石門瀝青混凝土心墻堆石壩安全監測技術與運行狀態分析

□史鵬飛 □羅光其 □齊 卿（中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司）

1 工程概況

石門水電站工程位于新疆維吾爾自治區呼圖壁縣，是呼圖壁河中游河段河流規劃中的第三級水電站，水庫正常蓄水位1240m，相應庫容7751 萬m3，調節庫容為7016 萬m3。本工程為三等（中型）工程，工程區地震基本烈度為Ⅷ度，電站裝機容量95MW，多年平均發電量2.14 億kWh。工程開發任務為灌溉、防洪、發電。主體工程于2008年9月1日開工，大壩于2011年5月份開始填筑，2012年8月大壩填筑到頂，水庫于2013年10月3日開始蓄水。

2 安全監測設計

2.1 變形監測設計

2.1.1 表面變形監測設計

表面變形監測采用在壩體的上、下游及壩頂表面埋設綜合表面觀測墩，采用視準線法和前方交匯法相結合的方式，對大壩表面水平變形進行監測，采用水準儀對表面沉降進行監測。

2.1.2 心墻變形監測設計

心墻監測的重點為心墻自身的壓縮變形、心墻與墊層料之間及心墻與混凝土基座之間的相對變形。針對心墻的壓縮變形，在心墻上、下游側安裝大量程測縫計，監測在一定長度內心墻的壓縮情況；心墻與墊層料之間的相對變形，在心墻與墊層料的接觸部位，分別布置上下游向、左右岸向及沿高程向的位錯計，對三個方向的相對變形均進行監測；心墻與混凝土基座之間的變形也通過設置測縫計來進行監測。

2.1.3 壩殼堆石料變形監測設計

本工程采用在上游堆石體內部安裝測斜管和電磁式沉降環，對上游堆石體的傾斜變形和沉降變形進行監測。

下游堆石體變形監測采用傳統的常規監測手段，采用測斜管和引張線式水平位移計對堆石體的水平位移進行監測，采用電磁式沉降儀和水管式沉降儀對堆石體的沉降變形進行監測。

2.1.4 界面位移變形

界面位移變形是指混凝土基座與壩基之間的接觸縫變形，采用測縫計進行監測。

大壩內部變形監測儀器中，測斜管和電磁式沉降環結合布置，水管式沉降儀和引張線式水平位移計結合布置。

2.2 滲流滲壓監測設計

分別沿流線方向和垂直流線方向設置橫、縱向兩個監測斷面。橫向監測斷面儀器布置情況為，在大壩基礎沿水流向間隔布置，在混凝土基座部位適當加密，采用滲壓計進行監測；縱向滲壓監測沿灌漿廊道布置，在廊道彎折段或坡度較陡部位，采用測壓管和滲壓計結合進行監測。

在壩基廊道1#集水井處排水溝內設1 座量水堰，對廊道內的滲流量進行監測；利用壩腳的老拱壩，在壩體下游設置1 座量水堰對壩體滲流量進行監測。

2.3 應力應變及溫度監測設計

應力應變監測通過安裝在心墻上的位錯計來監測，含在心墻變形監測內容中。溫度計結合心墻變形監測儀器布置，方便施工的同時，便于后期監測儀器數據的分析。

3 監測儀器施工情況

安全監測儀器隨大壩同時施工，大壩填筑到頂時，共安裝埋設了1 套6 測點水管式沉降計、3 套5 測點水管式沉降計、3 套3 測點水管式沉降計、4 套3 測點引張線式水平位移計、3 套2測點引張線式水平位移計、28 支心墻應變位移計、26 支心墻測縫計、12 支心墻位錯計、8 支岸坡位錯計、2 支裂縫計、22 支溫度計、2 根沉降管22 個沉降磁環、2 根測斜管和8 支滲壓計、2 塊量水堰板和34 個表面觀測墩。

4 大壩運行狀態分析

4.1 堆石體變形情況

電磁式沉降儀隨大壩填筑開始工作，測值能反映大壩的實際沉降過程，但與之結合的測斜儀監測，在測斜管安裝完成后才開始測讀，監測時間較短、測值較少，規律性較差。大壩變形監測中的水管式沉降儀由于受壩后觀測房施工時間的影響，于2012年10月才取得初值，測值較少。

