高土石壩壩基廊道實測鋼筋應力監測成果分析

龔　靜，　胡 建 忠，　伍 小 玉

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都　610072)

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高土石壩壩基廊道實測鋼筋應力監測成果分析

龔靜，胡 建 忠，伍 小 玉

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都610072)

摘要：黃金坪水電站壩基廊道座落在深厚覆蓋層上，作為壩基防滲墻與瀝青混凝土心墻之間的連接體，其受力狀態十分復雜?；趯崪y監測數據，對黃金坪水電站壩基廊道施工期及蓄水初期鋼筋應力監測成果進行了分析和總結，并對高土石壩壩基廊道配筋設計及運行期監測提出了建議。

關鍵詞：壩基廊道；鋼筋應力；監測成果分析；黃金坪水電站

國內外修建于深厚覆蓋層上的高土石壩壩體與壩基之間防滲采用鋼筋混凝土廊道進行連接的工程為數不多，且基本集中于四川地區。壩基廊道作為壩基防滲墻與瀝青混凝土心墻之間的連接體，其受力狀態十分復雜，廊道鋼筋應力計算成果需要實測監測數據進一步驗證。

筆者以黃金坪工程為例，基于實測監測數據，對壩基廊道施工期及蓄水初期鋼筋應力監測成果進行了分析和總結，并對高土石壩壩基廊道配筋設計及運行期監測提出了建議。

1工程概況

黃金坪水電站是以發電為主的二等大(2)型工程，水庫正常蓄水位高程為1 476 m，電站總裝機容量為850 MW。樞紐建筑物主要由瀝青混凝土心墻堆石壩、1條岸邊溢洪道、1條泄洪(放空)洞、左岸尾部式大廠房引水發電建筑物和右岸小廠房引水發電建筑物等組成。

攔河大壩采用瀝青混凝土心墻堆石壩，壩頂高程1 481.5 m，最大壩高85.5 m，壩頂寬度為12 m。壩基河床覆蓋層深厚，一般厚度為56～130 m，最厚達133.92 m。

2壩基廊道結構型式

壩基廊道座落在深厚覆蓋層上，作為壩基防滲墻與瀝青混凝土心墻之間的連接體，采用圓拱直墻斷面，具有防滲、觀測、檢查、灌漿等功能，沿軸線方向長約318 m(0+035～0+353)、縱向不分結構縫；廊道整體結構往左、右岸均伸入巖基，底板擱置段長分別為10 m和22 m。

廊道頂上覆壩體厚度約76 m，采用C30W10F50鋼筋混凝土結構，凈空尺寸為3 m×3.5 m(寬×高)，底板(不含“倒梯形”杯型基礎)厚度為2.5 m，邊墻、頂拱厚度均為1.5 m；廊道底部通過“倒梯形”杯型基礎與防滲墻剛性連接，杯型基礎高2 m、頂寬(同廊道底寬)6 m、底寬2.2 m，采用C30W10F50鋼筋混凝土。

3壩基廊道鋼筋應力監測斷面的布置

為監測壩基廊道鋼筋應力變化情況，在左岸擱置段(壩)0+039、河床段(壩)0+108、0+191、(壩)0+267、右岸擱置段(壩)0+350樁號共布置了5個監測斷面(圖1)，在各斷面頂拱及底板軸線部位、上下游邊墻中部的內外層環向和縱向鋼筋上布置了88支鋼筋計，編號為R1～R88。

4壩基廊道施工期及蓄水初期鋼筋應力監測成果分析

筆者引用截止到2015年6月底的監測數據對壩基廊道鋼筋應力進行分析，此時距離2015年5月初導流洞下閘蓄水已滿1個半月，蓄水水位達到1 465 m高程(正常蓄水位高程為1 476 m)。

