龙开口水电站河床深槽承载板监测成果分析

韩荣荣，郑晓红，王玉洁，陈国锋

（华东勘测设计研究院，浙江杭州310014）

1 工程概况

龙开口水电站坝址位于云南省鹤庆县朵美乡境内，是金沙江中游河段规划的第6个梯级电站。大坝为碾压混凝土重力坝，坝顶高程1 303.00 m，最大坝高119.00 m，坝顶长 768.00 m，电站总装机容量1 800 MW。

大坝主体共分24个坝段，至2010年10月，作为河床最深处的11号坝段，尚未开挖到建基面，因此开展地质补充勘探工作，发现11号坝段基础存在深槽。深槽总体上作南北向（顺河向），主要位于11号坝段左半部，至坝下0+070 m左右渐转至12号坝段。据开挖揭露的原始槽壁岩面可见，深槽形态复杂，侧壁存在倒悬现象，立面形态总体呈“U”字和“V”字形。受河床快速下蚀深切影响，沿南北向节理卸荷张开明显。两侧壁岩性以Ⅲ类为主。深槽平面分布见图1。

2 承载板设计与结构分析

为使深槽处理少占用坝体混凝土浇筑施工直线工期，深槽处理采用钢筋混凝土板洞挖全置换方案，即在坝基设置跨深槽的13 m厚钢筋混凝土承载板，承载板上、下游设置防渗墙进行临时防渗及深槽边坡防护，承载板底部砂卵砾石层挖除并进行洞壁支护，最后进行板底混凝土置换回填（典型横剖面见图2）。

图1 深槽分布平面图Fig.1 Distribution of the deep trenches

图2 11号坝段坝基深槽处理典型横剖面图Fig.2 Typical cross section of deep trench treatment at the foundation of dam block No.11

施工前分别采用二维、三维线弹性有限元法对承载板整体结构应力、位移进行了计算分析，其中二维计算结果见图3、图4。主要结论如下：

（1）随着混凝土浇筑高程的增加，深槽承载板两端基岩最大沉降为11 mm，承载板跨中部位的最大沉降为11 mm。

（2）承载板压应力较小，绝大部分区域的压应力在2.0 MPa以内，仅两端角点部位有微小范围区域的压应力超过-2.0 MPa。

（3）承载板的跨中底边较大范围区域的拉应力较大，深板的底部应配置足够的抗拉钢筋。

图3 深板铅直向位移（单位：m）Fig.3 Vertical displacement of deep plate(Unit:m)

图4 深板水平向应力（单位：Pa）Fig.4 Horizontal stress of deep plate(Unit:Pa)

3 监测设计方案

根据深槽结构设计与计算成果，顺深槽走向以20～30 m间距布置监测断面（典型监测断面见图5）。

承载板沉降监测：在承载板上部深槽灌浆廊道中心线，沿深槽走向依次布置沉降测点。

深槽两岸基岩变形监测：在深槽的两侧壁及底部基岩布置多点变位计。

承载板与两岸基岩接缝变形监测：在承载板与两侧壁接触面的不同高程布置测缝计，埋设位置尽量与侧壁多点变位计位置接近，以便进行相互验证。

承载板与基岩面压应力监测：在承载板与底部基岩接触面布置压应力计。

承载板钢筋应力监测：在承载板各监测断面中下部及底部钢筋的1/4跨、跨中布设钢筋计。

承载板混凝土温度及底部渗压监测：承载板混凝土分四块浇筑，在每浇筑块以网格状布置一个温度监测断面，同时，在各监测断面底部布置渗压计，监测蓄水后该部位渗流情况。

深槽承载板在两个月时间浇筑完成，监测仪器随土建施工同步完成埋设安装。

图5 承载板典型监测断面仪器布置图Fig.5 Layout of monitoring instruments on the typical section

4 实测资料分析

4.1 承载板表面沉降

到2011年底外部沉降监测成果显示，随着承载板上部坝体混凝土的不断浇筑，承载板外部沉降逐渐增大，坝体混凝土浇筑至高程1 234 m后，实测最大累积量为6.7 mm。

坝体混凝土浇筑至高程1 234 m前为通仓浇筑，随后坝体混凝土分区浇筑，坝上游荷载继续增大，下游荷载基本不变，使上部荷载重心前移，近下游测点沉降开始稳定，甚至略有抬升，但变化幅度很小，到2011年11月底，最大沉降为6.7 mm。典型测点沉降与浇筑高程关系曲线见图6。

4.2 承载板两侧基岩监测资料分析

（1）承载板两侧基岩深部变形：从承载板两侧岩壁变形来看，坝下0+006 m断面左侧岩体浅部向外回弹约5 mm，右侧浅部岩体则表现为被压缩约0.5 mm，两侧岩壁变形分布呈倾向右岸的态势。目前基岩深部变形已稳定（图7）。

图6 承载板顶部沉降与浇筑高程关系曲线Fig.6 Relationship between top sink and pouring elevation

图7 坝下0+009 m断面承载板与两侧壁基岩接缝过程线Fig.7 Deformation of the deep rock on the cross-section 0+006 m

