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石门水电站沥青混凝土心墙坝安全监测设计

文档作者：戴年粉，李运良，史鹏飞文档来源：中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院有限公司		点击数：	更新时间： 2024年02月21日
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２０１４ 年第７ 期
２０１４ Ｎｕｍｂｅｒ ７
水电与新能源
ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ ＡＮＤ ＮＥＷ ＥＮＥＲＧＹ
总第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 作者简介：戴年粉，女，工程师，从事水电站大坝安全监测工作。
石门水电站沥青混凝土心墙坝安全监测设计
戴年粉，李运良，史鹏飞
（中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州贵阳　５５００８１）
摘要：介绍了呼图壁河石门水电站沥青混凝土心墙坝原型观测监测重点、监测项目、监测方法、仪器布置、安装埋设等设
计成果，并对监测资料进行了初步分析，就实施中存在的问题提出了处理建议。
关键词：沥青混凝土心墙坝；安全监测；资料分析
中图分类号：ＴＶ６４１．２５：ＴＵ５２８．４２　　文献标志码：Ｂ　　文章编号：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
　　新疆呼图壁河石门水电站工程位于新疆维吾尔自
治区呼图壁县的西南面，是呼图壁河中游河段河流规
划中的第三级水电站。调节库容为７ ０１６ ×１０４ ｍ３ ，电
站装机容量９５ ＭＷ，多年平均发电量２．１４ 亿ｋＷ· ｈ。
电站枢纽由沥青心墙砂砾石坝、右岸泄洪系统、左岸引
水系统、地面厂房组成。工程为Ⅲ等工程，工程规模属
中型，水工建筑物中大坝级别按２ 级建筑物设计；泄水
建筑物、进水口、引水隧洞、厂房、消能防冲等主要建筑
物级别按３ 级设计。
沥青心墙砂砾石坝最大坝高１０６．００ ｍ，坝顶全长
３１２．５１ ｍ，坝顶宽１０ ｍ，上游坡度１∶２．２，下游坡度
１∶２，坝体最大底宽３９２ ｍ。
石门坝址位于不对称的峡谷区，坝基及坝肩岩石
多为泥岩及泥质粉砂岩，坝基座落于冲积砂砾层，沥青
混凝土心墙基座座落于弱风化的砾岩及泥岩上，岩层
倾下游微偏左岸，裂隙较发育。
１　大坝安全监测设计
大坝变形是大坝安全监控的重要指标，对指导施
工也有重要意义。根据本工程大坝结构及地质地形特
点，将堆石体变形、心墙变形、两岸陡峻部位心墙与基
础的剪切变形、心墙与反滤料相对变形作为本工程的
设计重点。
沥青混凝土施工时温度高达１７０℃左右，对安全
监测仪器提出了耐高温要求，采用的监测仪器设备能
满足长期观测要求，同时对安全监测仪器安装埋设方
法进行研究，以提高仪器埋设的可靠性和成活率，并尽
可能简化安装同时减小对土建施工的干扰。
1．1　沥青混凝土心墙坝监测布置
根据现行规范，本工程大坝设有大坝外部变形、大
坝内部变形、心墙变形、心墙温度、坝体及坝基渗流渗
压等监测项目［１］ 。
１．１．１　外部变形监测
大坝表面变形监测采用视准线法和前方交会
法［２］ 共同监测。
大坝共布置６ 条视准线，其中在坝顶部位布置２
