深厚覆盖层坝基廊道钢筋应力监测成果分析

胡明秀，胡升伟

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072）

0 前 言

国内外修建于深厚覆盖层上的高土石坝坝体与坝基之间防渗墙采用钢筋混凝土廊道进行连接的工程为数不多，且基本集中于四川地区。坝基廊道作为坝基防渗墙与黏土心墙之间的连接体，其受力状态十分复杂，廊道钢筋应力计算成果需要实测监测数据以待进一步验证。

某水电站位于四川省境内，电站枢纽主要由黏土心墙堆石坝、两岸泄洪洞和右岸引水发电建筑物等组成。其最大坝高79.50 m，坝基河床段采用深110 m防渗墙下接帷幕灌浆，两岸采用封闭式防渗墙的防渗方案。坝址区河床覆盖层一般厚120～130 m，最大厚度148.6 m。

笔者以某水电站为例，基于实测监测数据，对坝基廊道施工期、蓄水期及运行期钢筋应力监测成果进行了分析和总结，对类似工程的坝基廊道配筋设计及钢筋应力监测成果分析有较好的参考价值。

1 坝基廊道结构形式

坝基廊道座落在深厚覆盖层上，作为坝基防渗墙与黏土心墙之间的连接体，具有防渗、观测、检查、灌浆等功能［1］。廊道总长为425.75 m，其中河床段长240.92 m，右岸岸坡段长184.83 m，左岸与灌浆平洞相接处设置宽2 cm的结构缝，右岸岸坡顶部与防渗墙连接。廊道上下游侧及顶部铺设高塑性黏土料，廊道与防渗墙之间设置倒梯形扩大段，廊道底板下部两侧采用C15素混凝土翼板，廊道与翼板之间隔离采用宽2 cm结构缝。

廊道型式为城门洞型，河床部位廊道尺寸为3.5 m×4.5 m（宽×高），廊道侧墙和顶拱厚1.2 m，底板厚3.64～4.81 m；右岸岸坡廊道尺寸为3 m×4 m（宽×高），廊道侧墙和顶拱厚1.0 m，底板厚2.5 m。坝基廊道底部设置顶宽3.9 m，底宽2.0 m，高2 m的倒梯形混凝土扩大段与防渗墙相连接，并采用C30W10F50钢筋混凝土。

2 坝基廊道钢筋应力监测断面布置

为监测坝基廊道钢筋应力变化情况，在河床段的坝基灌浆廊道0+076.00 m、0+193.00 m、0+300.00 m及右岸坝基灌浆斜廊道0+330.00 m、0+395.00 m共布设5个监测断面（如图1所示）。在各断面的顶拱、底板轴线、上下游边墙中部的内外层环向和纵向钢筋上，共安装埋设完成钢筋计46支，对应测点编号为R29～R74。本文选取0+076.00 m、0+193.00 m及右岸坝基灌浆斜廊道0+330.00 m桩号共3个典型监测断面进行分析。

图1 钢筋计监测断面布置

3 坝基廊道钢筋应力监测成果分析

引用截至2016年9月22日的监测数据，笔者对坝基廊道钢筋应力进行分析，此时距离2011年8月初期蓄水已五年，库水位基本维持在1 377.0 m左右（正常蓄水位高程为1 378.0 m）。

3.1 钢筋应力空间分布

坝基廊道3个典型监测断面的实测钢筋应力分布详见图2～4，图中钢筋计测值正值表示受拉，负值表示受压。

图2 廊道内桩号0+076.00 m钢筋计监测断面应力空间分布（单位：MPa）

3.1.1 环向钢筋应力

（1）河床段廊道。河床段廊道环向钢筋应力分布表明，位于河床段0+076.00 m、0+193.00 m的2个监测断面，其环向钢筋应力分布规律一致，顶拱内外层、边墙内外层钢筋应力均表现为压应力，廊道左岸段钢筋应力主要受岸坡基岩约束影响，河床中心段钢筋应力主要受竖向荷载（坝体自重）和水平荷载（库水位压力）影响。

