龍開口水電站河床深槽承載板監測成果分析

韓榮榮，鄭曉紅，王玉潔，陳國鋒

（華東勘測設計研究院，浙江杭州310014）

1 工程概況

龍開口水電站壩址位于云南省鶴慶縣朵美鄉境內，是金沙江中游河段規劃的第6個梯級電站。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 768.00 m，電站總裝機容量1 800 MW。

大壩主體共分24個壩段，至2010年10月，作為河床最深處的11號壩段，尚未開挖到建基面，因此開展地質補充勘探工作，發現11號壩段基礎存在深槽。深槽總體上作南北向（順河向），主要位于11號壩段左半部，至壩下0+070 m左右漸轉至12號壩段。據開挖揭露的原始槽壁巖面可見，深槽形態復雜，側壁存在倒懸現象，立面形態總體呈“U”字和“V”字形。受河床快速下蝕深切影響，沿南北向節理卸荷張開明顯。兩側壁巖性以Ⅲ類為主。深槽平面分布見圖1。

2 承載板設計與結構分析

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，即在壩基設置跨深槽的13 m厚鋼筋混凝土承載板，承載板上、下游設置防滲墻進行臨時防滲及深槽邊坡防護，承載板底部砂卵礫石層挖除并進行洞壁支護，最后進行板底混凝土置換回填（典型橫剖面見圖2）。

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

圖2 11號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承載板整體結構應力、位移進行了計算分析，其中二維計算結果見圖3、圖4。主要結論如下：

（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）承載板壓應力較小，絕大部分區域的壓應力在2.0 MPa以內，僅兩端角點部位有微小范圍區域的壓應力超過-2.0 MPa。

（3）承載板的跨中底邊較大范圍區域的拉應力較大，深板的底部應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 深板水平向應力（單位：Pa）Fig.4 Horizontal stress of deep plate(Unit:Pa)

3 監測設計方案

根據深槽結構設計與計算成果，順深槽走向以20～30 m間距布置監測斷面（典型監測斷面見圖5）。

承載板沉降監測：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點。

深槽兩岸基巖變形監測：在深槽的兩側壁及底部基巖布置多點變位計。

承載板與兩岸基巖接縫變形監測：在承載板與兩側壁接觸面的不同高程布置測縫計，埋設位置盡量與側壁多點變位計位置接近，以便進行相互驗證。

承載板與基巖面壓應力監測：在承載板與底部基巖接觸面布置壓應力計。

承載板鋼筋應力監測：在承載板各監測斷面中下部及底部鋼筋的1/4跨、跨中布設鋼筋計。

承載板混凝土溫度及底部滲壓監測：承載板混凝土分四塊澆筑，在每澆筑塊以網格狀布置一個溫度監測斷面，同時，在各監測斷面底部布置滲壓計，監測蓄水后該部位滲流情況。

深槽承載板在兩個月時間澆筑完成，監測儀器隨土建施工同步完成埋設安裝。

圖5 承載板典型監測斷面儀器布置圖Fig.5 Layout of monitoring instruments on the typical section

4 實測資料分析

4.1 承載板表面沉降

到2011年底外部沉降監測成果顯示，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，實測最大累積量為6.7 mm。

壩體混凝土澆筑至高程1 234 m前為通倉澆筑，隨后壩體混凝土分區澆筑，壩上游荷載繼續增大，下游荷載基本不變，使上部荷載重心前移，近下游測點沉降開始穩定，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。典型測點沉降與澆筑高程關系曲線見圖6。

4.2 承載板兩側基巖監測資料分析

（1）承載板兩側基巖深部變形：從承載板兩側巖壁變形來看，壩下0+006 m斷面左側巖體淺部向外回彈約5 mm，右側淺部巖體則表現為被壓縮約0.5 mm，兩側巖壁變形分布呈傾向右岸的態勢。目前基巖深部變形已穩定（圖7）。

