深厚覆蓋層壩基廊道鋼筋應力監(jiān)測成果分析

胡明秀，胡升偉

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072）

0 前 言

國內(nèi)外修建于深厚覆蓋層上的高土石壩壩體與壩基之間防滲墻采用鋼筋混凝土廊道進行連接的工程為數(shù)不多，且基本集中于四川地區(qū)。壩基廊道作為壩基防滲墻與黏土心墻之間的連接體，其受力狀態(tài)十分復雜，廊道鋼筋應力計算成果需要實測監(jiān)測數(shù)據(jù)以待進一步驗證。

某水電站位于四川省境內(nèi)，電站樞紐主要由黏土心墻堆石壩、兩岸泄洪洞和右岸引水發(fā)電建筑物等組成。其最大壩高79.50 m，壩基河床段采用深110 m防滲墻下接帷幕灌漿，兩岸采用封閉式防滲墻的防滲方案。壩址區(qū)河床覆蓋層一般厚120～130 m，最大厚度148.6 m。

筆者以某水電站為例，基于實測監(jiān)測數(shù)據(jù)，對壩基廊道施工期、蓄水期及運行期鋼筋應力監(jiān)測成果進行了分析和總結(jié)，對類似工程的壩基廊道配筋設計及鋼筋應力監(jiān)測成果分析有較好的參考價值。

1 壩基廊道結(jié)構(gòu)形式

壩基廊道座落在深厚覆蓋層上，作為壩基防滲墻與黏土心墻之間的連接體，具有防滲、觀測、檢查、灌漿等功能［1］。廊道總長為425.75 m，其中河床段長240.92 m，右岸岸坡段長184.83 m，左岸與灌漿平洞相接處設置寬2 cm的結(jié)構(gòu)縫，右岸岸坡頂部與防滲墻連接。廊道上下游側(cè)及頂部鋪設高塑性黏土料，廊道與防滲墻之間設置倒梯形擴大段，廊道底板下部兩側(cè)采用C15素混凝土翼板，廊道與翼板之間隔離采用寬2 cm結(jié)構(gòu)縫。

廊道型式為城門洞型，河床部位廊道尺寸為3.5 m×4.5 m（寬×高），廊道側(cè)墻和頂拱厚1.2 m，底板厚3.64～4.81 m；右岸岸坡廊道尺寸為3 m×4 m（寬×高），廊道側(cè)墻和頂拱厚1.0 m，底板厚2.5 m。壩基廊道底部設置頂寬3.9 m，底寬2.0 m，高2 m的倒梯形混凝土擴大段與防滲墻相連接，并采用C30W10F50鋼筋混凝土。

2 壩基廊道鋼筋應力監(jiān)測斷面布置

為監(jiān)測壩基廊道鋼筋應力變化情況，在河床段的壩基灌漿廊道0+076.00 m、0+193.00 m、0+300.00 m及右岸壩基灌漿斜廊道0+330.00 m、0+395.00 m共布設5個監(jiān)測斷面（如圖1所示）。在各斷面的頂拱、底板軸線、上下游邊墻中部的內(nèi)外層環(huán)向和縱向鋼筋上，共安裝埋設完成鋼筋計46支，對應測點編號為R29～R74。本文選取0+076.00 m、0+193.00 m及右岸壩基灌漿斜廊道0+330.00 m樁號共3個典型監(jiān)測斷面進行分析。

圖1 鋼筋計監(jiān)測斷面布置

3 壩基廊道鋼筋應力監(jiān)測成果分析

引用截至2016年9月22日的監(jiān)測數(shù)據(jù)，筆者對壩基廊道鋼筋應力進行分析，此時距離2011年8月初期蓄水已五年，庫水位基本維持在1 377.0 m左右（正常蓄水位高程為1 378.0 m）。

3.1 鋼筋應力空間分布

壩基廊道3個典型監(jiān)測斷面的實測鋼筋應力分布詳見圖2～4，圖中鋼筋計測值正值表示受拉，負值表示受壓。

圖2 廊道內(nèi)樁號0+076.00 m鋼筋計監(jiān)測斷面應力空間分布（單位：MPa）

3.1.1 環(huán)向鋼筋應力

（1）河床段廊道。河床段廊道環(huán)向鋼筋應力分布表明，位于河床段0+076.00 m、0+193.00 m的2個監(jiān)測斷面，其環(huán)向鋼筋應力分布規(guī)律一致，頂拱內(nèi)外層、邊墻內(nèi)外層鋼筋應力均表現(xiàn)為壓應力，廊道左岸段鋼筋應力主要受岸坡基巖約束影響，河床中心段鋼筋應力主要受豎向荷載（壩體自重）和水平荷載（庫水位壓力）影響。

