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石門水電站瀝青混凝土心墻壩安全監(jiān)測設(shè)計

文檔作者：戴年粉，李運良，史鵬飛文檔來源：中國水電顧問集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計研究院有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年02月21日
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２０１４ 年第７ 期
２０１４ Ｎｕｍｂｅｒ ７
水電與新能源
ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ ＡＮＤ ＮＥＷ ＥＮＥＲＧＹ
總第１２１ 期
Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．１２１
ＤＯＩ： １０．１３６２２ ／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ４２ －１８００／ｔｖ．１６７１ －３３５４．２０１４．０７．００６
收稿日期：２０１４ －０４ －０２ 作者簡介：戴年粉，女，工程師，從事水電站大壩安全監(jiān)測工作。
石門水電站瀝青混凝土心墻壩安全監(jiān)測設(shè)計
戴年粉，李運良，史鵬飛
（中國水電顧問集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計研究院有限公司，貴州貴陽?。担担埃埃福保?
摘要：介紹了呼圖壁河石門水電站瀝青混凝土心墻壩原型觀測監(jiān)測重點、監(jiān)測項目、監(jiān)測方法、儀器布置、安裝埋設(shè)等設(shè)
計成果，并對監(jiān)測資料進(jìn)行了初步分析，就實施中存在的問題提出了處理建議。
關(guān)鍵詞：瀝青混凝土心墻壩；安全監(jiān)測；資料分析
中圖分類號：ＴＶ６４１．２５：ＴＵ５２８．４２　　文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ｂ　　文章編號：１６７１ －３３５４（２０１４）０７ －００１８ －０５
Design for Safety Monitoring of the Asphalt Concrete Core Wall Dam
in Shimen Hydropower Station
ＤＡＩ Ｎｉａｎｆｅｎ， ＬＩ Ｙｕｎｌｉａｎｇ， ＳＨＩ Ｐｅｎｇｆｅｉ
（Ｈｙｄｒｏｃｈｉｎａ Ｇｕｎｙａｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ， Ｇｕｉｙａｎｇ ５５００８１， Ｃｈｉｎａ）
Abstract： Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ｓａｆｅｔｙ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ａｓｐｈａｌｔ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｒｅ ｗａｌｌ ｄａｍ ｉｎ Ｓｈｉｍｅｎ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ
ｉｎ Ｈｕｔｕｂｉ ｒｉｖｅｒ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｋｅｙ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｉｔｅｍｓ， ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ， ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｌａｙｏｕｔ， ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ
ｓｃｈｅｍｅ， ｅｔｃ．Ａ ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｓ ａｌｓｏ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｏｎ ｔｈｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｄａｔａ ， ａｎｄ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｍａｄｅ ｆｏｒ
ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｆｏｕｎｄ ｉｎ ｔｈｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ． Key words： ａｓｐｈａｌｔ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｒｅ ｗａｌｌ ｄａｍ； ｓａｆｅｔｙ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ； ｄａｔａ ａｎａｌｙｓｉｓ
　　新疆呼圖壁河石門水電站工程位于新疆維吾爾自
治區(qū)呼圖壁縣的西南面，是呼圖壁河中游河段河流規(guī)
劃中的第三級水電站。調(diào)節(jié)庫容為７ ０１６ ×１０４ ｍ３ ，電
站裝機(jī)容量９５ ＭＷ，多年平均發(fā)電量２．１４ 億ｋＷ· ｈ。
電站樞紐由瀝青心墻砂礫石壩、右岸泄洪系統(tǒng)、左岸引
水系統(tǒng)、地面廠房組成。工程為Ⅲ等工程，工程規(guī)模屬
中型，水工建筑物中大壩級別按２ 級建筑物設(shè)計；泄水
建筑物、進(jìn)水口、引水隧洞、廠房、消能防沖等主要建筑
物級別按３ 級設(shè)計。
瀝青心墻砂礫石壩最大壩高１０６．００ ｍ，壩頂全長
３１２．５１ ｍ，壩頂寬１０ ｍ，上游坡度１∶２．２，下游坡度
１∶２，壩體最大底寬３９２ ｍ。
石門壩址位于不對稱的峽谷區(qū)，壩基及壩肩巖石
多為泥巖及泥質(zhì)粉砂巖，壩基座落于沖積砂礫層，瀝青
混凝土心墻基座座落于弱風(fēng)化的礫巖及泥巖上，巖層
傾下游微偏左岸，裂隙較發(fā)育。
１　大壩安全監(jiān)測設(shè)計
大壩變形是大壩安全監(jiān)控的重要指標(biāo)，對指導(dǎo)施
工也有重要意義。根據(jù)本工程大壩結(jié)構(gòu)及地質(zhì)地形特
點，將堆石體變形、心墻變形、兩岸陡峻部位心墻與基
礎(chǔ)的剪切變形、心墻與反濾料相對變形作為本工程的
設(shè)計重點。
瀝青混凝土施工時溫度高達(dá)１７０℃左右，對安全
監(jiān)測儀器提出了耐高溫要求，采用的監(jiān)測儀器設(shè)備能
滿足長期觀測要求，同時對安全監(jiān)測儀器安裝埋設(shè)方
法進(jìn)行研究，以提高儀器埋設(shè)的可靠性和成活率，并盡
可能簡化安裝同時減小對土建施工的干擾。
1．1　瀝青混凝土心墻壩監(jiān)測布置
根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，本工程大壩設(shè)有大壩外部變形、大
壩內(nèi)部變形、心墻變形、心墻溫度、壩體及壩基滲流滲
壓等監(jiān)測項目［１］ 。
１．１．１　外部變形監(jiān)測
大壩表面變形監(jiān)測采用視準(zhǔn)線法和前方交會
法［２］ 共同監(jiān)測。
大壩共布置６ 條視準(zhǔn)線，其中在壩頂部位布置２
條Ｌ４ 和Ｌ５，Ｌ４ 位于心墻下游壩頂，Ｌ５ 位于心墻上游
壩頂防浪墻前；下游坡高程１ ２１２．４３、１ １８７．０８、
１８
戴年粉，等：石門水電站瀝青混凝土心墻壩安全監(jiān)測設(shè)計２０１４ 年７ 月
１ １６０．１４ ｍ 各布置１ 條視準(zhǔn)線Ｌ１、Ｌ２ 和Ｌ３；上游坡高
程１ ２１０．８０ ｍ 布置１ 條視準(zhǔn)線Ｌ６，視準(zhǔn)線Ｌ６ 為施工
