石門瀝青混凝土心墻堆石壩安全監(jiān)測技術(shù)與運行狀態(tài)分析

□史鵬飛 □羅光其 □齊 卿（中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)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(qū)呼圖壁縣，是呼圖壁河中游河段河流規(guī)劃中的第三級水電站，水庫正常蓄水位1240m，相應(yīng)庫容7751 萬m3，調(diào)節(jié)庫容為7016 萬m3。本工程為三等（中型）工程，工程區(qū)地震基本烈度為Ⅷ度，電站裝機容量95MW，多年平均發(fā)電量2.14 億kWh。工程開發(fā)任務(wù)為灌溉、防洪、發(fā)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(jiān)測設(shè)計

2.1 變形監(jiān)測設(shè)計

2.1.1 表面變形監(jiān)測設(shè)計

表面變形監(jiān)測采用在壩體的上、下游及壩頂表面埋設(shè)綜合表面觀測墩，采用視準(zhǔn)線法和前方交匯法相結(jié)合的方式，對大壩表面水平變形進(jìn)行監(jiān)測，采用水準(zhǔn)儀對表面沉降進(jìn)行監(jiān)測。

2.1.2 心墻變形監(jiān)測設(shè)計

心墻監(jiān)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(cè)安裝大量程測縫計，監(jiān)測在一定長度內(nèi)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(jìn)行監(jiān)測；心墻與混凝土基座之間的變形也通過設(shè)置測縫計來進(jìn)行監(jiān)測。

2.1.3 壩殼堆石料變形監(jiān)測設(shè)計

本工程采用在上游堆石體內(nèi)部安裝測斜管和電磁式沉降環(huán)，對上游堆石體的傾斜變形和沉降變形進(jìn)行監(jiān)測。

下游堆石體變形監(jiān)測采用傳統(tǒng)的常規(guī)監(jiān)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(jìn)行監(jiān)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(jìn)行監(jiān)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(jìn)行監(jiān)測。

大壩內(nèi)部變形監(jiān)測儀器中，測斜管和電磁式沉降環(huán)結(jié)合布置，水管式沉降儀和引張線式水平位移計結(jié)合布置。

2.2 滲流滲壓監(jiān)測設(shè)計

分別沿流線方向和垂直流線方向設(shè)置橫、縱向兩個監(jiān)測斷面。橫向監(jiān)測斷面儀器布置情況為，在大壩基礎(chǔ)沿水流向間隔布置，在混凝土基座部位適當(dāng)加密，采用滲壓計進(jìn)行監(jiān)測；縱向滲壓監(jiān)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(jié)合進(jìn)行監(jiān)測。

在壩基廊道1#集水井處排水溝內(nèi)設(shè)1 座量水堰，對廊道內(nèi)的滲流量進(jìn)行監(jiān)測；利用壩腳的老拱壩，在壩體下游設(shè)置1 座量水堰對壩體滲流量進(jìn)行監(jiān)測。

2.3 應(yīng)力應(yīng)變及溫度監(jiān)測設(shè)計

應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測通過安裝在心墻上的位錯計來監(jiān)測，含在心墻變形監(jiān)測內(nèi)容中。溫度計結(jié)合心墻變形監(jiān)測儀器布置，方便施工的同時，便于后期監(jiān)測儀器數(shù)據(jù)的分析。

3 監(jiān)測儀器施工情況

安全監(jiān)測儀器隨大壩同時施工，大壩填筑到頂時，共安裝埋設(shè)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(yīng)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(huán)、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(tài)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(jié)合的測斜儀監(jiān)測，在測斜管安裝完成后才開始測讀，監(jiān)測時間較短、測值較少，規(guī)律性較差。大壩變形監(jiān)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(huán)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(guān)性，大壩開始填筑時，沉降變形較大，進(jìn)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(wěn)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(huán)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(jiān)測中最大監(jiān)測斷面的VM1-1 測點（靠近心墻部位），于2013年1月份發(fā)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(jiān)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(fā)生在1/3 壩高部位，水平變形呈兩岸向河谷位移的變形規(guī)律。

圖3 2014.5.29 最大監(jiān)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(jìn)行監(jiān)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(jiān)測斷面心墻壓縮監(jiān)測共布置12 支儀器，分上、下游成組布置,共6 組，由監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示心墻整體處于壓縮狀態(tài)。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(fā)生在岸坡陡坡部位，最大值為13.20mm，變形主要發(fā)生在施工期，在2012年8月份以后，變形已趨于穩(wěn)定。

河床部位心墻和混凝土基座之間呈擠壓狀態(tài)，最大測值為-30.60mm，該測點自施工開始擠壓變形持續(xù)增大，受蓄水影響有部分跳動，目前測值變化較小。下游側(cè)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(jīng)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(chǔ)接觸面之間的開合度變形為重點關(guān)注內(nèi)容。根據(jù)監(jiān)測資料反饋，左岸坡開合度變化較大，在開合度達(dá)到7mm 時，對接觸縫進(jìn)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(nèi)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(shè)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(guān)性較差，說明帷幕效果較好。橫向滲壓監(jiān)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(jié)論

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