（2）右岸岸坡廊道。右岸岸坡廊道環(huán)向鋼筋應力分布表明，位于右岸岸坡段0+330.00 m的監(jiān)測斷面，頂拱外層、邊墻外層鋼筋受壓，頂拱內(nèi)層、邊墻內(nèi)層鋼筋受拉，右岸岸坡段鋼筋應力主要受岸坡基巖約束及岸坡與壩體沉降差影響［2］。位于樁號0+330.00 m段1 312.50 m高程邊墻外層R55測點壓應力最大，實測值為73.50 MPa。

3.1.2 縱向鋼筋應力

（1）河床段廊道。河床段廊道縱向鋼筋應力分布表明，位于河床中部0+193.00 m監(jiān)測斷面縱向鋼筋應力均受壓，靠近岸坡斷面0+076.00 m縱向鋼筋應力基本受拉，河床中心段鋼筋應力主要受豎向荷載（壩體自重）和水平荷載（庫水位壓力）影響。位于樁號0+193.00 m段1 316.00 m高程頂拱外層R42測點壓應力最大，實測值為192.74MPa，與河床中央與兩岸沉降差較大引起中部的應力增大相吻合。

（2）右岸岸坡廊道。右岸岸坡廊道縱向鋼筋應力分布表明，位于右岸岸坡段0+330.00 m頂拱外層、上底板及靠近上游側(cè)下底板鋼筋受拉，頂拱內(nèi)層、邊墻內(nèi)外層、下游側(cè)下底板受壓。右岸岸坡段鋼筋應力主要受岸坡基巖約束及岸坡與壩體沉降差影響，位于樁號0+330.00 m段1 315.00 m高程頂拱內(nèi)層R61測點壓應力最大，實測值為71.66 MPa。

圖3 廊道內(nèi)樁號0+193.00 m鋼筋計監(jiān)測斷面應力空間分布（單位：MPa）

圖4 廊道內(nèi)樁號0+330.00 m鋼筋計監(jiān)測斷面應力空間分布（單位：MPa）

3.2 鋼筋應力歷史過程線相關分析

選取位于河床中部樁號0+193.00 m段，對壩基廊道環(huán)向、縱向鋼筋應力監(jiān)測成果的歷時過程進行綜合分析，得出鋼筋應力歷史過程線（見圖5～6）。

圖5 廊道內(nèi)樁號0+193.00 m環(huán)向鋼筋計應力歷時過程線

圖6 廊道內(nèi)樁號0+193.00 m縱向鋼筋計應力歷時過程線

2010年10月～2011年1月為大壩施工填筑高峰期，在此期間，廊道鋼筋應力漲幅明顯，同一個斷面的縱向鋼筋應力比環(huán)向鋼筋應力增幅大，且縱向鋼筋應力比環(huán)向鋼筋應力增長滯后。2011年8月～2011年11月蓄水期間，環(huán)向、縱向鋼筋應力均有波動，但相對于填筑期波動明顯減弱；2013年3月31日發(fā)現(xiàn)壩后涌水，但廊道內(nèi)鋼筋計監(jiān)測成果未見異常波動現(xiàn)象。

樁號0+193.00 m環(huán)向鋼筋基本受拉，且變化規(guī)律一致，均呈現(xiàn)年周期性波動，年內(nèi)變幅基本在5 MPa以內(nèi)；縱向鋼筋基本受拉，且變化規(guī)律一致，年變幅較環(huán)向鋼筋應力較大，年內(nèi)變幅基本在15 MPa以內(nèi)。

4 結(jié) 語

（1）河床段廊道和右岸岸坡段廊道實測環(huán)向、縱向鋼筋應力分布規(guī)律基本反映了其結(jié)構(gòu)受力特點，河床中央與兩岸沉降差較大，引起中部的應力有所增大。

（2）選取位于河床中部樁號0+193.00 m監(jiān)測斷面的監(jiān)測成果表明：廊道鋼筋應力發(fā)展主要出現(xiàn)在施工期，尤其在大壩填筑高峰期，應力發(fā)展明顯且存在滯后現(xiàn)象；蓄水期間，隨水位上升，廊道鋼筋應力呈現(xiàn)小幅發(fā)展，但相較大壩填筑期明顯較小；運行期，廊道鋼筋應力出現(xiàn)年周期性變化，且縱向鋼筋應力年內(nèi)變幅較環(huán)向鋼筋應力大［2］。

（3）根據(jù)本工程壩基廊道鋼筋應力實測監(jiān)測成果分析提出以下建議：在深厚覆蓋層土石壩壩基廊道設計中，應加強對河床段縱向受拉區(qū)鋼筋的配筋及計算分析，在工程特有的地質(zhì)條件下，根據(jù)廊道的受力情況進行反饋分析，并留有一定的安全裕度，以確保廊道鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的長期運行安全［3］。