壩前及壩后電磁沉降環測值過程曲線見圖1、圖2。

圖1 壩前沉降儀測值過程曲線圖

圖2 壩后沉降儀測值過程曲線圖

由壩前與壩后沉降儀測值的過程曲線可以看出：

第一，壩體沉降與大壩填筑有極大的相關性，大壩開始填筑時，沉降變形較大，進入2011年冬季大壩填筑暫停時，大壩沉降速率降低，在2012年4月份大壩開始重新填筑時，沉降變形又開始快速增長，在2012年8月份大壩填筑至壩頂時，沉降變形基本趨于穩定。第二，大壩上游沉降變形受水庫蓄水一定的影響，下游沉降變形受蓄水影響不明顯。第三，截至2014年5月29日，心墻上游磁環最大累計沉降量為438.50mm，占壩高的0.41%。下游最大累計沉降量為473mm，占壩高的0.45%，壩體累計沉降量較小，碾壓較密實。

下游堆石體變形監測中最大監測斷面的VM1-1 測點（靠近心墻部位），于2013年1月份發生損壞，其余測點工作正常。2014年5月29日，由水管式沉降儀測得的最大監測斷面，下游堆石體的變形情況見圖3。

水管式沉降儀和引張線式水平位移計工作時間較短，在壩后觀測房建成后才開始觀測，測值較小。下游堆石體最大沉降變形發生在1/3 壩高部位，水平變形呈兩岸向河谷位移的變形規律。

圖3 2014.5.29 最大監測斷面下游堆石體沉降變形圖

4.2 心墻變形情況

瀝青心墻由安裝在不同方向的位錯計和測縫計進行監測，截至2014年5月29日，瀝青心墻壓縮變形，上游面最大變形為-16.60mm、下游最大變形為-14.10mm。心墻與過渡料之間的擠壓量最大值為20.30mm，心墻與過渡料之間的相對錯動最大值為19.80mm。

大壩最大監測斷面心墻壓縮監測共布置12 支儀器，分上、下游成組布置,共6 組，由監測數據顯示心墻整體處于壓縮狀態。心墻中低部高程的壓縮變形相差較小,比值位于0.70～0.92之間，說明心墻中低部受力較好、變形較為均勻；心墻高高程的壓縮變形相差較大，說明在庫水位的作用下，心墻略向下游變形。

4.3 接縫變形情況

兩岸岸坡混凝土基座與心墻接觸部位的最大錯動發生在岸坡陡坡部位，最大值為13.20mm，變形主要發生在施工期，在2012年8月份以后，變形已趨于穩定。

河床部位心墻和混凝土基座之間呈擠壓狀態，最大測值為-30.60mm，該測點自施工開始擠壓變形持續增大，受蓄水影響有部分跳動，目前測值變化較小。下游側心墻與混凝土基座之間沿河床的錯動最大值為11.70mm，該變形已經趨于收斂。

石門水電站兩岸坡較陡，岸坡部位混凝土基座與基礎接觸面之間的開合度變形為重點關注內容。根據監測資料反饋，左岸坡開合度變化較大，在開合度達到7mm 時，對接觸縫進行了灌漿，目前該測值受溫度影響變化較大，有收斂趨勢。

4.4 滲流滲壓情況

壩內廊道量水堰測值較小，壩腳量水堰測未見出水。在帷幕沿縱向布設的滲壓計在蓄水前取得初值，測次較少，測值在蓄水前后變化不大，與庫水位的相關性較差，說明帷幕效果較好。橫向滲壓監測斷面，在帷幕上游安裝的測點，測值與庫水位的變化一致，下游測點基本不受庫水位影響，測值在蓄水前后幾乎沒有變化。

5 結論

通過對石門水電站瀝青混凝土心墻堆石壩運行狀態的分析，說明大壩安全監測能如實的反映大壩的工作情況，設計合理，大壩目前工作情況良好。