从承载板底部基岩的变形来看，坝下0+006 m及坝下0+035 m断面底部基岩的压缩变形不完全对称，右侧基岩压缩变形较大，最大压缩变形为2.5 mm，左侧压缩变形不超过1 mm。

其余断面变形累积量较小，均在1 mm以内，两侧壁变形分布较对称。

（2）承载板与两侧基岩接缝：承载板混凝土与右侧基岩呈压合状，结合密实，左侧壁可能由于承载板倾向左岸变形而存在一定张开度，最大开度达到1.5 mm左右，多数在0.5 mm。目前两侧壁接缝变化平稳，具有较好的可灌性（见图8）。

图8 坝下0+006 m断面底部基岩深部变形过程线Fig.8 Opening of the seam between the load-bearing plate and the wall on cross-section 0+009 m

（3）承载板与两侧基岩压应力：承载板混凝土的压应力随坝体混凝土的浇筑持续增加，右侧混凝土的压应力略大于左侧，右侧最大压应力约为3.3 MPa，左侧则在1MPa左右，目前各测点应力已基本稳定，见图9。

（4）以上分析表明，承载板存在一定的倾向右侧岩体的不对称变形。承载板上部10～12号坝段混凝土为通仓浇筑，荷载重心偏向右岸，使左、右侧上部荷载压力有所差异；其次，由于左、右岸的基岩强度局部可能存在一定差异，也引起两侧变形略不一致。但总体来看，不均匀变形不明显，且无进一步发展的趋势，深部混凝土回填和上部接缝灌浆后，对后期大坝蓄水运行影响应该不大。

图9 坝下0+035 m监测断面承载板底部压应力变化情况Fig.9 Compressive stress at the bottom of the load-bearing plate on the monitoring section 0+035 m

4.3 承载板钢筋应力

承载板各断面钢筋应力监测情况较为相似，以坝下0+035 m断面为重点进行阐述。

承载板上部混凝土浇筑高程不断增加，承载板横向钢筋应力受上部荷载影响增大明显，跨中部位底层钢筋的应力变化速率较显著，且钢筋拉应力相对较大，最大达到150 MPa左右。到2012年2月，深槽回填混凝土到承载板底板高程1 287 m后，承载板受力开始部分由底部回填混凝土分担，钢筋拉应力快速减小，跨中钢筋应力减小约80 MPa，之后随着承载板上部受力和自身混凝土温度的稳定，钢筋受力变化也开始稳定（见图10）。

图10 承载板底部钢筋应力与混凝土施工进度相关图Fig.10 Relationship between reinforced stress and concrete construction progress

4.4 承载板混凝土温度监测

承载板混凝土浇筑初期最高温度为50.9℃，之后逐渐下降，至2012年1月，承载板底部高程混凝土温度较低，接近设计值（25℃）。深槽洞挖完成后，低高程混凝土受气温变化影响较大，之后受深槽回填混凝土水化热影响，温度有一定上升（见图11），至2012年6月，近承载板上部高高程混凝土温度普遍在35℃左右，仍呈缓慢下降趋势。

图11 承载板底部高程混凝土温度过程线Fig.11 Concrete temperature of the load-bearing plate

5 实测资料与计算成果比较

至2012年6月，监测与初期设计计算成果比较如下：

（1）随着坝体浇筑高程的增加，承载板整体沉降有小幅的变化，但量值很小，对承载板稳定性影响可基本不考虑。到2011年11月底，跨中最大沉降为6.7mm，与设计值“跨中部位的最大沉降为11 mm”相比，仍有较大的富余。

（2）承载板底部混凝土所受压应力监测值，右侧最大压应力约为3.3 MPa，左侧为1 MPa左右，远小于混凝土的抗压强度设计值，不致引起承载板混凝土的压碎，底部基岩也不会被破坏。

（3）承载板钢筋应力的变化主要受上部坝体混凝土浇筑及温度变化的影响，随着承载板底部混凝土的回填，绝大部分钢筋拉应力在100 MPa以内。

（4）承载板高高程混凝土温度仍在缓慢下降，至2012年6月温度普遍在35°C，尚未到达稳定温度，离计算成果温度还有一定差距。

结构计算与监测成果对比见表1。

计算工况：采用平面有限元法对坝下0+020 m等进行分析，假定上部坝体混凝土浇筑高70 m，板厚13 m。

表1 典型剖面计算与监测成果对比表Table 1 :Comparison between the calculated results and the monitored results

6 结语

监测成果表明，龙开口深槽承载板应力和位移两项指标基本控制在设计容许范围之内。深槽承载板设计布设了较为系统的监测设施，在深槽处理实施过程中实时进行监测和数据分析，使整个深槽施工处理过程处于有效监控状态，为施工程序和设计方案的优化调整提供依据，保证了施工安全。龙开口水电站河中深槽承载板规模较大，实时监测得到的成果对今后类似地基处理工程具有一定的参考意义，对施工过程中温控措施的改善，需进一步的研究和优化。

[1]龙开口水电站河中深槽处理专题报告[R].华东勘测设计研究院，2010.

[2]云南金沙江龙开口水电站河中深槽坝基部位处理专题报告[R].华东勘测设计研究院，2011.