漿砌石重力壩老化問題分析

□劉麗芳

（博愛縣青天河水庫管理處）

1 引言

大壩作為一種重要的水工建筑物，對水利工程的正常運行有著非常重要的影響作用。由于大壩長期受高水頭侵滲、腐蝕、高速沖刷、長期冰凍等因素影響，大壩的綜合特性，隨著時間的推移使大壩的正常運行向不利方面變化，即：大壩運行年齡逐漸增加，整個系統會發生老化。隨著大壩運行年齡的變化隨之改變大壩的總和特性，而根據大壩的不同運行時期合理進行有針對性的工程維修與管理，則可提高大壩的安全性，延長大壩的壽命。

2 工程概況

青天河水庫是建在丹河中游的一座集灌溉、防洪、供水、發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159.00 m，壩高76.00 m。中間溢流壩段長67.50 m，高60.00 m。水庫總庫容2 070萬m3，防洪標準為50 a一遇洪水設計，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電站，總裝機7臺，總裝機容量7 900 kW，年發電量2000 萬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電，1981年12月竣工。

3 大壩老化現狀

青天河水庫始建于“文革”特殊歷史時期，大壩運行至今已近40 a，隨著運行年齡的增長，大壩出現了多種老化現象，主要表現在：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300.00 mm 范圍內，混凝土部分脫落，產生龜裂，局部鋼筋外露。溢流閘墩部分由于安裝時人工鑿去混凝土，致使箍筋外露，銹蝕嚴重。部分順筋裂縫最大寬度達0.45 mm，溢流壩段除一條明顯的施工裂縫外，其余裂縫遍布整個壩面，最大裂縫寬度約為25.00 mm，較為嚴重，局部露出骨料。②壩體混凝土強度降低。③壩體碳化情況嚴重。最大碳化深度達34.00 mm。④壩體鋼筋銹蝕嚴重。

4 青天河水庫大壩老化問題分析

4.1 大壩綜合特性的變化過程

隨著大壩運行年齡的變化隨之改變大壩的總和特性，而根據大壩的不同運行時期合理進行有針對性的工程維修與管理，則可提高大壩的安全性，延長大壩的壽命。大壩正常使用周期內的變化過程為適應期、穩定期和老化期三個階段。適應期：大壩運行的早期，在時間上包括水庫開始蓄水到第一次蓄滿水以后的3-5 a時間。穩定期：大壩通過早期階段的調整后，對運行環境已經適應，大壩的變形和滲流量等基本趨于穩定。老化期：大壩運行的晚期，大壩及其附屬建筑物功能開始退化。出現的問題主要是因為功能老化，通過及時的修補就可以防止老化的進一步發展，提高大壩安全性，延長大壩的壽命。

