 m。大坝 附近覆 盖层 一般 厚 23 m， 最 大 厚 5 m。 坝址区地层为单斜构造 ， 岩层走向为 N W2 8 5 。 2 9 5 。 ， 倾向 S W、 倾角 2 5 。 一 3 O 。 。 坝址地段主要含水层为基岩裂隙潜水和第四系松散沉积 物孔隙潜水。含水层岩性主要为三教堂组中上部石英沙岩， 其 下之崔庄组页岩和板岩为相对隔水层。两岸地下水略高于河 水位， 故地下水补给河水， 但水力坡降平缓， 约 1 1 3 0 。河床局 部地段基岩裂隙水有承压现象， 承压水位高程为9 0 9 9 m， 水头 高3 6 7 0 m， 高出地面0 7 0 m， 涌水量为6 6 7 m L s 。 1 2 岩土体工程性质 ( 1 ) 物理力学性质。坝基为石英沙岩， 岩石单块强度甚高， 单轴抗压强度为 2 3 5 43 4 9 2 M P a ， 干单轴抗压强度平均为 2 4 8 MP a ， 湿单轴抗压强度为 2 3 3 8 M P a ， 属坚硬岩 。j ， 但断裂 发育， 坝基岩体强度远低于岩块强度， 坝基岩体大致可归纳为 块状结构、 层状结构、 镶嵌结构、 破碎结构四种类型。 ( 2 ) 渗透性。根据压水试验结果， 坝基岩体透水率普遍偏 大， 多属强透水带。大体以基岩以下 6 0 m， 即高程 1 5 m为分 界， 上部的岩体透水率多数大于 1 0 L u ， 最大值达 9 2 9 L u ， 下部 岩体的透水率多数大于 2 L u 。而在基岩面以下 1 3 0 m深部， 仍 达不到该工程设计要求相对隔水层 3 L u的标准。河床基岩透 水性可分为左侧 、 中部 、 右侧 3段 ， 灌浆过程中 7 、 8 两坝段 I一灌浆孑 L 出现特大渗透率， 深度分布于 9 0 2 4 8 m， 透水 率高达5 6 2 5 L u ( 特大 L u值在勘察和固结灌浆时均未遇到) ， 它们与上、 下段呈突变关系， 数值可差成百上千倍， 反映了地层 渗透性极不均一， 并受某些大裂隙的控制。 坝址地段河床冲积层总厚度为 9 5 01 4 0 0 m， 上部为透 水性较弱的壤土， 可视为相对隔水层， 下部为沙卵砾石层， 厚 5 8 0 8 5 0 m。根据5个钻孔的抽水试验可知 ， 沙卵石层的渗 透系数 ( K) 变化 较大 ， K=9 6 4 4 8 0 0 m d ， 属 强透水 层 。 库区第四系覆盖层及原水库人工铺盖渗透系数 i ：l1 0 11 0 c m s ， 具微 一弱透水性 J ， 连续性较好 。 2 地质缺陷 “ 有限渗控”封闭设计 坝址区存在坝基断裂构造以及断裂构造产生的不均匀变 形、 断层带抗滑稳定性 I 4 j 、 坝基渗漏和渗透稳定性等工程地 质问题。针对以上地质缺陷， 应采取综合有效的处理措施。 2 1 坝基断裂构造、 抗滑稳定问题及处理 2 1 1 建基 面处理 建基面开挖深度一般为 37 m， 位于弱风化带上， 基础在 剥离覆 盖层之后 ， 对基岩 的开挖 应分 层进 行 ， 底部 应预 留保 护 层。当坝基开挖接近或达设计深度时， 验收标准除遵照施工地 质规范 要求外， 规定以下四项具体标准： 岩石风化程度分类 为弱风化 ； 单轴抗压强度满足 6 0 MP a ； 岩体纵波波速 ( 声波测 试) 为3 0 0 0 m s ； 回弹锤击数4 0击。 2 1 2 基础 固结灌浆 为增强坝基岩体的整体性 ， 提高岩体的弹性模量， 增强坝 体深层抗滑稳定性能， 对坝基全断面进行固结灌浆。灌浆孔 距 、 排距均为3 m， 深度为5 m， 但距帷幕中心线各 2 m的两排 孔以及位于断层带、 裂隙密集带的孔深为8 m， 根据坝基岩体的 完整性， 可略做调整。 固结灌浆 要求在坝基浇上一层 1 5 2 0 m厚的基础 昆 凝土( 常态混凝土) 后分三序次进行。