龔　靜，　胡 建 忠，　伍 小 玉

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都　610072)

?

高土石壩壩基廊道實(shí)測(cè)鋼筋應(yīng)力監(jiān)測(cè)成果分析

龔靜，胡 建 忠，伍 小 玉

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)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(tài)十分復(fù)雜?；趯?shí)測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)黃金坪水電站壩基廊道施工期及蓄水初期鋼筋應(yīng)力監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行了分析和總結(jié)，并對(duì)高土石壩壩基廊道配筋設(shè)計(jì)及運(yùn)行期監(jiān)測(cè)提出了建議。

關(guān)鍵詞：壩基廊道；鋼筋應(yīng)力；監(jiān)測(cè)成果分析；黃金坪水電站

國(guó)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采用鋼筋混凝土廊道進(jìn)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瀝青混凝土心墻之間的連接體，其受力狀態(tài)十分復(fù)雜，廊道鋼筋應(yīng)力計(jì)算成果需要實(shí)測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)一步驗(yàn)證。

筆者以黃金坪工程為例，基于實(shí)測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)壩基廊道施工期及蓄水初期鋼筋應(yīng)力監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行了分析和總結(jié)，并對(duì)高土石壩壩基廊道配筋設(shè)計(jì)及運(yùn)行期監(jiān)測(cè)提出了建議。

1工程概況

黃金坪水電站是以發(fā)電為主的二等大(2)型工程，水庫(kù)正常蓄水位高程為1 476 m，電站總裝機(jī)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(fā)電建筑物和右岸小廠房引水發(fā)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(dá)133.92 m。

2壩基廊道結(jié)構(gòu)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(cè)、檢查、灌漿等功能，沿軸線方向長(zhǎng)約318 m(0+035～0+353)、縱向不分結(jié)構(gòu)縫；廊道整體結(jié)構(gòu)往左、右岸均伸入巖基，底板擱置段長(zhǎng)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(jié)構(gòu)，凈空尺寸為3 m×3.5 m(寬×高)，底板(不含“倒梯形”杯型基礎(chǔ))厚度為2.5 m，邊墻、頂拱厚度均為1.5 m；廊道底部通過(guò)“倒梯形”杯型基礎(chǔ)與防滲墻剛性連接，杯型基礎(chǔ)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(yīng)力監(jiān)測(cè)斷面的布置

為監(jiān)測(cè)壩基廊道鋼筋應(yīng)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(hào)共布置了5個(gè)監(jiān)測(cè)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(nèi)外層環(huán)向和縱向鋼筋上布置了88支鋼筋計(jì)，編號(hào)為R1～R88。

4壩基廊道施工期及蓄水初期鋼筋應(yīng)力監(jiān)測(cè)成果分析

筆者引用截止到2015年6月底的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)壩基廊道鋼筋應(yīng)力進(jìn)行分析，此時(shí)距離2015年5月初導(dǎo)流洞下閘蓄水已滿1個(gè)半月，蓄水水位達(dá)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(diǎn)

壩基廊道5個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的實(shí)測(cè)鋼筋應(yīng)力分布見(jiàn)圖2～6，圖中鋼筋計(jì)測(cè)值正值表示受拉，負(fù)值表示受壓。

4.1.1環(huán)向鋼筋應(yīng)力

(1)河床段。

圖1　壩基廊道鋼筋應(yīng)力監(jiān)測(cè)斷面布置圖

圖2 　(壩)0+039(1-1監(jiān)測(cè)斷面)壩基廊道鋼筋應(yīng)力分布圖

圖3　(壩)0+108(2-2監(jiān)測(cè)斷面)壩基廊道鋼筋應(yīng)力分布圖

圖4　(壩)0+191(3-3監(jiān)測(cè)斷面)壩基廊道鋼筋應(yīng)力分布圖

環(huán)向鋼筋應(yīng)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(hào) 的3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，其環(huán)向鋼筋應(yīng)力分布規(guī)律一致，均表現(xiàn)為頂拱內(nèi)層鋼筋和底板鋼筋受拉，頂拱外層鋼筋和上下游邊墻內(nèi)外層鋼筋受壓。由于環(huán)向鋼筋應(yīng)力主要受豎向荷載(壩體自重)影響，故河床段實(shí)測(cè)鋼筋應(yīng)力分布規(guī)律與結(jié)構(gòu)計(jì)算成果基本一致。