条Ｌ４ 和Ｌ５，Ｌ４ 位于心墙下游坝顶，Ｌ５ 位于心墙上游
坝顶防浪墙前；下游坡高程１ ２１２．４３、１ １８７．０８、
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戴年粉，等：石门水电站沥青混凝土心墙坝安全监测设计２０１４ 年７ 月
１ １６０．１４ ｍ 各布置１ 条视准线Ｌ１、Ｌ２ 和Ｌ３；上游坡高
程１ ２１０．８０ ｍ 布置１ 条视准线Ｌ６，视准线Ｌ６ 为施工
期临时监测。视准线上每隔３０ ～４５ ｍ 设一个变形观
测墩，平面上呈网格状布置，并统筹下游内部变形观测
房的位置，以做为内部变形的基准点。
各视准线两岸坝肩稳定边坡上布置观测墩作为表
面变形测点的工作基点，其中测站ＣＺＭ１ 上测点ＴＰ１
－１ 利用ＴＢ２ －１、ＴＢ２ －２ 采用前方交会法进行观测，
测站ＣＺＭ３ 上测点ＴＰ３ －５ 利用ＴＢ４ －１、ＴＢ４ －２ 采用
前方交会法进行观测，其余测点采用视准线法进行观
测，见图１。
图1　沥青混凝土心墙坝表面变形布置图
在视准线Ｌ２ ～Ｌ５ 两端延长线上设置校测基点，
校测基点基础坐落在稳定基岩上，所有外部变形观测
墩均采用综合测点观测墩，即同时布置水平位移强制
对中基座和水准标志进行施测。共设置水平位移观测
墩共４２ 个，水准标志４２ 个。
１．１．２　内部变形监测
大坝内部变形选用引张线水平位移计、水管式沉
降仪及电磁式沉降仪进行监测。在河谷部位及左右岸
各选择１ 个横向断面布置，桩号坝横左０ ＋０１０．００、坝
横左０ ＋０７５．００ 和坝横右０ －０４５．０００， 在高程
１ １５５．７４、１１８０．００ ｍ 和１２１０．００ ｍ 设７ 个观测条带，
其中河谷断面３ 个，左右岸断面各２ 个。为防止监测
设施对工程安全造成隐患，参照现行规范及类似工程，
本工程仅在下游侧布置引张线水平位移计及水管式沉
降仪测点，为了尽可能多地观测内部变形，各观测条带
上游第一个测点布置在心墙过渡料内。各断面内部变
形测点呈网格状布置，测点间距２５ ～３５ ｍ。大坝内部
变形共布置引张线测点和水管式沉降仪测点各３０ 个。
为减少埋设仪器对大坝填筑的影响，将水平位移
计与水管式沉降仪布置在同一基床面上，两种仪器一
次埋设完成。安装条带平均坡度为２％，其测点高程
误差不超过５ ｃｍ。用小型振动平碾碾压沟底，当条带
开挖平整后进行填料并振实。
为更准确地了解和掌握堆石体内部变形，在坝横
０ ＋０００．００ 断面沥青混凝土心墙的上、下游侧布置电
磁式沉降仪（兼做测斜孔），其中上游侧沉降仪孔口高
程为１ ２４１．５ ｍ，高于正常蓄水位高程；测斜管上每
１０ ｍ高度设沉降环，共１８ 个，上游侧电磁式沉降仪孔
底落在混凝土基座上，下游侧孔底落在弱风化基岩上，
底部可做为相对不动点。电磁式沉降仪监测布置见图
２，水平位移计及水管式沉降仪监测布置见图３。
图2　砂砾石填筑体内部变形监测图
１．１．３　沥青混凝土心墙变形及温度的监测
１）心墙变形监测。由于沥青混凝土心墙结构高
且较薄，在水压力等外荷载作用下容易变形；并且与土
建施工干扰较大，心墙周边大坝碾压质量控制难度较
大，因此对心墙结构的变形监测尤其重要。心墙变形
监测包括心墙自身变形、心墙与垫层料相对变形、心墙
与廊道相对变形３ 种内容。其中心墙与垫层料、心墙
与廊道相对变形又分为位错变形和接缝开度变形２ 类
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水电与新能源２０１４ 年第７ 期
