漿砌石重力壩老化問題分析

□劉麗芳

（博愛縣青天河水庫(kù)管理處）

1 引言

大壩作為一種重要的水工建筑物，對(duì)水利工程的正常運(yùn)行有著非常重要的影響作用。由于大壩長(zhǎng)期受高水頭侵滲、腐蝕、高速?zèng)_刷、長(zhǎng)期冰凍等因素影響，大壩的綜合特性，隨著時(shí)間的推移使大壩的正常運(yùn)行向不利方面變化，即：大壩運(yùn)行年齡逐漸增加，整個(gè)系統(tǒng)會(huì)發(fā)生老化。隨著大壩運(yùn)行年齡的變化隨之改變大壩的總和特性，而根據(jù)大壩的不同運(yùn)行時(shí)期合理進(jìn)行有針對(duì)性的工程維修與管理，則可提高大壩的安全性，延長(zhǎng)大壩的壽命。

2 工程概況

青天河水庫(kù)是建在丹河中游的一座集灌溉、防洪、供水、發(fā)電于一體的綜合利用中型水利工程。壩型為漿砌石溢流重力壩，壩長(zhǎng)159.00 m，壩高76.00 m。中間溢流壩段長(zhǎng)67.50 m，高60.00 m。水庫(kù)總庫(kù)容2 070萬(wàn)m3，防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇洪水設(shè)計(jì)，1 000 a 一遇洪水校核。控制流域面積2 513 km2。壩后建有兩座水力發(fā)電站，總裝機(jī)7臺(tái)，總裝機(jī)容量7 900 kW，年發(fā)電量2000 萬(wàn)kW·h。工程于1966 年8 月開工，1976 年12 月完成第一期工程并開始蓄水發(fā)電，1981年12月竣工。

3 大壩老化現(xiàn)狀

青天河水庫(kù)始建于“文革”特殊歷史時(shí)期，大壩運(yùn)行至今已近40 a，隨著運(yùn)行年齡的增長(zhǎng)，大壩出現(xiàn)了多種老化現(xiàn)象，主要表現(xiàn)在：①壩體裂縫逐年增多。擋水壩段的混凝土防滲面層，在施工縫上下兩側(cè)300.00 mm 范圍內(nèi)，混凝土部分脫落，產(chǎn)生龜裂，局部鋼筋外露。溢流閘墩部分由于安裝時(shí)人工鑿去混凝土，致使箍筋外露，銹蝕嚴(yán)重。部分順筋裂縫最大寬度達(dá)0.45 mm，溢流壩段除一條明顯的施工裂縫外，其余裂縫遍布整個(gè)壩面，最大裂縫寬度約為25.00 mm，較為嚴(yán)重，局部露出骨料。②壩體混凝土強(qiáng)度降低。③壩體碳化情況嚴(yán)重。最大碳化深度達(dá)34.00 mm。④壩體鋼筋銹蝕嚴(yán)重。

4 青天河水庫(kù)大壩老化問題分析

4.1 大壩綜合特性的變化過(guò)程

隨著大壩運(yùn)行年齡的變化隨之改變大壩的總和特性，而根據(jù)大壩的不同運(yùn)行時(shí)期合理進(jìn)行有針對(duì)性的工程維修與管理，則可提高大壩的安全性，延長(zhǎng)大壩的壽命。大壩正常使用周期內(nèi)的變化過(guò)程為適應(yīng)期、穩(wěn)定期和老化期三個(gè)階段。適應(yīng)期：大壩運(yùn)行的早期，在時(shí)間上包括水庫(kù)開始蓄水到第一次蓄滿水以后的3-5 a時(shí)間。穩(wěn)定期：大壩通過(guò)早期階段的調(diào)整后，對(duì)運(yùn)行環(huán)境已經(jīng)適應(yīng)，大壩的變形和滲流量等基本趨于穩(wěn)定。老化期：大壩運(yùn)行的晚期，大壩及其附屬建筑物功能開始退化。出現(xiàn)的問題主要是因?yàn)楣δ芾匣ㄟ^(guò)及時(shí)的修補(bǔ)就可以防止老化的進(jìn)一步發(fā)展，提高大壩安全性，延長(zhǎng)大壩的壽命。