5 m深的灌浆孔一次灌 注， 压力为0 3 MP a ， 孑 L 深 8 m的分二段灌注， 上部 3 m压力为 0 3 MP a ， 下部 5 m压力为 0 5 MP a 。灌后坝基岩体的纵波速度 为 3 5 0 0 m s以上； 岩体的吕荣值 3 ， 灌注后不能满足上述标 准时须重新钻灌。 坝基表面在浇筑混凝土前 ， 先预浇筑一薄层高标号水泥砂 浆， 并按规定浇好底层混凝土， 以增强在建基面处理及坝基 固 结灌浆工程措施后表层的抗滑稳定性。 原始坝基岩石坚硬 ， 但受构造影响， 多呈碎裂结构或镶嵌 碎裂结构， 一般属 A A， ， 局部断层带为 AV。施工时对 坝基岩体进行了固结灌浆试验 ， 灌浆后波速提高较大， 一般达 3 5 0 0 m s ， 整体上坝基工程地质分类应提高到 A。 一A： 。 2 2 坝基渗漏、 渗透稳定性问题及处理 为防止坝基断层带产生集中渗流和渗透压力增大问题 ， 工 程上应采取加强处理措施， 坝基渗流控制结合库内水平铺盖， 主要采取防渗帷幕 及坝基排水两项措施， 悬挂防渗帷幕深度 1 54 0 m。 ( 1 ) 防渗帷幕。坝基透水性大， 相对隔水层埋藏深， 渗流控 制考虑到各种因素， 为降低大坝基础扬压力， 保证坝基渗透稳定 和大坝安全， 在坝轴线下游 3 7 0 m、 与坝轴线平行处 ， 做悬挂防 渗帷幕。帷幕深度一般在岩面以下2 0 m， 即底部高程一般为 5 3 m。断层带处帷幕加深到3 0 m， 左岸坝高较低， 帷幕深度减为 1 5 m。用单排钻孔、 水泥灌浆， 孔距计为 2 m 。为防止绕坝渗漏， 帷 幕向两岸直线伸延 3 0 m。孔距亦为2 m， 孔深与坝端处帷幕相 同， 左岸灌浆孔最深2 7 m， 右岸最深4 0 m。帷幕灌浆质量检查标 准为 3 L u 。对于岩体透水性极强、 断层处、 岩石破碎 、 裂隙密集 处， 悬挂防渗帷幕一排增加到二排， 孑 L 深加深至4 0 m。 帷幕灌浆 亦分三序次进行 ， 采用孔口封闭式灌浆法分 5 段灌注， 自上而下为 1 、 4 、 5 、 5 、 5 m， 相应的灌浆压力为0 6 、 0 8 、 1 0、 1 3 、 1 5 MP a ， 灌注材料为 5 2 5级中热水泥， 部分地段三 序孔采用 5 2 5级湿磨水泥。 帷幕灌浆合格的吕荣值 3 ， 最后段的吕荣值仍较大时， 则继续向下钻灌段。 据现有资料统计， 一排帷幕的条件下， 各坝段 I 序孔的注 入量占总注入量的4 3 2 ， 、 序孔的注入量比较接近 ， 但 序孔比序孔略大一些， 分别为3 0 4 和 2 5 5 ， 对于序孔 比序孔注入量大的问题 ， 原因可能是与序孔使用 5 2 5级 湿磨水泥有关 。在二排帷幕 的条件下 ， I 序 孔小于 3 L u的孔段 只占1 0 8 ， 即使序孔也只达到 3 5 6 ， 比其余坝段几乎低 了一半， 说明地层渗透性极不均一， 并受某些大裂隙的控制， 且 断层及大裂隙易产生很多细小裂隙， 这类细裂隙能通过水流， 但通不过水泥颗粒， 会造成 吕荣值大、 耗浆量不大的状况。 各坝段单位注入量都在 3 0 k g m以上， 最大为 1 1 5 2 k e m， 平均注入量为4 9 4 k m， 灌浆检查孔结果和2 0 1 2年除险加 固勘察压水试验结果表明注入量符合设计要求。 1 2】 人 民 黄 河2 0 1 4年第 8期 ( 2 ) 坝基排水。为降低坝基扬压力， 结合坝基工程地质与 水文地质条件 ， 坝基排水 以堵为主、 以排为辅， 在帷幕中心线 下 1 5 m处( 在灌浆廊道下游侧 ) 设置 了一排排水孔， 孔距 3 m， 孔深 1 0 n l ， 控制每个排水孔渗水量不大于 0 0 1 L s 。当排 水孔涌水量较大时， 为了不使排水孔渗水量过大， 首先加深前 排帷幕深度， 其次对排水孔渗水量大的孔进行封堵， 最后在封 孔旁另打6 m深的浅排水孑 L ， 以控制每个排水孔渗水量不大于 0 O 1 L s 。