期臨時監(jiān)測。視準(zhǔn)線上每隔３０ ～４５ ｍ 設(shè)一個變形觀
測墩，平面上呈網(wǎng)格狀布置，并統(tǒng)籌下游內(nèi)部變形觀測
房的位置，以做為內(nèi)部變形的基準(zhǔn)點。
各視準(zhǔn)線兩岸壩肩穩(wěn)定邊坡上布置觀測墩作為表
面變形測點的工作基點，其中測站ＣＺＭ１ 上測點ＴＰ１
－１ 利用ＴＢ２ －１、ＴＢ２ －２ 采用前方交會法進(jìn)行觀測，
測站ＣＺＭ３ 上測點ＴＰ３ －５ 利用ＴＢ４ －１、ＴＢ４ －２ 采用
前方交會法進(jìn)行觀測，其余測點采用視準(zhǔn)線法進(jìn)行觀
測，見圖１。
圖1　瀝青混凝土心墻壩表面變形布置圖
在視準(zhǔn)線Ｌ２ ～Ｌ５ 兩端延長線上設(shè)置校測基點，
校測基點基礎(chǔ)坐落在穩(wěn)定基巖上，所有外部變形觀測
墩均采用綜合測點觀測墩，即同時布置水平位移強(qiáng)制
對中基座和水準(zhǔn)標(biāo)志進(jìn)行施測。共設(shè)置水平位移觀測
墩共４２ 個，水準(zhǔn)標(biāo)志４２ 個。
１．１．２　內(nèi)部變形監(jiān)測
大壩內(nèi)部變形選用引張線水平位移計、水管式沉
降儀及電磁式沉降儀進(jìn)行監(jiān)測。在河谷部位及左右岸
各選擇１ 個橫向斷面布置，樁號壩橫左０ ＋０１０．００、壩
橫左０ ＋０７５．００ 和壩橫右０ －０４５．０００， 在高程
１ １５５．７４、１１８０．００ ｍ 和１２１０．００ ｍ 設(shè)７ 個觀測條帶，
其中河谷斷面３ 個，左右岸斷面各２ 個。為防止監(jiān)測
設(shè)施對工程安全造成隱患，參照現(xiàn)行規(guī)范及類似工程，
本工程僅在下游側(cè)布置引張線水平位移計及水管式沉
降儀測點，為了盡可能多地觀測內(nèi)部變形，各觀測條帶
上游第一個測點布置在心墻過渡料內(nèi)。各斷面內(nèi)部變
形測點呈網(wǎng)格狀布置，測點間距２５ ～３５ ｍ。大壩內(nèi)部
變形共布置引張線測點和水管式沉降儀測點各３０ 個。
為減少埋設(shè)儀器對大壩填筑的影響，將水平位移
計與水管式沉降儀布置在同一基床面上，兩種儀器一
次埋設(shè)完成。安裝條帶平均坡度為２％，其測點高程
誤差不超過５ ｃｍ。用小型振動平碾碾壓溝底，當(dāng)條帶
開挖平整后進(jìn)行填料并振實。
為更準(zhǔn)確地了解和掌握堆石體內(nèi)部變形，在壩橫
０ ＋０００．００ 斷面瀝青混凝土心墻的上、下游側(cè)布置電
磁式沉降儀（兼做測斜孔），其中上游側(cè)沉降儀孔口高
程為１ ２４１．５ ｍ，高于正常蓄水位高程；測斜管上每
１０ ｍ高度設(shè)沉降環(huán)，共１８ 個，上游側(cè)電磁式沉降儀孔
底落在混凝土基座上，下游側(cè)孔底落在弱風(fēng)化基巖上，
底部可做為相對不動點。電磁式沉降儀監(jiān)測布置見圖
２，水平位移計及水管式沉降儀監(jiān)測布置見圖３。
圖2　砂礫石填筑體內(nèi)部變形監(jiān)測圖
１．１．３　瀝青混凝土心墻變形及溫度的監(jiān)測
１）心墻變形監(jiān)測。由于瀝青混凝土心墻結(jié)構(gòu)高
且較薄，在水壓力等外荷載作用下容易變形；并且與土
建施工干擾較大，心墻周邊大壩碾壓質(zhì)量控制難度較
大，因此對心墻結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測尤其重要。心墻變形
監(jiān)測包括心墻自身變形、心墻與墊層料相對變形、心墻
與廊道相對變形３ 種內(nèi)容。其中心墻與墊層料、心墻
與廊道相對變形又分為位錯變形和接縫開度變形２ 類
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水電與新能源２０１４ 年第７ 期
圖3　瀝青混凝土心墻壩內(nèi)部變形監(jiān)測圖
變形。
心墻自身變形、心墻與墊層料相對變形共選擇３
個典型斷面布置，分別為橫左０ ＋０１０．０００ ｍ、橫左０ ＋
