石门沥青混凝土心墙堆石坝安全监测技术与运行状态分析

□史鹏飞 □罗光其 □齐 卿（中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司）

1 工程概况

石门水电站工程位于新疆维吾尔自治区呼图壁县，是呼图壁河中游河段河流规划中的第三级水电站，水库正常蓄水位1240m，相应库容7751 万m3，调节库容为7016 万m3。本工程为三等（中型）工程，工程区地震基本烈度为Ⅷ度，电站装机容量95MW，多年平均发电量2.14 亿kWh。工程开发任务为灌溉、防洪、发电。主体工程于2008年9月1日开工，大坝于2011年5月份开始填筑，2012年8月大坝填筑到顶，水库于2013年10月3日开始蓄水。

2 安全监测设计

2.1 变形监测设计

2.1.1 表面变形监测设计

表面变形监测采用在坝体的上、下游及坝顶表面埋设综合表面观测墩，采用视准线法和前方交汇法相结合的方式，对大坝表面水平变形进行监测，采用水准仪对表面沉降进行监测。

2.1.2 心墙变形监测设计

心墙监测的重点为心墙自身的压缩变形、心墙与垫层料之间及心墙与混凝土基座之间的相对变形。针对心墙的压缩变形，在心墙上、下游侧安装大量程测缝计，监测在一定长度内心墙的压缩情况；心墙与垫层料之间的相对变形，在心墙与垫层料的接触部位，分别布置上下游向、左右岸向及沿高程向的位错计，对三个方向的相对变形均进行监测；心墙与混凝土基座之间的变形也通过设置测缝计来进行监测。

2.1.3 坝壳堆石料变形监测设计

本工程采用在上游堆石体内部安装测斜管和电磁式沉降环，对上游堆石体的倾斜变形和沉降变形进行监测。

下游堆石体变形监测采用传统的常规监测手段，采用测斜管和引张线式水平位移计对堆石体的水平位移进行监测，采用电磁式沉降仪和水管式沉降仪对堆石体的沉降变形进行监测。

2.1.4 界面位移变形

界面位移变形是指混凝土基座与坝基之间的接触缝变形，采用测缝计进行监测。

大坝内部变形监测仪器中，测斜管和电磁式沉降环结合布置，水管式沉降仪和引张线式水平位移计结合布置。

2.2 渗流渗压监测设计

分别沿流线方向和垂直流线方向设置横、纵向两个监测断面。横向监测断面仪器布置情况为，在大坝基础沿水流向间隔布置，在混凝土基座部位适当加密，采用渗压计进行监测；纵向渗压监测沿灌浆廊道布置，在廊道弯折段或坡度较陡部位，采用测压管和渗压计结合进行监测。

在坝基廊道1#集水井处排水沟内设1 座量水堰，对廊道内的渗流量进行监测；利用坝脚的老拱坝，在坝体下游设置1 座量水堰对坝体渗流量进行监测。

2.3 应力应变及温度监测设计

应力应变监测通过安装在心墙上的位错计来监测，含在心墙变形监测内容中。温度计结合心墙变形监测仪器布置，方便施工的同时，便于后期监测仪器数据的分析。

3 监测仪器施工情况

安全监测仪器随大坝同时施工，大坝填筑到顶时，共安装埋设了1 套6 测点水管式沉降计、3 套5 测点水管式沉降计、3 套3 测点水管式沉降计、4 套3 测点引张线式水平位移计、3 套2测点引张线式水平位移计、28 支心墙应变位移计、26 支心墙测缝计、12 支心墙位错计、8 支岸坡位错计、2 支裂缝计、22 支温度计、2 根沉降管22 个沉降磁环、2 根测斜管和8 支渗压计、2 块量水堰板和34 个表面观测墩。