4.2 青天河大壩存在的老化問題分析

4.2.1 大壩綜合特性測(cè)試情況

為較精準(zhǔn)地掌握大壩運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)大壩的具體情況及工程特點(diǎn)，對(duì)大壩的混凝土強(qiáng)度、碳化深度、鋼筋銹蝕等進(jìn)行了綜合測(cè)試。

4.2.1.1 混凝土強(qiáng)度測(cè)試

混凝土強(qiáng)度測(cè)試采用回彈法檢測(cè)、取蕊樣修正的方法進(jìn)行。分別在右岸、左岸擋水壩段、溢流壩段均劃十個(gè)不同檢測(cè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域布設(shè)10個(gè)測(cè)區(qū)，測(cè)試結(jié)果見下表1。

表1 混凝土強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果表

從測(cè)試結(jié)果看，擋水壩段混凝土質(zhì)量極不均勻，數(shù)據(jù)離散性大，溢流壩段較為均勻。右岸壩段混凝土質(zhì)量較差。

4.2.1.2 壩體碳化深度測(cè)試

根據(jù)水工建筑物分布情況和運(yùn)行現(xiàn)狀，分別在左岸、右岸擋水壩段、溢流壩段、閘墩等部位設(shè)立測(cè)區(qū)進(jìn)行壩體碳化深度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果詳見表2。

表2 混凝土碳化深度測(cè)試結(jié)果表

從測(cè)試結(jié)果看，壩體碳化情況較嚴(yán)重，直接影響壩體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

4.2.1.3 鋼筋銹蝕程度測(cè)試

對(duì)鋼筋銹蝕采用失重法進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)混凝土密實(shí)區(qū)和混凝土剝落區(qū)外露的鋼筋，分別各取四個(gè)樣品檢測(cè)，測(cè)試結(jié)果詳見表3。

表3 鋼筋銹蝕測(cè)試結(jié)果表

從測(cè)試結(jié)果看，外露區(qū)鋼筋銹蝕程度較嚴(yán)重。

4.2.2 大壩老化問題分析及其危害

4.2.2.1 歷史原因

①由于大壩始建于20世紀(jì)60年代初，受當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求、建壩技術(shù)、施工方法等多方面因素限制，首先，存在老化問題已經(jīng)不滿足現(xiàn)有相關(guān)規(guī)定的安全運(yùn)行要求。并且，在設(shè)計(jì)上，以往的設(shè)計(jì)通常以安全穩(wěn)定和強(qiáng)度控制而對(duì)耐久性往往重視不夠，設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)也較低。②青天河水庫(kù)大壩原防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 a 一遇設(shè)計(jì)，500 a 一遇校核，“75.8”大水后，按1 000 a 一遇校核洪水對(duì)大壩進(jìn)行校核后，僅對(duì)壩高按1 000 a 一遇防洪要求垂直加高4.00 m，壩后坡未加固，壩身單薄，大壩的抗滑穩(wěn)定性不滿足規(guī)范要求。在2001 年進(jìn)行的除險(xiǎn)加固項(xiàng)目實(shí)施中，才對(duì)壩后坡進(jìn)行了貼坡加固，以增加壩體的穩(wěn)定性。③在施工方面，由于當(dāng)時(shí)施工隊(duì)伍全是由博愛縣政府在各村征派的民工組成，施工人員素質(zhì)低，又加上建壩技術(shù)、施工方法落后，沒能對(duì)施工進(jìn)行規(guī)范要求，造成壩體局部混凝土在混凝土澆注、溫控和養(yǎng)護(hù)、基礎(chǔ)處理等方面都存在著質(zhì)量問題，造成大壩本身的安全隱患。④在管理方面，由于監(jiān)測(cè)設(shè)施不完善，監(jiān)測(cè)資料收集的不完全，使得大壩運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的老化征兆得不到及時(shí)發(fā)現(xiàn)和維修，造成老化問題逐漸較快的發(fā)展。