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

圖7 壩下0+009 m斷面承載板與兩側壁基巖接縫過程線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稱，右側基巖壓縮變形較大，最大壓縮變形為2.5 mm，左側壓縮變形不超過1 mm。

其余斷面變形累積量較小，均在1 mm以內，兩側壁變形分布較對稱。

（2）承載板與兩側基巖接縫：承載板混凝土與右側基巖呈壓合狀，結合密實，左側壁可能由于承載板傾向左岸變形而存在一定張開度，最大開度達到1.5 mm左右，多數在0.5 mm。目前兩側壁接縫變化平穩，具有較好的可灌性（見圖8）。

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

（3）承載板與兩側基巖壓應力：承載板混凝土的壓應力隨壩體混凝土的澆筑持續增加，右側混凝土的壓應力略大于左側，右側最大壓應力約為3.3 MPa，左側則在1MPa左右，目前各測點應力已基本穩定，見圖9。

（4）以上分析表明，承載板存在一定的傾向右側巖體的不對稱變形。承載板上部10～12號壩段混凝土為通倉澆筑，荷載重心偏向右岸，使左、右側上部荷載壓力有所差異；其次，由于左、右岸的基巖強度局部可能存在一定差異，也引起兩側變形略不一致。但總體來看，不均勻變形不明顯，且無進一步發展的趨勢，深部混凝土回填和上部接縫灌漿后，對后期大壩蓄水運行影響應該不大。

圖9 壩下0+035 m監測斷面承載板底部壓應力變化情況Fig.9 Compressive stress at the bottom of the load-bearing plate on the monitoring section 0+035 m

4.3 承載板鋼筋應力

承載板各斷面鋼筋應力監測情況較為相似，以壩下0+035 m斷面為重點進行闡述。

承載板上部混凝土澆筑高程不斷增加，承載板橫向鋼筋應力受上部荷載影響增大明顯，跨中部位底層鋼筋的應力變化速率較顯著，且鋼筋拉應力相對較大，最大達到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，承載板受力開始部分由底部回填混凝土分擔，鋼筋拉應力快速減小，跨中鋼筋應力減小約80 MPa，之后隨著承載板上部受力和自身混凝土溫度的穩定，鋼筋受力變化也開始穩定（見圖10）。

圖10 承載板底部鋼筋應力與混凝土施工進度相關圖Fig.10 Relationship between reinforced stress and concrete construction progress

4.4 承載板混凝土溫度監測

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，接近設計值（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。

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

5 實測資料與計算成果比較

至2012年6月，監測與初期設計計算成果比較如下：

（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，對承載板穩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，與設計值“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力監測值，右側最大壓應力約為3.3 MPa，左側為1 MPa左右，遠小于混凝土的抗壓強度設計值，不致引起承載板混凝土的壓碎，底部基巖也不會被破壞。

（3）承載板鋼筋應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，絕大部分鋼筋拉應力在100 MPa以內。

（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，尚未到達穩定溫度，離計算成果溫度還有一定差距。

結構計算與監測成果對比見表1。

計算工況：采用平面有限元法對壩下0+020 m等進行分析，假定上部壩體混凝土澆筑高70 m，板厚13 m。

表1 典型剖面計算與監測成果對比表Table 1 :Comparison between the calculated results and the monitored results

6 結語

監測成果表明，龍開口深槽承載板應力和位移兩項指標基本控制在設計容許范圍之內。深槽承載板設計布設了較為系統的監測設施，在深槽處理實施過程中實時進行監測和數據分析，使整個深槽施工處理過程處于有效監控狀態，為施工程序和設計方案的優化調整提供依據，保證了施工安全。龍開口水電站河中深槽承載板規模較大，實時監測得到的成果對今后類似地基處理工程具有一定的參考意義，對施工過程中溫控措施的改善，需進一步的研究和優化。

[1]龍開口水電站河中深槽處理專題報告[R].華東勘測設計研究院，2010.

[2]云南金沙江龍開口水電站河中深槽壩基部位處理專題報告[R].華東勘測設計研究院，2011.