Stabilitetssäkerhet för Bassalt betongdamm grundlagd på lösmassor Tomas Ekström, ÅF Martin Hansson, Statkraft Tina Påhlstorp, ÅF
Bakgrund Bassalt kraftverk togs i drift 1909 och var en av de fyra första vattenkraftverken i Lagan och skulle förse de stora städerna i södra Sverige med elström. Kraftstation Regleringsdammen Kraftverket består av en kraftstation med korta kröndammar på ömse sidor samt en regleringsdamm, åtskilda från varandra av naturlig mark. Lagan Figur 2.1 Situationsplan Bassalts kraftverk (Info-folder,1990).
Bakgrund Regleringsdammen är ca 130 m lång och högsta höjd 20 m. Den består av 3 st olika delar; del D med igensatta bottenutskov, del E med ytutskov och del F, en kröndammsdel. 18 130 m Figur 2.2 Plan av regleringsdammen vid Bassalt (ritning A-332, 1923). D E F D E F Figur 2.3 Uppströmsvy av regleringsdammen vid Bassalt (ritning A-332, 1923). Ö.k. fyllning mot u.s.-sidan Åbotten 1907 Berget faller undan från vänster strand, vilket fördyrade byggandet samt medför sämre stabilitet.
Bakgrund Vid en utredning 2012 befanns regleringsdammen beräkningsmässigt inte uppfylla stabilitetskraven enligt RIDAS, framförallt avseende glidning. Huvudsakligen grundlagd på jord innebär att glidvillkoret är låga 0,50/0,55 (vanligt/exc.). Vattentryck och jordtryck är viktiga avseende stabiliteten! Figur 4 Modell för snitt A-A LK 1 (FDU, 2011).
Bakgrund Stabiliteten beror mycket på upptrycket. Fall e/l Rh/Rv Stjälpning BK 1) A1 Vanligt LF: Övy=DG, Is, 0.19 1.06>0.5 1.21<1.5 5 dränage A3 Exc. LF: Övy=DG, Is, ej dränage 0.06 1.40>0.55 1.04<1.35 5 Stabiliteten ökar om rörelser uppstår så att på- och mothållande jordtryck kan antas var i något mån aktiva resp. passiva! Fall e/l Rh/Rv Stjälpning BK 1) A2 Exc. LF: Övy=Krön, ej is, 0.21 1.08>0.55 Ej ber. 5 dränage A11 Lika A 2 men stora jordrörelser K akt =0.3, K pass =2.0 0.31 0.51<0.55 Ej ber. u.a.
Bakgrund; Möjlig brottmod (PFM 1) Dammen glider/vrider sig n.s. åt vid höger del, varvid jorden under rörs om, vilket startar en accelererande inre erosion och omfattande vattenläckage under och runt höger ände av dammen. Rörelse/ vridning Grundlagd på berg Genombrott av vatten
Bakgrund Statkraft beslöt att sänka av magasinet 1 m (ca 10% av fallhöjden) för att minska belastningen mot dammen. I väntan på ev. större åtgärder togs beslutet att instrumentera dammen för att ihop med stabilitetsberäkningar verifiera att dammsäkerheten ligger på en godtagbar nivå. Samt för att ge larm om något kritiskt skulle ske.
Ny dammätningssystem: I december 2012 monterade Cautosgeo AS: - Automatisk, stationär totalstation som mäter kontinuerligt mot prismor på dammen. - Portrycksgivare i 3 st borrade hål under dammen. - Mätning av övy och nvy - Temperaturgivare i luft, betong och vatten. - Websida med mätvärden samt skickas till Statkraft. Figur 3.1 Nedströmsvy av dammen med visade lägen för prismorna för rörelsemätningar. Damm D Damm E Damm F Portryck Figur 3.2 Uppströmselevation. Placering av sektioner för instrumentering. Portryck Portryck Antagen bergnivå under dammen
Ny dammätningssystem: Automatisk, stationär totalstation som mäter mot prismor.
Nytt dammätningssystem: D_ T 6 Temp_D_K Por_upp Temp_upp D_ T 7 = tempgivare i borrathål. = tempgivare i vatten = portrycksgivare Temp_D_I Por_ned Temp_D_uk D1 portrycksgivare Figur 3.3 Instrumentering vid dammdel D (regl.dammens v. del).
Nytt dammätningssystem: E_K = tempgivare i borrat hål. = tempgivare i vatten = portrycksgivare Till d E_I Figur 3.4 Instrumentering vid dammdel E (utskovsdelen). D2 E_uk Dränerande ledningsbädd?
