龍開(kāi)口水電站河床深槽承載板監(jiān)測(cè)成果分析

韓榮榮，鄭曉紅，王玉潔，陳國(guó)鋒

（華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，浙江杭州310014）

1 工程概況

龍開(kāi)口水電站壩址位于云南省鶴慶縣朵美鄉(xiāng)境內(nèi)，是金沙江中游河段規(guī)劃的第6個(gè)梯級(jí)電站。大壩為碾壓混凝土重力壩，壩頂高程1 303.00 m，最大壩高119.00 m，壩頂長(zhǎng) 768.00 m，電站總裝機(jī)容量1 800 MW。

大壩主體共分24個(gè)壩段，至2010年10月，作為河床最深處的11號(hào)壩段，尚未開(kāi)挖到建基面，因此開(kāi)展地質(zhì)補(bǔ)充勘探工作，發(fā)現(xiàn)11號(hào)壩段基礎(chǔ)存在深槽。深槽總體上作南北向（順河向），主要位于11號(hào)壩段左半部，至壩下0+070 m左右漸轉(zhuǎn)至12號(hào)壩段。據(jù)開(kāi)挖揭露的原始槽壁巖面可見(jiàn)，深槽形態(tài)復(fù)雜，側(cè)壁存在倒懸現(xiàn)象，立面形態(tài)總體呈“U”字和“V”字形。受河床快速下蝕深切影響，沿南北向節(jié)理卸荷張開(kāi)明顯。兩側(cè)壁巖性以Ⅲ類為主。深槽平面分布見(jiàn)圖1。

2 承載板設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)分析

為使深槽處理少占用壩體混凝土澆筑施工直線工期，深槽處理采用鋼筋混凝土板洞挖全置換方案，即在壩基設(shè)置跨深槽的13 m厚鋼筋混凝土承載板，承載板上、下游設(shè)置防滲墻進(jìn)行臨時(shí)防滲及深槽邊坡防護(hù)，承載板底部砂卵礫石層挖除并進(jìn)行洞壁支護(hù)，最后進(jìn)行板底混凝土置換回填（典型橫剖面見(jiàn)圖2）。

圖1 深槽分布平面圖Fig.1 Distribution of the deep trenches

圖2 11號(hào)壩段壩基深槽處理典型橫剖面圖Fig.2 Typical cross section of deep trench treatment at the foundation of dam block No.11

施工前分別采用二維、三維線彈性有限元法對(duì)承載板整體結(jié)構(gòu)應(yīng)力、位移進(jìn)行了計(jì)算分析，其中二維計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖3、圖4。主要結(jié)論如下：

（1）隨著混凝土澆筑高程的增加，深槽承載板兩端基巖最大沉降為11 mm，承載板跨中部位的最大沉降為11 mm。

（2）承載板壓應(yīng)力較小，絕大部分區(qū)域的壓應(yīng)力在2.0 MPa以內(nèi)，僅兩端角點(diǎn)部位有微小范圍區(qū)域的壓應(yīng)力超過(guò)-2.0 MPa。

（3）承載板的跨中底邊較大范圍區(qū)域的拉應(yīng)力較大，深板的底部應(yīng)配置足夠的抗拉鋼筋。

圖3 深板鉛直向位移（單位：m）Fig.3 Vertical displacement of deep plate(Unit:m)

圖4 深板水平向應(yīng)力（單位：Pa）Fig.4 Horizontal stress of deep plate(Unit:Pa)

3 監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)方案

根據(jù)深槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算成果，順深槽走向以20～30 m間距布置監(jiān)測(cè)斷面（典型監(jiān)測(cè)斷面見(jiàn)圖5）。

承載板沉降監(jiān)測(cè)：在承載板上部深槽灌漿廊道中心線，沿深槽走向依次布置沉降測(cè)點(diǎn)。

深槽兩岸基巖變形監(jiān)測(cè)：在深槽的兩側(cè)壁及底部基巖布置多點(diǎn)變位計(jì)。

承載板與兩岸基巖接縫變形監(jiān)測(cè)：在承載板與兩側(cè)壁接觸面的不同高程布置測(cè)縫計(jì)，埋設(shè)位置盡量與側(cè)壁多點(diǎn)變位計(jì)位置接近，以便進(jìn)行相互驗(yàn)證。

承載板與基巖面壓應(yīng)力監(jiān)測(cè)：在承載板與底部基巖接觸面布置壓應(yīng)力計(jì)。

承載板鋼筋應(yīng)力監(jiān)測(cè)：在承載板各監(jiān)測(cè)斷面中下部及底部鋼筋的1/4跨、跨中布設(shè)鋼筋計(jì)。

承載板混凝土溫度及底部滲壓監(jiān)測(cè)：承載板混凝土分四塊澆筑，在每澆筑塊以網(wǎng)格狀布置一個(gè)溫度監(jiān)測(cè)斷面，同時(shí)，在各監(jiān)測(cè)斷面底部布置滲壓計(jì)，監(jiān)測(cè)蓄水后該部位滲流情況。