圖5　(壩)0+267(4-4監(jiān)測(cè)斷面)壩基廊道鋼筋應(yīng)力分布圖

圖6　(壩)0+350(5-5斷面)壩基廊道鋼筋應(yīng)力分布圖

河床段環(huán)向鋼筋實(shí)測(cè)最大拉應(yīng)力位于(壩)0+108(2-2監(jiān)測(cè)斷面)1 400 m高程底板R36測(cè)點(diǎn)，測(cè)值為239.52 MPa。最大壓應(yīng)力位于(壩)0+267(4-4監(jiān)測(cè)斷面)1 402.5 m高程上游邊墻內(nèi)側(cè)R56測(cè)點(diǎn)，測(cè)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(hào)、右岸擱置段(壩)0+350樁號(hào)2個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的環(huán)向鋼筋應(yīng)力分布規(guī)律與河床段不一致。

左岸擱置段(壩)0+039樁號(hào)(1-1監(jiān)測(cè)斷面)頂拱內(nèi)層鋼筋和上下游邊墻內(nèi)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(huán)向鋼筋實(shí)測(cè)最大拉應(yīng)力位于1 402.5 m高程下游邊墻外側(cè)R9測(cè)點(diǎn)，測(cè)值為83.7 MPa，最大壓應(yīng)力位于1 398高程底板下部R13測(cè)點(diǎn)，測(cè)值為-45.82 MPa。

右岸擱置段(壩)0+350樁號(hào)(5-5監(jiān)測(cè)斷面)頂拱內(nèi)、外層鋼筋受拉，上下游邊墻內(nèi)外層鋼筋和底板鋼筋受壓。該斷面環(huán)向鋼筋實(shí)測(cè)最大拉應(yīng)力位于1 405.5 m高程頂拱外側(cè)R75測(cè)點(diǎn)，測(cè)值為204.79 MPa，最大壓應(yīng)力位于1 402.5 m高程上游邊墻內(nèi)側(cè)R74測(cè)點(diǎn)，測(cè)值為-51.01 MPa。

4.1.2縱向鋼筋應(yīng)力

(1)河床段。

縱向鋼筋應(yīng)力分布圖(圖2～6)顯示，位于河床段(壩)0+108、0+191、(壩)0+267樁號(hào)的3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面其縱向鋼筋應(yīng)力分布規(guī)律一致，且主要呈現(xiàn)受壓狀態(tài)。由于縱向鋼筋應(yīng)力主要受水平向荷載(庫(kù)水壓力)影響，故河床段實(shí)測(cè)縱向鋼筋應(yīng)力分布規(guī)律與結(jié)構(gòu)計(jì)算成果基本一致。

河床段縱向鋼筋實(shí)測(cè)最大壓應(yīng)力位于(壩)0+191(3-3監(jiān)測(cè)斷面)1 405.5 m高程頂拱外側(cè)R42測(cè)點(diǎn)，測(cè)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(hào)、右岸擱置段(壩)0+350樁號(hào)2個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的縱向鋼筋應(yīng)力主要呈現(xiàn)受拉狀態(tài)，與結(jié)構(gòu)計(jì)算成果基本一致。

左岸擱置段(壩)0+039樁號(hào)(1-1監(jiān)測(cè)斷面)實(shí)測(cè)最大拉應(yīng)力位于1 405.5 m高程頂拱外側(cè)R6測(cè)點(diǎn)，測(cè)值為159.57 MPa。