图3　沥青混凝土心墙坝内部变形监测图
变形。
心墙自身变形、心墙与垫层料相对变形共选择３
个典型断面布置，分别为横左０ ＋０１０．０００ ｍ、横左０ ＋
０７５．０００ ｍ 和横右０ －０４５．０００ ｍ，与坝体内部变形的
监测断面相一致。各类监测仪器呈组集中布置，以利
于资料对比分析并减少仪器埋设对土建施工的影响。
最大坝高处断面按６ 层布置，右侧断面按５ 层布置，左
侧断面按３ 层布置，高程１ １７２ ｍ 以下按１０ ｍ 高差布
置，其余层间高差为１５ ｍ。同一高程沥青混凝土心墙
上下游两侧分别布置应变计，在下游侧分别布置位错
计及测缝计。共布置位错计１２ 支，测缝计１７ 支，应变
位移计２８ 支。
心墙与廊道相对变形监测沿坝基廊道共设８ 个测
点，其中左岸测点设在地形开挖突变处，右岸坡陡但坡
度均匀，测点高差为１０ ～３２ ｍ。心墙与廊道相对变形
共布置８ 支测缝计、６ 支位错计，见图４。
心墙自身变形采用标准量程１００ ｍｍ，标距１２０ ｃｍ
的土应变计进行观测，两端均锚在心墙内；通过应变位
移计推测心墙在自重及外力作用下的变形，并通过上
下游侧各应变位移计可获得心墙整体的挠度变形情
况。位错计采用标准量程１５０ ｍｍ 的裂缝计改造，一
端锚在心墙内、另一端锚在垫层料内，通过位错计可以
监测心墙与垫层料的垂直相对变形。测缝计用以监测
心墙与垫层料接缝的开度变化。
为了便于仪器安装埋设施工，减少对土建施工的
影响，增加仪器埋设的可靠性和成活率，本工程对仪器
安装方法进行研究。在沥青混凝土心墙和廊道顶部混
凝土中预埋监测仪器锚固板，锚板应随沥青混凝土施
工一并埋设，以保证锚板与沥青混凝土结合良好。过
图4　心墙变形监测仪器布置图
渡料中预埋测缝计、位错计模具，待过渡料填筑高出仪
器埋设顶部５０ ｃｍ 后，挖开过渡料取下模具，安装仪
器，安装完成后回填过渡料，回填超过仪器埋设高程
２ ｍ 后方可机械碾压，廊道顶部混凝土预埋锚固板应
高于心墙预埋锚固板。测缝计、位错计应紧贴心墙边
缘埋设，锚固板尽量伸入结构。
２）心墙温度监测。由于沥青混凝土心墙在摊铺
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戴年粉，等：石门水电站沥青混凝土心墙坝安全监测设计２０１４ 年７ 月
过程中，入仓温度达１４０ ～１７０℃，因此考虑在心墙结
构３ 个监测断面布置温度计进行监测，除在高程
１ ２１７ ｍ 以下布置挠度监测仪器的测点布置温度计
外，在高程１ ２２９、１ ２４０．５ ｍ 再布置２ 层温度计，采用
钻孔埋设，待沥青混凝土摊铺后，在测点由下游打斜孔
至仪器埋设位置，埋入温度计，共布置温度计２２ 支，再
回填沥青混凝土。温度计电缆应用高温布包裹后，向
下游牵引至过渡料，避免沥青高温影响电缆使用。
1．2　大坝渗流渗压监测设计
１）坝基及坝体渗压监测。在灌浆廊道底部布置１
个纵向坝基渗压监测断面，布置５ 个测压管对帷后渗
压进行监测。在河谷部位布置１ 个横向监测断面，在
心墙上游布置了３ 支渗压计，心墙下游布置了５ 支渗
压计，对坝体浸润线进行观测。
２）大坝渗流量监测。在坝基廊道１ 号集水井处
排水沟内设１ 座量水堰，对坝基廊道内渗流量进行监
测；结合现有下游老拱坝做下游截水墙，并结合原泄洪
缺口设量水堰对坝体渗流量进行监测。
２　监测资料初步分析成果
由于目前监测仪器投入运行时间较晚，坝体变形