4.1空間分布特點

壩基廊道5個監測斷面的實測鋼筋應力分布見圖2～6，圖中鋼筋計測值正值表示受拉，負值表示受壓。

4.1.1環向鋼筋應力

(1)河床段。

圖1　壩基廊道鋼筋應力監測斷面布置圖

圖2 　(壩)0+039(1-1監測斷面)壩基廊道鋼筋應力分布圖

圖3　(壩)0+108(2-2監測斷面)壩基廊道鋼筋應力分布圖

圖4　(壩)0+191(3-3監測斷面)壩基廊道鋼筋應力分布圖

環向鋼筋應力分布圖(圖2～6)顯示，位于河床段(壩)0+108、(壩)0+191、(壩)0+267樁號 的3個監測斷面，其環向鋼筋應力分布規律一致，均表現為頂拱內層鋼筋和底板鋼筋受拉，頂拱外層鋼筋和上下游邊墻內外層鋼筋受壓。由于環向鋼筋應力主要受豎向荷載(壩體自重)影響，故河床段實測鋼筋應力分布規律與結構計算成果基本一致。

圖5　(壩)0+267(4-4監測斷面)壩基廊道鋼筋應力分布圖

圖6　(壩)0+350(5-5斷面)壩基廊道鋼筋應力分布圖

河床段環向鋼筋實測最大拉應力位于(壩)0+108(2-2監測斷面)1 400 m高程底板R36測點，測值為239.52 MPa。最大壓應力位于(壩)0+267(4-4監測斷面)1 402.5 m高程上游邊墻內側R56測點，測值為-118.71 MPa。

(2)左右岸擱置段。

受左右岸基巖約束影響，位于左岸擱置段(壩)0+039樁號、右岸擱置段(壩)0+350樁號2個監測斷面的環向鋼筋應力分布規律與河床段不一致。

左岸擱置段(壩)0+039樁號(1-1監測斷面)頂拱內層鋼筋和上下游邊墻內外層鋼筋受拉，頂拱外層鋼筋和底板下部鋼筋受壓。該斷面環向鋼筋實測最大拉應力位于1 402.5 m高程下游邊墻外側R9測點，測值為83.7 MPa，最大壓應力位于1 398高程底板下部R13測點，測值為-45.82 MPa。

右岸擱置段(壩)0+350樁號(5-5監測斷面)頂拱內、外層鋼筋受拉，上下游邊墻內外層鋼筋和底板鋼筋受壓。該斷面環向鋼筋實測最大拉應力位于1 405.5 m高程頂拱外側R75測點，測值為204.79 MPa，最大壓應力位于1 402.5 m高程上游邊墻內側R74測點，測值為-51.01 MPa。

4.1.2縱向鋼筋應力

(1)河床段。

縱向鋼筋應力分布圖(圖2～6)顯示，位于河床段(壩)0+108、0+191、(壩)0+267樁號的3個監測斷面其縱向鋼筋應力分布規律一致，且主要呈現受壓狀態。由于縱向鋼筋應力主要受水平向荷載(庫水壓力)影響，故河床段實測縱向鋼筋應力分布規律與結構計算成果基本一致。

河床段縱向鋼筋實測最大壓應力位于(壩)0+191(3-3監測斷面)1 405.5 m高程頂拱外側R42測點，測值為-98.43 MPa。

(2)左右岸擱置段。

受左右岸基巖約束影響，位于左岸擱置段(壩)0+039樁號、右岸擱置段(壩)0+350樁號2個監測斷面的縱向鋼筋應力主要呈現受拉狀態，與結構計算成果基本一致。

左岸擱置段(壩)0+039樁號(1-1監測斷面)實測最大拉應力位于1 405.5 m高程頂拱外側R6測點，測值為159.57 MPa。

右岸擱置段(壩)0+350樁號(5-5監測斷面)實測最大拉應力位于1 402.5 m高程頂拱外側R72測點，測值為95.12 MPa。

4.2歷時過程及相關分析

選取位于河床中部的(3-3監測斷面)(壩)0+191樁號，對壩基廊道頂拱環、縱向鋼筋應力監測成果的歷時過程及其與心墻填筑、廊道沉降、蓄水等影響因素的相關關系進行綜合分析。