右岸擱置段(壩)0+350樁號(hào)(5-5監(jiān)測(cè)斷面)實(shí)測(cè)最大拉應(yīng)力位于1 402.5 m高程頂拱外側(cè)R72測(cè)點(diǎn)，測(cè)值為95.12 MPa。

4.2歷時(shí)過(guò)程及相關(guān)分析

選取位于河床中部的(3-3監(jiān)測(cè)斷面)(壩)0+191樁號(hào)，對(duì)壩基廊道頂拱環(huán)、縱向鋼筋應(yīng)力監(jiān)測(cè)成果的歷時(shí)過(guò)程及其與心墻填筑、廊道沉降、蓄水等影響因素的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行綜合分析。

4.2.1廊道鋼筋應(yīng)力與心墻填筑歷時(shí)過(guò)程及相關(guān)分析

圖7　 (壩)0+191(3-3監(jiān)測(cè)斷面)頂拱環(huán)、縱向鋼筋應(yīng)力與心墻填筑變化關(guān)系過(guò)程線圖

頂拱環(huán)、縱向鋼筋應(yīng)力與心墻填筑變化關(guān)系過(guò)程線見(jiàn)圖7。2014年11月前，廊道頂拱環(huán)、縱向鋼筋應(yīng)力變化比較平緩，特別是內(nèi)層鋼筋，最大應(yīng)力在10 MPa以?xún)?nèi)。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(huán)、縱向鋼筋應(yīng)力均出現(xiàn)明顯的增長(zhǎng)，與大壩心墻填筑相關(guān)性較強(qiáng)。2015年3月以后，即當(dāng)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(yīng)力變化也趨于平緩。2015年5月大壩蓄水后，廊道頂拱環(huán)外層、內(nèi)層環(huán)向鋼筋應(yīng)力表現(xiàn)為小幅減小，而縱向鋼筋應(yīng)力表現(xiàn)為小幅增長(zhǎng)。

4.2.2廊道鋼筋應(yīng)力與廊道沉降、蓄水歷時(shí)過(guò)程及相關(guān)分析

(1)環(huán)向鋼筋應(yīng)力。

頂拱外層、內(nèi)層環(huán)向鋼筋應(yīng)力與廊道沉降及蓄水變化關(guān)系過(guò)程線分別見(jiàn)圖8和圖9。

圖8　(壩)0+191(3-3監(jiān)測(cè)斷面)頂拱外層環(huán)向鋼筋應(yīng)力與廊道沉降及蓄水變化關(guān)系過(guò)程線圖

施工期，頂拱外層、內(nèi)層環(huán)向鋼筋應(yīng)力與廊道 沉降相關(guān)性較強(qiáng)。在2015年1月至4月廊道沉降增長(zhǎng)較快時(shí)段，外層、內(nèi)層環(huán)向鋼筋應(yīng)力增長(zhǎng)也較快。2015年5月初蓄水后，廊道出現(xiàn)小幅上抬，頂拱外層、內(nèi)層環(huán)向鋼筋應(yīng)力也在同時(shí)段出現(xiàn)小幅減小。

(2)縱向鋼筋應(yīng)力。

圖9　(壩)0+191(3-3監(jiān)測(cè)斷面)頂拱內(nèi)層環(huán)向鋼筋應(yīng)力與廊道沉降及蓄水變化關(guān)系過(guò)程線圖