０７５．０００ ｍ 和橫右０ －０４５．０００ ｍ，與壩體內(nèi)部變形的
監(jiān)測斷面相一致。各類監(jiān)測儀器呈組集中布置，以利
于資料對比分析并減少儀器埋設(shè)對土建施工的影響。
最大壩高處斷面按６ 層布置，右側(cè)斷面按５ 層布置，左
側(cè)斷面按３ 層布置，高程１ １７２ ｍ 以下按１０ ｍ 高差布
置，其余層間高差為１５ ｍ。同一高程瀝青混凝土心墻
上下游兩側(cè)分別布置應(yīng)變計，在下游側(cè)分別布置位錯
計及測縫計。共布置位錯計１２ 支，測縫計１７ 支，應(yīng)變
位移計２８ 支。
心墻與廊道相對變形監(jiān)測沿壩基廊道共設(shè)８ 個測
點，其中左岸測點設(shè)在地形開挖突變處，右岸坡陡但坡
度均勻，測點高差為１０ ～３２ ｍ。心墻與廊道相對變形
共布置８ 支測縫計、６ 支位錯計，見圖４。
心墻自身變形采用標(biāo)準(zhǔn)量程１００ ｍｍ，標(biāo)距１２０ ｃｍ
的土應(yīng)變計進(jìn)行觀測，兩端均錨在心墻內(nèi)；通過應(yīng)變位
移計推測心墻在自重及外力作用下的變形，并通過上
下游側(cè)各應(yīng)變位移計可獲得心墻整體的撓度變形情
況。位錯計采用標(biāo)準(zhǔn)量程１５０ ｍｍ 的裂縫計改造，一
端錨在心墻內(nèi)、另一端錨在墊層料內(nèi)，通過位錯計可以
監(jiān)測心墻與墊層料的垂直相對變形。測縫計用以監(jiān)測
心墻與墊層料接縫的開度變化。
為了便于儀器安裝埋設(shè)施工，減少對土建施工的
影響，增加儀器埋設(shè)的可靠性和成活率，本工程對儀器
安裝方法進(jìn)行研究。在瀝青混凝土心墻和廊道頂部混
凝土中預(yù)埋監(jiān)測儀器錨固板，錨板應(yīng)隨瀝青混凝土施
工一并埋設(shè)，以保證錨板與瀝青混凝土結(jié)合良好。過
圖4　心墻變形監(jiān)測儀器布置圖
渡料中預(yù)埋測縫計、位錯計模具，待過渡料填筑高出儀
器埋設(shè)頂部５０ ｃｍ 后，挖開過渡料取下模具，安裝儀
器，安裝完成后回填過渡料，回填超過儀器埋設(shè)高程
２ ｍ 后方可機(jī)械碾壓，廊道頂部混凝土預(yù)埋錨固板應(yīng)
高于心墻預(yù)埋錨固板。測縫計、位錯計應(yīng)緊貼心墻邊
緣埋設(shè)，錨固板盡量伸入結(jié)構(gòu)。
２）心墻溫度監(jiān)測。由于瀝青混凝土心墻在攤鋪
２０
戴年粉，等：石門水電站瀝青混凝土心墻壩安全監(jiān)測設(shè)計２０１４ 年７ 月
過程中，入倉溫度達(dá)１４０ ～１７０℃，因此考慮在心墻結(jié)
構(gòu)３ 個監(jiān)測斷面布置溫度計進(jìn)行監(jiān)測，除在高程
１ ２１７ ｍ 以下布置撓度監(jiān)測儀器的測點布置溫度計
外，在高程１ ２２９、１ ２４０．５ ｍ 再布置２ 層溫度計，采用
鉆孔埋設(shè)，待瀝青混凝土攤鋪后，在測點由下游打斜孔
至儀器埋設(shè)位置，埋入溫度計，共布置溫度計２２ 支，再
回填瀝青混凝土。溫度計電纜應(yīng)用高溫布包裹后，向
下游牽引至過渡料，避免瀝青高溫影響電纜使用。
1．2　大壩滲流滲壓監(jiān)測設(shè)計
１）壩基及壩體滲壓監(jiān)測。在灌漿廊道底部布置１
個縱向壩基滲壓監(jiān)測斷面，布置５ 個測壓管對帷后滲
壓進(jìn)行監(jiān)測。在河谷部位布置１ 個橫向監(jiān)測斷面，在
心墻上游布置了３ 支滲壓計，心墻下游布置了５ 支滲
壓計，對壩體浸潤線進(jìn)行觀測。
２）大壩滲流量監(jiān)測。在壩基廊道１ 號集水井處
排水溝內(nèi)設(shè)１ 座量水堰，對壩基廊道內(nèi)滲流量進(jìn)行監(jiān)
測；結(jié)合現(xiàn)有下游老拱壩做下游截水墻，并結(jié)合原泄洪
缺口設(shè)量水堰對壩體滲流量進(jìn)行監(jiān)測。
２　監(jiān)測資料初步分析成果
由于目前監(jiān)測儀器投入運行時間較晚，壩體變形
資料分析［３］ 僅以壩體沉降磁環(huán)、瀝青心墻變形－心墻