（2）右岸岸坡廊道。右岸岸坡廊道环向钢筋应力分布表明，位于右岸岸坡段0+330.00 m的监测断面，顶拱外层、边墙外层钢筋受压，顶拱内层、边墙内层钢筋受拉，右岸岸坡段钢筋应力主要受岸坡基岩约束及岸坡与坝体沉降差影响［2］。位于桩号0+330.00 m段1 312.50 m高程边墙外层R55测点压应力最大，实测值为73.50 MPa。

3.1.2 纵向钢筋应力

（1）河床段廊道。河床段廊道纵向钢筋应力分布表明，位于河床中部0+193.00 m监测断面纵向钢筋应力均受压，靠近岸坡断面0+076.00 m纵向钢筋应力基本受拉，河床中心段钢筋应力主要受竖向荷载（坝体自重）和水平荷载（库水位压力）影响。位于桩号0+193.00 m段1 316.00 m高程顶拱外层R42测点压应力最大，实测值为192.74MPa，与河床中央与两岸沉降差较大引起中部的应力增大相吻合。

（2）右岸岸坡廊道。右岸岸坡廊道纵向钢筋应力分布表明，位于右岸岸坡段0+330.00 m顶拱外层、上底板及靠近上游侧下底板钢筋受拉，顶拱内层、边墙内外层、下游侧下底板受压。右岸岸坡段钢筋应力主要受岸坡基岩约束及岸坡与坝体沉降差影响，位于桩号0+330.00 m段1 315.00 m高程顶拱内层R61测点压应力最大，实测值为71.66 MPa。

图3 廊道内桩号0+193.00 m钢筋计监测断面应力空间分布（单位：MPa）

图4 廊道内桩号0+330.00 m钢筋计监测断面应力空间分布（单位：MPa）

3.2 钢筋应力历史过程线相关分析

选取位于河床中部桩号0+193.00 m段，对坝基廊道环向、纵向钢筋应力监测成果的历时过程进行综合分析，得出钢筋应力历史过程线（见图5～6）。

图5 廊道内桩号0+193.00 m环向钢筋计应力历时过程线

图6 廊道内桩号0+193.00 m纵向钢筋计应力历时过程线

2010年10月～2011年1月为大坝施工填筑高峰期，在此期间，廊道钢筋应力涨幅明显，同一个断面的纵向钢筋应力比环向钢筋应力增幅大，且纵向钢筋应力比环向钢筋应力增长滞后。2011年8月～2011年11月蓄水期间，环向、纵向钢筋应力均有波动，但相对于填筑期波动明显减弱；2013年3月31日发现坝后涌水，但廊道内钢筋计监测成果未见异常波动现象。

桩号0+193.00 m环向钢筋基本受拉，且变化规律一致，均呈现年周期性波动，年内变幅基本在5 MPa以内；纵向钢筋基本受拉，且变化规律一致，年变幅较环向钢筋应力较大，年内变幅基本在15 MPa以内。

4 结 语

（1）河床段廊道和右岸岸坡段廊道实测环向、纵向钢筋应力分布规律基本反映了其结构受力特点，河床中央与两岸沉降差较大，引起中部的应力有所增大。

（2）选取位于河床中部桩号0+193.00 m监测断面的监测成果表明：廊道钢筋应力发展主要出现在施工期，尤其在大坝填筑高峰期，应力发展明显且存在滞后现象；蓄水期间，随水位上升，廊道钢筋应力呈现小幅发展，但相较大坝填筑期明显较小；运行期，廊道钢筋应力出现年周期性变化，且纵向钢筋应力年内变幅较环向钢筋应力大［2］。

（3）根据本工程坝基廊道钢筋应力实测监测成果分析提出以下建议：在深厚覆盖层土石坝坝基廊道设计中，应加强对河床段纵向受拉区钢筋的配筋及计算分析，在工程特有的地质条件下，根据廊道的受力情况进行反馈分析，并留有一定的安全裕度，以确保廊道钢筋混凝土结构的长期运行安全［3］。