为防止坝基夹泥层的渗透破坏， 在断层和裂隙密集 带部位的排水孔 内设反滤层 。据 1 9 9 6年 7月 1 2日监测数 据 ， 1 0 7个排水孔 中出 现涌 水 的有 6 4孔 ， 约 占 6 0 ， 涌水 总 量 为 3 0 2 m h ， 水纯净 。 2 3 渗控措施效果评价 2 3 1 监测资料 分析 大坝渗流监测项 目主要有坝基扬压力监测 和渗漏量监 测 。 ( 1 ) 坝基扬压力监测分析。大坝在基础廊道内共有测压管 4 8支， 测压管按纵、 横向两类观测断面布置。监测资料时段为 1 9 9 8年一2 O 1 3年。 坝基扬压力观测资料分析表明： 坝基扬压力测压管测值 主要受库水位影响， 幕前水位变化与库水位变化呈正相关关 系， 而气温及时效影响较小。由于库水位变幅较小， 大部分时 间在 1 0 5 0 01 0 7 0 0 m内变化 ， 因此测孔水位变幅也不大。 在灌浆帷幕和坝基排水孔的联合防渗作用下， 帷幕后测压管 水位普遍较低， 变幅较小， 变化平稳。帷幕后测压管水位横 向变化与坝基础高程有关 ， 河床段测压管水位相对较低， 两岸 坝坡段测压管水位受岸坡地下水影响相对较高。高水位时 段各测孔最大坝基扬压力系数一般为 一 0 4 1 1 0 2 4 8 ， 而设计 坝基扬压力系数值为0 2 5 。究其原因， 主要是高值段地质条件 复杂， 且岸坡地下水对上述坝段扬压力也有影响。河床基础较 差的坝段坝基扬压力系数最大为 0 1 5 5 。 1 2支测压管在 2 0 0 2 -2 0 0 6年测值基本保 持不变 ， 这些测压管有淤积 堵塞的可 能， 需进行检修。 整体上大坝坝基扬压力性态基本正常， 扣去测值突变的影 响后， 坝基扬压力测孔水位测值变化平稳， 无明显趋势性变化， 扬压力系数实测值未超过设计值， 坝基帷幕灌浆和排水孔联合 防渗效果较好； 受下游水位较高的影响， 坝基扬压力值较大。 分析坝基渗流观测资料可知 ， 坝基渗漏量变化总体上较为平 稳， 坝基渗漏量 2 0 0 2年后有逐渐增加趋势。 ( 2 ) 坝基位移变化规律。对视准线、 引张线和倒垂线监测 项目的资料进行了分析 ， 得到： 坝顶水平位移主要受温度变 化 的影 响， 呈较明显 的年 周期变 化 ； 水平 位移 的增 减与库 水 位的升降基本同步； 溢流坝段受荷载变化的影响大于两岸非 溢流坝段。总体而言， 坝顶垂直位移变化规律基本正常。 坝基引张线水平位移变化规律 ： 坝底水平位移受外界环 境影响较小 ， 变化规律正常； 两岸坝段较河床坝段坝底水平 位移变幅要小， 符合混凝土坝坝底水平位移变化规律。 倒垂线监测水平位移变化规律： 顺河向位移。倒垂线顺 河向位移主要受温度变化影响， 温升时向下游位移， 而温降时 则相反。库水位对顺河向水平位移变化也有一定影响， 表现为 1 2 2 水位升高， 坝体向下游位移， 但影响较小。比较而言， 高程较高 的测点受外界环境影响较大。横河向位移。横河向位移测 值主要受温度变化的影响， 尤其是高程较高的测点， 呈明显规 律性变化。表现为随温度升高， 坝体向左岸位移增加； 温度降 低， 坝体向左岸位移减小或向右岸位移增加。位移变化与垂线 测点位置有关， 同一坝段的两个测点， 坝基横河向位移小于坝 顶横河向位移。水位对横河向位移的影响较小。 坝基竖向位移： 坝基竖向位移变化与相同坝段的竖向位 移变化规律基本保持一致， 极值与变幅稍小一些； 坝基竖向 位移主要受温度变化影响， 温度升则坝基上抬， 温度降则坝基 下沉， 时效影响尚未收敛 ， 坝基仍呈下沉趋势， 需加强监测、 分 析； 坝基竖向位移沿坝轴线方向变化较为平稳， 相邻坝段坝 基相对沉降较小 。 整体上坝基稳定性较好， 未发现异常、 超规范位移。 ( 3 ) 渗漏量监测资料分析。大坝的渗漏量主要集中在河床 基础较差的坝段基础廊道处 ， 1 9 9 7年 1 2月在该段廊道上、 下游 侧修建了4个量水堰， 将渗流水汇集到堰上进行观测。在廊道 上游侧布置了2个量水堰用以观测坝体的渗漏量； 廊道下游侧 布置了2个量水堰用以观测坝基的渗漏量， 量水堰的堰 口为直 角， 水面水位采用水位测针测读。大坝渗漏量从 1 9 9 8年 5月 开始进行监测 ， 分 析时段 截至 2 0 1 1年 5月 。坝 基渗 漏量 变化 与库水位、 气温等环境变化没有明显相关关系， 主要受时效影 响， 自2 0 0 2年后有逐渐增加趋势。整体上坝基防渗帷幕质量 满足设计要求， 坝基渗漏量不大。 2 3 2安 全运 行 鉴于该水库已安全运行 2 0余 a ， 未曾发生过任何影响水库 正常效益的渗漏问题， 原水库是一个可靠的原体试验模型， 因 此认为水库不存在影响工程安全和效益的渗漏问题。 3 结论 ( 1 ) 该水库坝基基岩具强透水性， 且浅部没有相对隔水层， 结合库坝区第四系地层透水性和原水库运行渗漏情况， 充分利 用水平铺盖， 一般采取 1 5 4 0 m深悬挂帷幕进行垂直防渗。 ( 2 ) 观测资料表 明， 大坝坝基 扬压力性态基本正常 ， 坝 基帷 幕灌浆和排水孔联合防渗效果较好 ； 坝基渗漏量 2 0 0 2年后有 逐渐增加趋势 ， 但渗漏量占年径流量比例很小， 甚至小于基流。 勘探试验和监测资料显示 目前帷幕效果较好。 ( 3 ) 当前， 无论规范还是设计 、 施工渗控大都采用效果更为 突出的垂直防渗， 但是在现实工程中绝对封闭是不可能也是不 经济的， 因此笔者从以上实例出发， 认为不管采取哪种措施均 应有 “ 有限渗控” 的设 计理念 ， 从 地质 条件 、 工 程安全 、 运 行效 果等方面， 全面进行技术经济比较。 参考文献 ： 1 中华人民共和国水利部 S L 3 7 3 -2 0 0 7水利水电工程水文地质勘察规范 S 北京： 中国水利水电出版社 ， 2 0 0 7 2 中华人民共和国建设部 G B 5 0 0 0 7 -2 0 0 2建筑地基基础设计规范 S 北 京 ： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 2 ( 下转第 1 2 6页) 人 民 黄 河2 0 1 4年第 8期 变泵的工况 ， 也就是 改变关机过程 的控 制规律 。 由上述分析可知， 改变泵机组停机的控制规律是一种可行 的减振方案 ， 这里仅讨论“ 提前停泵” 方法， 改变控制规律也面 临两种风险： 造成水锤强度增加 ， 危害引水隧道安全； 引起 机组反转 ， 电机 轴承烧毁 。 ( 1 ) 水锤风险 。关机过程 中阀后水压脉动 的情况反 映了压 力钢管和隧道 中水锤 波 的大小 和频率 。在 阀门关 闭的初期 阶 段， 关闭速度较高， 流量变化较大 ， 阀后水压降低 ， 形成水锤波 的第一个波谷。泵正常运行时阀后水压的平均值( 静态值) 与 阀前相同， 为 5 8 0 k P a ( 5 8 i n水柱) ， 基本上等于试验时上游水 库水位与压力传感器的高度差 ， 压力钢管和隧道内的阻力压降 是很小的。第一个波谷处阀后压力约 5 0 0 k P a ， 压力波动值( 双 峰值) 约 8 0 k P a ( 8 r f l 水柱) 。此后， 水压有 2、 3个周期的波动， 这是水锤波在输水管道中传播和反射的结果。波动过程是衰 减的， 最大压力没有超过初始值( 5 8 0 k P a ) ， 最低压力也没有低 于第一个波谷 ( 5 0 0 k P a ) 。波动 的频率约为 0 0 8 H z ( 周期 1 2 5 s ) 。