最大斷面（Ｂ －Ｂ）應(yīng)變位移計過程線、位錯計典型過程
線、溫度過程線為例。
１）沉降磁環(huán)。目前，心墻上游磁環(huán)最大累計沉降
量為４２５ ｍｍ，占壩高的０．４３％。下游最大累計沉降
量為４６１ ｍｍ，占壩高的０．４６％，因此壩體累計沉降量
較小，碾壓較密實。心墻上、下游磁環(huán)累計沉降過程線
如圖５、圖６。從過程線可看出，心墻兩側(cè)的壩殼料沉
降變形量隨壩高增加而逐漸增大；變形主要發(fā)生在大
壩填筑期，２０１２ 年８ 月初壩體填筑到頂后，壩體沉降
量逐漸減緩并趨于穩(wěn)定。
２）瀝青心墻變形。應(yīng)變位移計用以監(jiān)測瀝青心
墻的垂直變形，心墻變形最大斷面（Ｂ －Ｂ）應(yīng)變位移計
典型過程線如圖７，從應(yīng)變位移計的過程線可看出，隨
著壩體和心墻的填筑，各測點的壓縮變形逐漸增大。
圖5　心墻上游磁環(huán)累計沉降過程線
圖6　心墻下游磁環(huán)累計沉降過程線
　　最下一層安裝的應(yīng)變位移計，心墻上下游側(cè)的壓
縮變形量基本接近，上面幾層安裝的應(yīng)變位移計上、下
游側(cè)的壓縮變形量相差稍大，一般在１ ～４ ｍｍ 之內(nèi)。
上、下游側(cè)的壓縮變形量相差最大部位在Ｃ －Ｃ 斷面、
１ ２０２．０ ｍ 高程，上游為０．６ ｍｍ，下游為１１．６ ｍｍ，相
差１１ ｍｍ。
２１
水電與新能源２０１４ 年第７ 期
圖7?。茫?、ＣＢ8 心墻垂直變形過程線
２０１２ 年８ 月中旬壩體和心墻填筑到頂后，瀝青心
墻各斷面變形都已基本穩(wěn)定，目前心墻最大壓縮變形
量為－１３．３ ｍｍ。壓縮應(yīng)變分別為Ａ －Ａ 斷面０．０２７
～０．０８１；Ｂ －Ｂ 斷面０．００９ ～０．１３３；Ｃ －Ｃ 斷面０．００６
～０．１１６。
３）位錯計。位錯計典型過程線見圖８，從中可看
出，經(jīng)過冬季４ 個月，岸坡位錯計相對變形量變化不
大，僅為０．４ ｍｍ 左右。２０１２ 年４ 月中旬壩體和心墻
重新填筑后，各測點變形明顯增加。２０１２ 年８ 月壩體
和心墻填筑到頂后，各測點的變形都已基本穩(wěn)定，最大
變形量為１３．１ ｍｍ。
４）瀝青心墻溫度。溫度計的過程線見圖９，從圖９
圖8?。茫? 位錯計變形過程線
中可看出，瀝青混凝土鋪筑時溫度很高，實測最高溫度
１６０．４℃，但高溫持續(xù)時間很短，迅速降至３５℃ ～
５０℃，此后下降趨緩，漸至環(huán)境溫度。
圖9?。裕?、ＴＣ1 瀝青心墻溫度過程線
３　結(jié)　語
根據(jù)石門水電站大壩的結(jié)構(gòu)及地質(zhì)地形特點，提
出瀝青心墻砂礫石壩的監(jiān)測重點，并結(jié)合目前國內(nèi)監(jiān)
測技術(shù)發(fā)展水平，對本工程大壩安全監(jiān)測做了精心設(shè)
計。同時對監(jiān)測儀器安裝埋設(shè)方法進(jìn)行了研究，提高
了儀器埋設(shè)的可靠性和成活率，簡化了安裝程序，同時
減小對土建施工的干擾，為指導(dǎo)石門水電站大壩施工
及后期安全運行提供了可靠保障。
同時值得欣慰的是，結(jié)合本工程儀器安裝埋設(shè)研
究的水工大壩心墻結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測方法于２０１３ 年獲得
中華人民共和國國家知識產(chǎn)權(quán)局專利［４］ ，意味著大壩
心墻變形監(jiān)測技術(shù)又邁進(jìn)一步。
參考文獻(xiàn)：
［１］ＤＬ／Ｔ ５２５９ －２０１０， 土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范［Ｓ］
［２］ＳＬ ５２ －９３， 水利水電工程施工測量規(guī)范［Ｓ］
［３］ＳＬ１６９ －１９９６， 土石壩安全監(jiān)測資料整編規(guī)程［Ｓ］
［４］顏義忠， 史鵬飛， 李運良， 等．水工大壩心墻變形監(jiān)測結(jié)

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