4.2.2.2 運(yùn)行原因

由于該大壩長(zhǎng)期受高水頭侵滲、腐蝕、高速?zèng)_刷、長(zhǎng)期冰凍等因素影響，大壩的綜合特性，隨著時(shí)間的推移使大壩的正常運(yùn)行向不利方面變化。在2001 年進(jìn)行的除險(xiǎn)加固項(xiàng)目實(shí)施中，對(duì)壩基重新進(jìn)行了一次帷幕灌漿后，揚(yáng)壓力指標(biāo)才得到了明顯的改善。隨著水庫(kù)的蓄水，庫(kù)區(qū)泥沙淤積、庫(kù)水對(duì)岸的侵蝕、庫(kù)岸巖土強(qiáng)度隨時(shí)下降引起的連起失穩(wěn)、高速水流對(duì)壩下游區(qū)河床的沖刷等多種原因，大壩上游和下游區(qū)的河流水力特性以及庫(kù)岸地下水流態(tài)均發(fā)生了較大的變化，逐漸導(dǎo)致庫(kù)區(qū)及庫(kù)岸惡化問題。在常年的氣蝕破壞、沖刷等運(yùn)行工況下，產(chǎn)生了大壩溢流段、引水洞、輸水洞等附屬建筑物不同程度的氣蝕老化現(xiàn)象。閘門、電機(jī)設(shè)備等金屬結(jié)構(gòu)的銹蝕、變形等老化問題。

4.2.3 青天河水庫(kù)大壩老化問題的危害

4.2.3.1 使大壩工程效益下降

汛期需要設(shè)置汛限水位，汛限水位為353.00 m，由此直接造成興利庫(kù)容減少約644 萬(wàn)m3，防洪庫(kù)容減少約894 萬(wàn)m3，灌溉面積減少約3 333 hm2，供水能力減少約500 萬(wàn)m3，嚴(yán)重影響水庫(kù)的防洪、供水、灌溉和發(fā)電等綜合效益的發(fā)揮，工程效益大大下降，影響防洪和蓄水興利。

4.2.3.2 給下游安全帶來(lái)威脅

青天河水庫(kù)下游有青天河一、二級(jí)兩級(jí)水力發(fā)電站、沿線博愛縣和沁陽(yáng)市兩縣村莊、博愛縣城，以及新太和焦枝鐵路、詹泗和新濟(jì)公路、焦晉高速等重要交通干線。大壩的安全性下降會(huì)直接給下游的安全帶來(lái)嚴(yán)重威脅。

4.2.3.3 投入維修資金增大

大壩的日益老化，會(huì)使工程維修和更新所需要的投入資金大大增加。

5 結(jié)語(yǔ)

1998年以來(lái)，水利部加大了對(duì)病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固的投入，并為病險(xiǎn)水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固工作的順利開展提供了良好的政策和資金保障，基于青天河水庫(kù)大壩老化問題嚴(yán)重，已于2011年?duì)幦〉街醒牒褪∷a(bǔ)助資金，進(jìn)行了壩后坡貼坡加固、帷幕灌漿等險(xiǎn)除險(xiǎn)加固項(xiàng)目，但由于資金有限，仍有溢流壩面裂縫、金屬結(jié)構(gòu)老化、鋼筋銹蝕以及壩體混凝土碳化等多種老化問題尚未處理，而且隨著運(yùn)行年齡增長(zhǎng)，大壩的老化問題會(huì)日益嚴(yán)重，為保證大墳的安全運(yùn)行，需要從大壩老化類型、機(jī)理和原因、老化過(guò)程及其對(duì)大壩的影響、防止才華措施、老化檢測(cè)和現(xiàn)代修補(bǔ)技術(shù)等多方面進(jìn)行全面系統(tǒng)的研究，并適時(shí)做好除險(xiǎn)加固工作。