深槽承載板在兩個(gè)月時(shí)間澆筑完成，監(jiān)測(cè)儀器隨土建施工同步完成埋設(shè)安裝。

圖5 承載板典型監(jiān)測(cè)斷面儀器布置圖Fig.5 Layout of monitoring instruments on the typical section

4 實(shí)測(cè)資料分析

4.1 承載板表面沉降

到2011年底外部沉降監(jiān)測(cè)成果顯示，隨著承載板上部壩體混凝土的不斷澆筑，承載板外部沉降逐漸增大，壩體混凝土澆筑至高程1 234 m后，實(shí)測(cè)最大累積量為6.7 mm。

壩體混凝土澆筑至高程1 234 m前為通倉(cāng)澆筑，隨后壩體混凝土分區(qū)澆筑，壩上游荷載繼續(xù)增大，下游荷載基本不變，使上部荷載重心前移，近下游測(cè)點(diǎn)沉降開(kāi)始穩(wěn)定，甚至略有抬升，但變化幅度很小，到2011年11月底，最大沉降為6.7 mm。典型測(cè)點(diǎn)沉降與澆筑高程關(guān)系曲線見(jiàn)圖6。

4.2 承載板兩側(cè)基巖監(jiān)測(cè)資料分析

（1）承載板兩側(cè)基巖深部變形：從承載板兩側(cè)巖壁變形來(lái)看，壩下0+006 m斷面左側(cè)巖體淺部向外回彈約5 mm，右側(cè)淺部巖體則表現(xiàn)為被壓縮約0.5 mm，兩側(cè)巖壁變形分布呈傾向右岸的態(tài)勢(shì)。目前基巖深部變形已穩(wěn)定（圖7）。

圖6 承載板頂部沉降與澆筑高程關(guān)系曲線Fig.6 Relationship between top sink and pouring elevation

圖7 壩下0+009 m斷面承載板與兩側(cè)壁基巖接縫過(guò)程線Fig.7 Deformation of the deep rock on the cross-section 0+006 m

從承載板底部基巖的變形來(lái)看，壩下0+006 m及壩下0+035 m斷面底部基巖的壓縮變形不完全對(duì)稱，右側(cè)基巖壓縮變形較大，最大壓縮變形為2.5 mm，左側(cè)壓縮變形不超過(guò)1 mm。

其余斷面變形累積量較小，均在1 mm以內(nèi)，兩側(cè)壁變形分布較對(duì)稱。

（2）承載板與兩側(cè)基巖接縫：承載板混凝土與右側(cè)基巖呈壓合狀，結(jié)合密實(shí)，左側(cè)壁可能由于承載板傾向左岸變形而存在一定張開(kāi)度，最大開(kāi)度達(dá)到1.5 mm左右，多數(shù)在0.5 mm。目前兩側(cè)壁接縫變化平穩(wěn)，具有較好的可灌性（見(jiàn)圖8）。

圖8 壩下0+006 m斷面底部基巖深部變形過(guò)程線Fig.8 Opening of the seam between the load-bearing plate and the wall on cross-section 0+009 m

（3）承載板與兩側(cè)基巖壓應(yīng)力：承載板混凝土的壓應(yīng)力隨壩體混凝土的澆筑持續(xù)增加，右側(cè)混凝土的壓應(yīng)力略大于左側(cè)，右側(cè)最大壓應(yīng)力約為3.3 MPa，左側(cè)則在1MPa左右，目前各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力已基本穩(wěn)定，見(jiàn)圖9。

（4）以上分析表明，承載板存在一定的傾向右側(cè)巖體的不對(duì)稱變形。承載板上部10～12號(hào)壩段混凝土為通倉(cāng)澆筑，荷載重心偏向右岸，使左、右側(cè)上部荷載壓力有所差異；其次，由于左、右岸的基巖強(qiáng)度局部可能存在一定差異，也引起兩側(cè)變形略不一致。但總體來(lái)看，不均勻變形不明顯，且無(wú)進(jìn)一步發(fā)展的趨勢(shì)，深部混凝土回填和上部接縫灌漿后，對(duì)后期大壩蓄水運(yùn)行影響應(yīng)該不大。

圖9 壩下0+035 m監(jiān)測(cè)斷面承載板底部壓應(yīng)力變化情況Fig.9 Compressive stress at the bottom of the load-bearing plate on the monitoring section 0+035 m