资料分析［３］ 仅以坝体沉降磁环、沥青心墙变形－心墙
最大断面（Ｂ －Ｂ）应变位移计过程线、位错计典型过程
线、温度过程线为例。
１）沉降磁环。目前，心墙上游磁环最大累计沉降
量为４２５ ｍｍ，占坝高的０．４３％。下游最大累计沉降
量为４６１ ｍｍ，占坝高的０．４６％，因此坝体累计沉降量
较小，碾压较密实。心墙上、下游磁环累计沉降过程线
如图５、图６。从过程线可看出，心墙两侧的坝壳料沉
降变形量随坝高增加而逐渐增大；变形主要发生在大
坝填筑期，２０１２ 年８ 月初坝体填筑到顶后，坝体沉降
量逐渐减缓并趋于稳定。
２）沥青心墙变形。应变位移计用以监测沥青心
墙的垂直变形，心墙变形最大断面（Ｂ －Ｂ）应变位移计
典型过程线如图７，从应变位移计的过程线可看出，随
着坝体和心墙的填筑，各测点的压缩变形逐渐增大。
图5　心墙上游磁环累计沉降过程线
图6　心墙下游磁环累计沉降过程线
　　最下一层安装的应变位移计，心墙上下游侧的压
缩变形量基本接近，上面几层安装的应变位移计上、下
游侧的压缩变形量相差稍大，一般在１ ～４ ｍｍ 之内。
上、下游侧的压缩变形量相差最大部位在Ｃ －Ｃ 断面、
１ ２０２．０ ｍ 高程，上游为０．６ ｍｍ，下游为１１．６ ｍｍ，相
差１１ ｍｍ。
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水电与新能源２０１４ 年第７ 期
图7　ＣＢ7、ＣＢ8 心墙垂直变形过程线
２０１２ 年８ 月中旬坝体和心墙填筑到顶后，沥青心
墙各断面变形都已基本稳定，目前心墙最大压缩变形
量为－１３．３ ｍｍ。压缩应变分别为Ａ －Ａ 断面０．０２７
～０．０８１；Ｂ －Ｂ 断面０．００９ ～０．１３３；Ｃ －Ｃ 断面０．００６
～０．１１６。
３）位错计。位错计典型过程线见图８，从中可看
出，经过冬季４ 个月，岸坡位错计相对变形量变化不
大，仅为０．４ ｍｍ 左右。２０１２ 年４ 月中旬坝体和心墙
重新填筑后，各测点变形明显增加。２０１２ 年８ 月坝体
和心墙填筑到顶后，各测点的变形都已基本稳定，最大
变形量为１３．１ ｍｍ。
４）沥青心墙温度。温度计的过程线见图９，从图９
图8　Ｃｘｑ3 位错计变形过程线
中可看出，沥青混凝土铺筑时温度很高，实测最高温度
１６０．４℃，但高温持续时间很短，迅速降至３５℃ ～
５０℃，此后下降趋缓，渐至环境温度。
图9　ＴＢ2、ＴＣ1 沥青心墙温度过程线
３　结　语
根据石门水电站大坝的结构及地质地形特点，提
出沥青心墙砂砾石坝的监测重点，并结合目前国内监
测技术发展水平，对本工程大坝安全监测做了精心设
计。同时对监测仪器安装埋设方法进行了研究，提高
了仪器埋设的可靠性和成活率，简化了安装程序，同时
减小对土建施工的干扰，为指导石门水电站大坝施工
及后期安全运行提供了可靠保障。
同时值得欣慰的是，结合本工程仪器安装埋设研
究的水工大坝心墙结构变形监测方法于２０１３ 年获得
中华人民共和国国家知识产权局专利［４］ ，意味着大坝
心墙变形监测技术又迈进一步。
参考文献：
［１］ＤＬ／Ｔ ５２５９ －２０１０， 土石坝安全监测技术规范［Ｓ］
［２］ＳＬ ５２ －９３， 水利水电工程施工测量规范［Ｓ］
［３］ＳＬ１６９ －１９９６， 土石坝安全监测资料整编规程［Ｓ］
［４］颜义忠， 史鹏飞， 李运良， 等．水工大坝心墙变形监测结

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