Nytt dammätningssystem: F_K = tempgivare längs borrathål. = tempgivare i vatten = portrycksgivare d F_I Figur 3.6 Instrumentering vid dammdel F (regl.dammens h. del). F_uk D3 portrycksgivare
Arbetsgång För att verifiera jord- och vattentryck stabilitetsberäkningen i 2D analyseras: Jämförelse beräknade 2D och uppmätta PORVATTENTRYCK - Direkt indata till 2D stabilitetsberäkning. - Indata till 3D rörelseberäkning nedan. Jämförelse beräknade 2D och uppmätta TEMPERATURER - Indata till 3D rörelseberäkning nedan.
Arbetsgång Jämförelse beräknade 3D och uppmätta RÖRELSER Ingår: Porvattentrycksberäkning med kalibrerade variabler från 2D. Temperaturberäkning med kalibrerade variabler från 2D. Fjäderbädd för jord antas! Resultat: Beräknade rörelser att jämföra med uppmätta! Överensstämmelse? I så fall antagna jordtryck ok! Ex. portrycksberäkning (tillfälligt fel figur) Ex. temperaturberäkning Ex. Jordtryck med antagen fjäderbädd
Beräkning porvattentryck jämfört med uppmätning: För att få värden på pådrivande och mothållande vattentryck! Dammdel D Fyllning 1931 mot dammen k = 10-5 -10-8 m/s Inlopp utskov k = 10-7 -10-10 m/s Dammen k = 10-10 m/s Motfyllning k = 10-5 -10-7 m/s Undergrund k = 10-5 -10-7 m/s Berg k = 10-9 m/s Runt uk rör k = 10-2 -10-7 m/s Figur 5.6 Fall 1: Antagen permeabilitet för de olika domänerna.
Beräkning porvattentryck jämfört med uppmätning: Figur 5.5 Uppmätta vattenytor övy och nvy 29/5 till 1/11-2013.
Beräkning porvattentryck jämfört med uppmätning: Figur 5.8 Beräknat 1) porvattentryck dammdel D.
. Beräkning porvattentryck jämfört med uppmätning: a b f d e c Läge för portrycksgivare por_d Figur 5.9 Rand, röd linje, längs vilken beräknat porvattentryck visas i Figur 5.10. a f betecknar lägen till vilka hänvisas till i senare figurer.
Beräkning porvattentryck jämfört med uppmätning: c Antaget porvattentryck i FDU (2011) a b Uppmätt tryck vid portrycks-givare por_d d e a Beräknat porvattentryck för olika övy och nvy. f Figur 5.10 Beräknat 1) porvattentryck dammdel D.
Beräkning porvattentryck jämfört med uppmätning: 1) 10-7 2) 10-10 1),2) 10-7 1),2) 10-7 10-10 1),2) 10-7 1),2) 10-7 Figur 5.11 Beräknat och uppmätt porvattentryck (möh) vid borrat hål under dammdel D.
Beräkning porvattentryck jämfört med uppmätning: 1) 10-7 2) 10-10 1),2) 10-7 1),2) 10-7 10-10 1),2) 10-7 1),2) 10-7 Figur 5.11 Beräknat och uppmätt porvattentryck (mvp) vid borrat hål under dammdel D.
Beräkning porvattentryck jämfört med uppmätning: a b Portrycksgivare por_d f c d e Figur 5.12 Principiell figur av vattentryck mot dammen orsakat av porvattentrycket.
Beräkning porvattentryck jämfört med uppmätning: Figur 5.8 Beräknat 1) porvattentryck dammdel E.
Beräkning porvattentryck jämfört med uppmätning: 1)-3) 10-7 1)-3) 10-7 1),2) 10-7 3) 10-6 3) Beräknat med dämpning och viss dränage längs rörbädd. 1) Nvy 2) Nvy_red Figur 5.11 Beräknat och uppmätt porvattentryck vid borrat hål under dammdel E.
Beräkning porvattentryck jämfört med uppmätning: 1)-3) 10-7 1)-3) 10-7 1),2) 10-7 3) 10-6 3) Beräknat med dämpning och viss dränage längs rörbädd. 1) Nvy 2),3) Nvy_red Figur 5.11 Beräknat och uppmätt porvattentryck vid borrat hål under dammdel E.
Beräkning porvattentryck jämfört med uppmätning: Figur 5.8 Beräknat 1) porvattentryck dammdel F.