4.2.1廊道鋼筋應力與心墻填筑歷時過程及相關分析

圖7　 (壩)0+191(3-3監測斷面)頂拱環、縱向鋼筋應力與心墻填筑變化關系過程線圖

頂拱環、縱向鋼筋應力與心墻填筑變化關系過程線見圖7。2014年11月前，廊道頂拱環、縱向鋼筋應力變化比較平緩，特別是內層鋼筋，最大應力在10 MPa以內。2014年11月至2015年2月，心墻填筑處于高峰期，即心墻填筑高程由1 435 m上升至1 460 m期間，由于填筑速率明顯加快，受上覆荷載影響，廊道頂拱環、縱向鋼筋應力均出現明顯的增長，與大壩心墻填筑相關性較強。2015年3月以后，即當大壩心墻填筑到1 460 m高程以后，由于填筑速率減緩，鋼筋應力變化也趨于平緩。2015年5月大壩蓄水后，廊道頂拱環外層、內層環向鋼筋應力表現為小幅減小，而縱向鋼筋應力表現為小幅增長。

4.2.2廊道鋼筋應力與廊道沉降、蓄水歷時過程及相關分析

(1)環向鋼筋應力。

頂拱外層、內層環向鋼筋應力與廊道沉降及蓄水變化關系過程線分別見圖8和圖9。

圖8　(壩)0+191(3-3監測斷面)頂拱外層環向鋼筋應力與廊道沉降及蓄水變化關系過程線圖

施工期，頂拱外層、內層環向鋼筋應力與廊道 沉降相關性較強。在2015年1月至4月廊道沉降增長較快時段，外層、內層環向鋼筋應力增長也較快。2015年5月初蓄水后，廊道出現小幅上抬，頂拱外層、內層環向鋼筋應力也在同時段出現小幅減小。

(2)縱向鋼筋應力。

圖9　(壩)0+191(3-3監測斷面)頂拱內層環向鋼筋應力與廊道沉降及蓄水變化關系過程線圖

圖10　(壩)0+191(3-3監測斷面)頂拱外層縱向鋼筋應力與廊道沉降及蓄水變化關系過程線圖

圖11　(壩)0+191(3-3監測斷面)頂拱內層縱向鋼筋應力與廊道沉降及蓄水變化關系過程線圖

頂拱外層、內層縱向鋼筋應力與廊道沉降及蓄水變化關系過程線分別見圖10和圖11。施工期，頂拱外層、內層縱向鋼筋應力與廊道沉降相關性較強。在2015年1月至4月廊道沉降增長較快時段，外層、內層縱向鋼筋應力增長也較快。2015年5月初蓄水后，廊道出現小幅上抬，同時受水平荷載影響，外層、內層縱向鋼筋應力出現小幅增長。

5結語

(1)黃金坪水電站壩基廊道河床段及左右岸擱置段實測環向、縱向鋼筋應力分布規律基本反映了其結構受力特點，與結構計算成果基本一致。

(2)對河床中部(壩)0+191樁號典型監測斷面進行分析取得的成果表明：施工期廊道頂拱環、縱向鋼筋應力主要受大壩心墻填筑速率以及廊道沉降影響，隨心墻填筑速率及廊道沉降的加快均表現為明顯增長。在大壩蓄水初期，隨著廊道出現小幅上抬，同時受水平荷載影響，廊道頂拱環外層、內層環向鋼筋應力在同時段表現為小幅減小，而縱向鋼筋應力在同時段表現為小幅增長。

(3)筆者根據對黃金坪水電站壩基廊道應力實測監測成果進行的分析提出以下建議：今后在高土石壩壩基廊道設計中應加強對河床段底板部位環向受拉區以及左右岸擱置段縱向受拉區鋼筋的配筋及計算分析，以保證廊道結構的安全。

(4)在今后的運行期監測中，應重點關注實測環向鋼筋拉應力最大測點R36、縱向鋼筋拉應力最大測點R6的發展變化情況，如有異常，應及時反饋相關部門進行分析與處理。

參考文獻：

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(責任編輯：李燕輝)

龔靜(1981-)，男，湖北襄陽人，室主任，高級工程師，碩士，從事水電工程安全監測技術及管理工作；

胡建忠(1971-)，男，四川郫縣人，副所長，教授級高級工程師，碩士，從事水電工程安全監測技術及管理工作；

伍小玉(1965-)，女，江西南康人，教授級高級工程師，碩士，從事水工結構設計工作.

作者簡介:

文章編號:1001-2184(2016)02-0058-05

文獻標識碼:B

中圖分類號:TV7;TV522;TV698.1

收稿日期:2016-01-18