4.2 青天河大壩存在的老化問題分析

4.2.1 大壩綜合特性測試情況

為較精準地掌握大壩運行狀態，根據大壩的具體情況及工程特點，對大壩的混凝土強度、碳化深度、鋼筋銹蝕等進行了綜合測試。

4.2.1.1 混凝土強度測試

混凝土強度測試采用回彈法檢測、取蕊樣修正的方法進行。分別在右岸、左岸擋水壩段、溢流壩段均劃十個不同檢測區域，每個區域布設10個測區，測試結果見下表1。

表1 混凝土強度測試結果表

從測試結果看，擋水壩段混凝土質量極不均勻，數據離散性大，溢流壩段較為均勻。右岸壩段混凝土質量較差。

4.2.1.2 壩體碳化深度測試

根據水工建筑物分布情況和運行現狀，分別在左岸、右岸擋水壩段、溢流壩段、閘墩等部位設立測區進行壩體碳化深度測試，測試結果詳見表2。

表2 混凝土碳化深度測試結果表

從測試結果看，壩體碳化情況較嚴重，直接影響壩體結構強度。

4.2.1.3 鋼筋銹蝕程度測試

對鋼筋銹蝕采用失重法進行檢測，結混凝土密實區和混凝土剝落區外露的鋼筋，分別各取四個樣品檢測，測試結果詳見表3。

表3 鋼筋銹蝕測試結果表

從測試結果看，外露區鋼筋銹蝕程度較嚴重。

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60年代初，受當時設計標準要求、建壩技術、施工方法等多方面因素限制，首先，存在老化問題已經不滿足現有相關規定的安全運行要求。并且，在設計上，以往的設計通常以安全穩定和強度控制而對耐久性往往重視不夠，設計防洪標準也較低。②青天河水庫大壩原防洪標準為50 a 一遇設計，500 a 一遇校核，“75.8”大水后，按1 000 a 一遇校核洪水對大壩進行校核后，僅對壩高按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，大壩的抗滑穩定性不滿足規范要求。在2001 年進行的除險加固項目實施中，才對壩后坡進行了貼坡加固，以增加壩體的穩定性。③在施工方面，由于當時施工隊伍全是由博愛縣政府在各村征派的民工組成，施工人員素質低，又加上建壩技術、施工方法落后，沒能對施工進行規范要求，造成壩體局部混凝土在混凝土澆注、溫控和養護、基礎處理等方面都存在著質量問題，造成大壩本身的安全隱患。④在管理方面，由于監測設施不完善，監測資料收集的不完全，使得大壩運行過程中出現的老化征兆得不到及時發現和維修，造成老化問題逐漸較快的發展。

4.2.2.2 運行原因

由于該大壩長期受高水頭侵滲、腐蝕、高速沖刷、長期冰凍等因素影響，大壩的綜合特性，隨著時間的推移使大壩的正常運行向不利方面變化。在2001 年進行的除險加固項目實施中，對壩基重新進行了一次帷幕灌漿后，揚壓力指標才得到了明顯的改善。隨著水庫的蓄水，庫區泥沙淤積、庫水對岸的侵蝕、庫岸巖土強度隨時下降引起的連起失穩、高速水流對壩下游區河床的沖刷等多種原因，大壩上游和下游區的河流水力特性以及庫岸地下水流態均發生了較大的變化，逐漸導致庫區及庫岸惡化問題。在常年的氣蝕破壞、沖刷等運行工況下，產生了大壩溢流段、引水洞、輸水洞等附屬建筑物不同程度的氣蝕老化現象。閘門、電機設備等金屬結構的銹蝕、變形等老化問題。

4.2.3 青天河水庫大壩老化問題的危害

4.2.3.1 使大壩工程效益下降

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

4.2.3.2 給下游安全帶來威脅

青天河水庫下游有青天河一、二級兩級水力發電站、沿線博愛縣和沁陽市兩縣村莊、博愛縣城，以及新太和焦枝鐵路、詹泗和新濟公路、焦晉高速等重要交通干線。大壩的安全性下降會直接給下游的安全帶來嚴重威脅。

4.2.3.3 投入維修資金增大

大壩的日益老化，會使工程維修和更新所需要的投入資金大大增加。

5 結語

1998年以來，水利部加大了對病險水庫除險加固的投入，并為病險水庫大壩除險加固工作的順利開展提供了良好的政策和資金保障，基于青天河水庫大壩老化問題嚴重，已于2011年爭取到中央和省水利補助資金，進行了壩后坡貼坡加固、帷幕灌漿等險除險加固項目，但由于資金有限，仍有溢流壩面裂縫、金屬結構老化、鋼筋銹蝕以及壩體混凝土碳化等多種老化問題尚未處理，而且隨著運行年齡增長，大壩的老化問題會日益嚴重，為保證大墳的安全運行，需要從大壩老化類型、機理和原因、老化過程及其對大壩的影響、防止才華措施、老化檢測和現代修補技術等多方面進行全面系統的研究，并適時做好除險加固工作。