Beräkning porvattentryck jämfört med uppmätning: 1),2) 10-7 1),2) 10-7 3) Beräknat med dämpning men inget dränage längs någon rörbädd. 1),2) 10-7 1) Nvy 2) Nvy_red Figur 5.11 Beräknat och uppmätt porvattentryck vid borrat hål under dammdel F.
Beräkning porvattentryck jämfört med uppmätning: 1),2) 10-7 1),2) 10-7 3) Beräknat med dämpning men inget dränage längs någon rörbädd. 1),2) 10-7 1) Nvy 2) Nvy_red Figur 5.11 Beräknat och uppmätt porvattentryck vid borrat hål under dammdel F.
Beräkningar och uppmätningar av TEMPERATURER Temp_vatten Temp_ute Temp_vatten Betong: Kond = 2 W/(m 2 C) ρ = 2300 kg/m 3 C P = 1000 J/(kg C) Jord: Kond = 2.5 W/(m 2 C) ρ = 2200 kg/m 3 C P = 1400 J/(kg C)
Beräkningar och uppmätningar av TEMPERATURER Temp_vatten Temp_ute Temp_vatten Betong: Kond = 2 W/(m 2 C) ρ = 2300 kg/m 3 C P = 1000 J/(kg C) Jord: Kond = 2.5 W/(m 2 C) ρ = 2200 kg/m 3 C P = 1400 J/(kg C)
Beräkningar och uppmätningar av TEMPERATURER Temp_vatten Temp_ute Temp_vatten Betong: Kond = 2 W/(m 2 C) ρ = 2300 kg/m 3 C P = 1000 J/(kg C) Jord: Kond = 2.5 W/(m 2 C) ρ = 2200 kg/m 3 C P = 1400 J/(kg C)
3D-modell (portryck, temperaturer, rörelser): För att i 1:a hand få värden på pådrivande och mothållande jordtryck, som sedan direkt eller indirekt kan användas för att bestämma stabiliteten. Resultat porvattentryck:
3D-modell (portryck, temperaturer, rörelser): Resultat temperaturberäkning:
3D-modell (portryck, temperaturer, rörelser): Resultat rörelseberäkning: JordS_x_us = (-K_jord*u*(u<=0)+K_jord/10*u*(u>0))*(Hj1-z)*(z<Hj1)*gJ
Resultat beräkning och dammätning: Bra överensstämmelse portryck för 2D-modellen! Ger lite lägre (ca 2 mvp) upptryck för delar E och F än tidigare antaget, men ungefär samma för D. Bra överensstämmelse temperatur för 2D-modellen! Inte (ännu) bra överensstämmelse rörelser för 3Dmodellen???? (Förändra fjäderstyvheten hos jorden!). Hann inte! OM överensstämmelse rörelser nås bör detta innebära att rätt porvattentryck och jordlast är antagen, d.v.s. en GILTIG modell! Ger förhoppningsvis lägre pådrivande och högre mothållande jordtryck (fall 11), så att stabiliteten förbättras till acceptabla värden.
Diskussion: Portryck: Beror naturligtvis på antagna permeabiliteter. Men verkar stämma mot litteraturvärden. Temperaturer: Beror på antagna konduktiviteter och värmekapaciteter. Men verkar stämma mot litteraturvärden. Rörelser: Svårt, beror på många faktorer! Beror på upplagsförhållandena undertill. Beror på beräknade portryck. Beror på beräknade temperaturer. Beror på antagna jordtryck. Svårt att analysera i 3D. Beror på E-modul och längdutvidgningskoefficient hos betongen.
Andra synpunkter: Jämförelse mellan beräkningar och mätningar ger mycket information om dammens uppförande. Lämpligen anpassas utdata från mätningen bättre till att passa som indata till beräkningen. Har tagit mycket tid! Lämpligen sätts varnings- och larmvärden på portrycks och rörelsemätningen, baserat på beräkningsmodellen. Det är alltid svårt att sia om framtiden. Men med hjälp av historiska skeendet vid dammen, marginaler i teoretiska beräkningsmodeller, framtida inspektioner och rondningar vid dammen och inte minst, dammätningar uppskattas risken för att någon ej önskvärd händelse ska inträffa.
Modell Bassalt: - Modell av portrycket verkar vara realistisk. - Modell av temperaturer verkar realistisk - Modell av rörelser måste jobbas mer med (ändra fjäderstyvheten tills beräknade rörelser stämmer med uppmätta) - Sätt in beräknade portryck, vattentryck och jordtryck i stabilitetsmodellen (2D) och kontrollera RIDAS villkor.
Tack för mig!