4.3 承載板鋼筋應(yīng)力

承載板各斷面鋼筋應(yīng)力監(jiān)測(cè)情況較為相似，以壩下0+035 m斷面為重點(diǎn)進(jìn)行闡述。

承載板上部混凝土澆筑高程不斷增加，承載板橫向鋼筋應(yīng)力受上部荷載影響增大明顯，跨中部位底層鋼筋的應(yīng)力變化速率較顯著，且鋼筋拉應(yīng)力相對(duì)較大，最大達(dá)到150 MPa左右。到2012年2月，深槽回填混凝土到承載板底板高程1 287 m后，承載板受力開(kāi)始部分由底部回填混凝土分擔(dān)，鋼筋拉應(yīng)力快速減小，跨中鋼筋應(yīng)力減小約80 MPa，之后隨著承載板上部受力和自身混凝土溫度的穩(wěn)定，鋼筋受力變化也開(kāi)始穩(wěn)定（見(jiàn)圖10）。

圖10 承載板底部鋼筋應(yīng)力與混凝土施工進(jìn)度相關(guān)圖Fig.10 Relationship between reinforced stress and concrete construction progress

4.4 承載板混凝土溫度監(jiān)測(cè)

承載板混凝土澆筑初期最高溫度為50.9℃，之后逐漸下降，至2012年1月，承載板底部高程混凝土溫度較低，接近設(shè)計(jì)值（25℃）。深槽洞挖完成后，低高程混凝土受氣溫變化影響較大，之后受深槽回填混凝土水化熱影響，溫度有一定上升（見(jiàn)圖11），至2012年6月，近承載板上部高高程混凝土溫度普遍在35℃左右，仍呈緩慢下降趨勢(shì)。

圖11 承載板底部高程混凝土溫度過(guò)程線Fig.11 Concrete temperature of the load-bearing plate

5 實(shí)測(cè)資料與計(jì)算成果比較

至2012年6月，監(jiān)測(cè)與初期設(shè)計(jì)計(jì)算成果比較如下：

（1）隨著壩體澆筑高程的增加，承載板整體沉降有小幅的變化，但量值很小，對(duì)承載板穩(wěn)定性影響可基本不考慮。到2011年11月底，跨中最大沉降為6.7mm，與設(shè)計(jì)值“跨中部位的最大沉降為11 mm”相比，仍有較大的富余。

（2）承載板底部混凝土所受壓應(yīng)力監(jiān)測(cè)值，右側(cè)最大壓應(yīng)力約為3.3 MPa，左側(cè)為1 MPa左右，遠(yuǎn)小于混凝土的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，不致引起承載板混凝土的壓碎，底部基巖也不會(huì)被破壞。

（3）承載板鋼筋應(yīng)力的變化主要受上部壩體混凝土澆筑及溫度變化的影響，隨著承載板底部混凝土的回填，絕大部分鋼筋拉應(yīng)力在100 MPa以內(nèi)。

（4）承載板高高程混凝土溫度仍在緩慢下降，至2012年6月溫度普遍在35°C，尚未到達(dá)穩(wěn)定溫度，離計(jì)算成果溫度還有一定差距。

結(jié)構(gòu)計(jì)算與監(jiān)測(cè)成果對(duì)比見(jiàn)表1。

計(jì)算工況：采用平面有限元法對(duì)壩下0+020 m等進(jìn)行分析，假定上部壩體混凝土澆筑高70 m，板厚13 m。

表1 典型剖面計(jì)算與監(jiān)測(cè)成果對(duì)比表Table 1 :Comparison between the calculated results and the monitored results

6 結(jié)語(yǔ)

監(jiān)測(cè)成果表明，龍開(kāi)口深槽承載板應(yīng)力和位移兩項(xiàng)指標(biāo)基本控制在設(shè)計(jì)容許范圍之內(nèi)。深槽承載板設(shè)計(jì)布設(shè)了較為系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)設(shè)施，在深槽處理實(shí)施過(guò)程中實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，使整個(gè)深槽施工處理過(guò)程處于有效監(jiān)控狀態(tài)，為施工程序和設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化調(diào)整提供依據(jù)，保證了施工安全。龍開(kāi)口水電站河中深槽承載板規(guī)模較大，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)得到的成果對(duì)今后類似地基處理工程具有一定的參考意義，對(duì)施工過(guò)程中溫控措施的改善，需進(jìn)一步的研究和優(yōu)化。

[1]龍開(kāi)口水電站河中深槽處理專題報(bào)告[R].華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2010.

[2]云南金沙江龍開(kāi)口水電站河中深槽壩基部位處理專題報(bào)告[R].華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2011.