在阀门关死停泵以后 ， 水压稍稍上升， 其值与初始状态持 平 ， 然后形成一个历时较长的衰减波动过程， 其最大幅值也没 有超过前面的数值( 双峰 8 0 k P a ) ， 频率仍为 0 0 8 H z 。如果不 改变阀门的关闭速度， “ 提前关泵” 影响水锤波的强度应该不会 发生明显的改变。根据测量的结果， 水锤引起的压力波动很 小 ， 阀后水压 的波动 幅度 比较小 ， 对压 力钢 管和隧 道的安 全无 影 响。 ( 2 ) 机组反转。在 或者 时刻， 阀门的开度已经很小 ( 1 。 2 。 ) ， 在上游水库水压 的作 用下 ， 回流 的流量 应该 是很小 的( 具体数值需要进一步计算) ， 考虑到机组的惯性， 在 2 0 3 0 S的时间内， 这样小的流量使机组反转的可能性也是很小的。 综上所述， 改变原 “ 关阀后停泵” 的关机策略， 采取“ 提前 停泵” 方案， 有望改变或消除与横梁固有频率接近的水压脉动 分量， 可降低其阀门关死点的机组异常振动现象。在 3号泵进 行测试和数值模拟得出的“ 提前停泵” 降振方案已成功应用 ， 停 机过程中降振效果显著。 4 结语 通过真机性能试验， 量化分析了泵机组停泵过程的运行性 能， 估算了横梁固有频率 ， 明确了停机过程中异常振动的原因。 采用 C F D技术对泵内流特性展开非定常数值模拟， 捕捉 仿真场中虚拟监视点 的速度 、 压力脉动及结构受力的时频特 性， 缓解了真机测量测点安装不便 、 测点数量有限的难题。 C F D实现了泵机组过渡过程中某特定工况点的连续采样， 解决了真机测量过程中无法提取过渡过程中瞬变信号的局部 时频征兆 难 题 ， 可 作 为 泵 机 组 振 动 分 析 及 故 障 诊 断 的 有 力 工具 。 真机测试和 C F D仿真结果表 明 ， 当阀 门开 度很小 时 ， 泵和 管道 内水压脉动 的低频 成分频 率与 横梁 固有频 率相 近产生 了 共振引起停机过程 中异常振动现象 。 “ 提前停泵” 的减振方案已成功应用于泵站， 缓解了阀门关 死点的机组异常振动现象， 减振效果明显。 参考文献： 1 陈喜阳 水电机组稳定性监测中状态分析方法研 究 R 南京 ： 南京南 瑞集 团 2 0 0 8 2 陈喜阳， 王善永， 孙建平 基于 C WT灰度矩的水电机组振动征兆提取 J 电力系统 自动化， 2 0 0 7 ， 3 1 ( 9 ) ： 6 8 7 1 3 戴勇峰 ， 王海 ， 张克危 ， 等 混流可逆 式转轮 密封装 置的泄漏 量及其对 机组 运行 的影响 J 水力发 电学报 ， 2 0 0 5 ， 2 4 ( 2 ) ： 1 0 0 1 0 4 4 彭玉成， 张克危 ， 占梁梁 ， 等 三峡左岸 电厂 6 F 机组小 开度工况异常振 动动 态数值解析 J 水力发 电学报 ， 2 0 0 8 ， 2 7 ( 6 ) ： 1 5 7一 I 6 2 【 责任编辑张华岩】 -一- -_- -+-一 _ _一- - 一 -H _-_-+-_- -一- -_-+一 _ - _- -+_-一- ( 上接 第 1 2 2页) 3 中华人 民共和 国水利部 G B 5 0 4 8 7 -2 0 0 8水利水电工程地质勘察规范 S 北京 ： 中国计划出版社 ， 2 0 0 9 4 黎志鹏 土石坝抗滑稳定计算 J 广东水 电科技 ， 1 9 8 2 ( 4 ) ： 1 6 2 2 5 中华人民共和国水利部 S L 3 1 3 -2 0 0 4水利水电施工地质规范 S 北京： 中国水利水电 出版社 ， 2 0 0 4 6 王敏霞 水库大坝基础固结灌浆补 强加 固施 工技术 J 技术 与市场 ， 2 0 1 2 ( 5 )： 3 03 l 7 宋永占， 赵廷红， 丁睿， 等 混凝土重力坝坝基防渗帷幕作用的单因素分析 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