4 大坝运行状态分析

4.1 堆石体变形情况

电磁式沉降仪随大坝填筑开始工作，测值能反映大坝的实际沉降过程，但与之结合的测斜仪监测，在测斜管安装完成后才开始测读，监测时间较短、测值较少，规律性较差。大坝变形监测中的水管式沉降仪由于受坝后观测房施工时间的影响，于2012年10月才取得初值，测值较少。

坝前及坝后电磁沉降环测值过程曲线见图1、图2。

图1 坝前沉降仪测值过程曲线图

图2 坝后沉降仪测值过程曲线图

由坝前与坝后沉降仪测值的过程曲线可以看出：

第一，坝体沉降与大坝填筑有极大的相关性，大坝开始填筑时，沉降变形较大，进入2011年冬季大坝填筑暂停时，大坝沉降速率降低，在2012年4月份大坝开始重新填筑时，沉降变形又开始快速增长，在2012年8月份大坝填筑至坝顶时，沉降变形基本趋于稳定。第二，大坝上游沉降变形受水库蓄水一定的影响，下游沉降变形受蓄水影响不明显。第三，截至2014年5月29日，心墙上游磁环最大累计沉降量为438.50mm，占坝高的0.41%。下游最大累计沉降量为473mm，占坝高的0.45%，坝体累计沉降量较小，碾压较密实。

下游堆石体变形监测中最大监测断面的VM1-1 测点（靠近心墙部位），于2013年1月份发生损坏，其余测点工作正常。2014年5月29日，由水管式沉降仪测得的最大监测断面，下游堆石体的变形情况见图3。

水管式沉降仪和引张线式水平位移计工作时间较短，在坝后观测房建成后才开始观测，测值较小。下游堆石体最大沉降变形发生在1/3 坝高部位，水平变形呈两岸向河谷位移的变形规律。

图3 2014.5.29 最大监测断面下游堆石体沉降变形图

4.2 心墙变形情况

沥青心墙由安装在不同方向的位错计和测缝计进行监测，截至2014年5月29日，沥青心墙压缩变形，上游面最大变形为-16.60mm、下游最大变形为-14.10mm。心墙与过渡料之间的挤压量最大值为20.30mm，心墙与过渡料之间的相对错动最大值为19.80mm。

大坝最大监测断面心墙压缩监测共布置12 支仪器，分上、下游成组布置,共6 组，由监测数据显示心墙整体处于压缩状态。心墙中低部高程的压缩变形相差较小,比值位于0.70～0.92之间，说明心墙中低部受力较好、变形较为均匀；心墙高高程的压缩变形相差较大，说明在库水位的作用下，心墙略向下游变形。

4.3 接缝变形情况

两岸岸坡混凝土基座与心墙接触部位的最大错动发生在岸坡陡坡部位，最大值为13.20mm，变形主要发生在施工期，在2012年8月份以后，变形已趋于稳定。

河床部位心墙和混凝土基座之间呈挤压状态，最大测值为-30.60mm，该测点自施工开始挤压变形持续增大，受蓄水影响有部分跳动，目前测值变化较小。下游侧心墙与混凝土基座之间沿河床的错动最大值为11.70mm，该变形已经趋于收敛。

石门水电站两岸坡较陡，岸坡部位混凝土基座与基础接触面之间的开合度变形为重点关注内容。根据监测资料反馈，左岸坡开合度变化较大，在开合度达到7mm 时，对接触缝进行了灌浆，目前该测值受温度影响变化较大，有收敛趋势。

4.4 渗流渗压情况

坝内廊道量水堰测值较小，坝脚量水堰测未见出水。在帷幕沿纵向布设的渗压计在蓄水前取得初值，测次较少，测值在蓄水前后变化不大，与库水位的相关性较差，说明帷幕效果较好。横向渗压监测断面，在帷幕上游安装的测点，测值与库水位的变化一致，下游测点基本不受库水位影响，测值在蓄水前后几乎没有变化。

5 结论

通过对石门水电站沥青混凝土心墙堆石坝运行状态的分析，说明大坝安全监测能如实的反映大坝的工作情况，设计合理，大坝目前工作情况良好。