圖10　(壩)0+191(3-3監(jiān)測(cè)斷面)頂拱外層縱向鋼筋應(yīng)力與廊道沉降及蓄水變化關(guān)系過(guò)程線圖

圖11　(壩)0+191(3-3監(jiān)測(cè)斷面)頂拱內(nèi)層縱向鋼筋應(yīng)力與廊道沉降及蓄水變化關(guān)系過(guò)程線圖

頂拱外層、內(nèi)層縱向鋼筋應(yīng)力與廊道沉降及蓄水變化關(guān)系過(guò)程線分別見(jiàn)圖10和圖11。施工期，頂拱外層、內(nèi)層縱向鋼筋應(yīng)力與廊道沉降相關(guān)性較強(qiáng)。在2015年1月至4月廊道沉降增長(zhǎng)較快時(shí)段，外層、內(nèi)層縱向鋼筋應(yīng)力增長(zhǎng)也較快。2015年5月初蓄水后，廊道出現(xiàn)小幅上抬，同時(shí)受水平荷載影響，外層、內(nèi)層縱向鋼筋應(yīng)力出現(xiàn)小幅增長(zhǎng)。

5結(jié)語(yǔ)

(1)黃金坪水電站壩基廊道河床段及左右岸擱置段實(shí)測(cè)環(huán)向、縱向鋼筋應(yīng)力分布規(guī)律基本反映了其結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，與結(jié)構(gòu)計(jì)算成果基本一致。

(2)對(duì)河床中部(壩)0+191樁號(hào)典型監(jiān)測(cè)斷面進(jìn)行分析取得的成果表明：施工期廊道頂拱環(huán)、縱向鋼筋應(yīng)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(xiàn)為明顯增長(zhǎng)。在大壩蓄水初期，隨著廊道出現(xiàn)小幅上抬，同時(shí)受水平荷載影響，廊道頂拱環(huán)外層、內(nèi)層環(huán)向鋼筋應(yīng)力在同時(shí)段表現(xiàn)為小幅減小，而縱向鋼筋應(yīng)力在同時(shí)段表現(xiàn)為小幅增長(zhǎng)。

(3)筆者根據(jù)對(duì)黃金坪水電站壩基廊道應(yīng)力實(shí)測(cè)監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行的分析提出以下建議：今后在高土石壩壩基廊道設(shè)計(jì)中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)河床段底板部位環(huán)向受拉區(qū)以及左右岸擱置段縱向受拉區(qū)鋼筋的配筋及計(jì)算分析，以保證廊道結(jié)構(gòu)的安全。

(4)在今后的運(yùn)行期監(jiān)測(cè)中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注實(shí)測(cè)環(huán)向鋼筋拉應(yīng)力最大測(cè)點(diǎn)R36、縱向鋼筋拉應(yīng)力最大測(cè)點(diǎn)R6的發(fā)展變化情況，如有異常，應(yīng)及時(shí)反饋相關(guān)部門(mén)進(jìn)行分析與處理。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙一新，王瑞駿，耿計(jì)計(jì). 瀝青混凝土心墻壩壩基廊道應(yīng)力變形分析[J]. 人民長(zhǎng)江，2008，39(19)：10-12.

[2]鄭培溪，趙 靜，崔會(huì)東，解小焦. 磽磧大壩壩基廊道結(jié)構(gòu)縫滲漏原因分析及處理效果 [J]. 水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè)，2012，36(2)：72-76.

[3]丁樹(shù)云，畢慶濤. 深厚覆蓋層上瀝青混凝土心墻土石壩的應(yīng)力變形特征[J]. 水力發(fā)電，2011，37(4)：43-45.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

龔靜(1981-)，男，湖北襄陽(yáng)人，室主任，高級(jí)工程師，碩士，從事水電工程安全監(jiān)測(cè)技術(shù)及管理工作；

胡建忠(1971-)，男，四川郫縣人，副所長(zhǎng)，教授級(jí)高級(jí)工程師，碩士，從事水電工程安全監(jiān)測(cè)技術(shù)及管理工作；

伍小玉(1965-)，女，江西南康人，教授級(jí)高級(jí)工程師，碩士，從事水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作.

作者簡(jiǎn)介:

文章編號(hào):1001-2184(2016)02-0058-05

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

中圖分類(lèi)號(hào):TV7;TV522;TV698.1

收稿日期:2016-01-18