浆砌石重力坝老化问题分析

□刘丽芳

（博爱县青天河水库管理处）

1 引言

大坝作为一种重要的水工建筑物，对水利工程的正常运行有着非常重要的影响作用。由于大坝长期受高水头侵渗、腐蚀、高速冲刷、长期冰冻等因素影响，大坝的综合特性，随着时间的推移使大坝的正常运行向不利方面变化，即：大坝运行年龄逐渐增加，整个系统会发生老化。随着大坝运行年龄的变化随之改变大坝的总和特性，而根据大坝的不同运行时期合理进行有针对性的工程维修与管理，则可提高大坝的安全性，延长大坝的寿命。

2 工程概况

青天河水库是建在丹河中游的一座集灌溉、防洪、供水、发电于一体的综合利用中型水利工程。坝型为浆砌石溢流重力坝，坝长159.00 m，坝高76.00 m。中间溢流坝段长67.50 m，高60.00 m。水库总库容2 070万m3，防洪标准为50 a一遇洪水设计，1 000 a 一遇洪水校核。控制流域面积2 513 km2。坝后建有两座水力发电站，总装机7台，总装机容量7 900 kW，年发电量2000 万kW·h。工程于1966 年8 月开工，1976 年12 月完成第一期工程并开始蓄水发电，1981年12月竣工。

3 大坝老化现状

青天河水库始建于“文革”特殊历史时期，大坝运行至今已近40 a，随着运行年龄的增长，大坝出现了多种老化现象，主要表现在：①坝体裂缝逐年增多。挡水坝段的混凝土防渗面层，在施工缝上下两侧300.00 mm 范围内，混凝土部分脱落，产生龟裂，局部钢筋外露。溢流闸墩部分由于安装时人工凿去混凝土，致使箍筋外露，锈蚀严重。部分顺筋裂缝最大宽度达0.45 mm，溢流坝段除一条明显的施工裂缝外，其余裂缝遍布整个坝面，最大裂缝宽度约为25.00 mm，较为严重，局部露出骨料。②坝体混凝土强度降低。③坝体碳化情况严重。最大碳化深度达34.00 mm。④坝体钢筋锈蚀严重。

4 青天河水库大坝老化问题分析

4.1 大坝综合特性的变化过程

随着大坝运行年龄的变化随之改变大坝的总和特性，而根据大坝的不同运行时期合理进行有针对性的工程维修与管理，则可提高大坝的安全性，延长大坝的寿命。大坝正常使用周期内的变化过程为适应期、稳定期和老化期三个阶段。适应期：大坝运行的早期，在时间上包括水库开始蓄水到第一次蓄满水以后的3-5 a时间。稳定期：大坝通过早期阶段的调整后，对运行环境已经适应，大坝的变形和渗流量等基本趋于稳定。老化期：大坝运行的晚期，大坝及其附属建筑物功能开始退化。出现的问题主要是因为功能老化，通过及时的修补就可以防止老化的进一步发展，提高大坝安全性，延长大坝的寿命。

4.2 青天河大坝存在的老化问题分析

4.2.1 大坝综合特性测试情况

为较精准地掌握大坝运行状态，根据大坝的具体情况及工程特点，对大坝的混凝土强度、碳化深度、钢筋锈蚀等进行了综合测试。

4.2.1.1 混凝土强度测试

混凝土强度测试采用回弹法检测、取蕊样修正的方法进行。分别在右岸、左岸挡水坝段、溢流坝段均划十个不同检测区域，每个区域布设10个测区，测试结果见下表1。

表1 混凝土强度测试结果表

从测试结果看，挡水坝段混凝土质量极不均匀，数据离散性大，溢流坝段较为均匀。右岸坝段混凝土质量较差。

4.2.1.2 坝体碳化深度测试

根据水工建筑物分布情况和运行现状，分别在左岸、右岸挡水坝段、溢流坝段、闸墩等部位设立测区进行坝体碳化深度测试，测试结果详见表2。

表2 混凝土碳化深度测试结果表

从测试结果看，坝体碳化情况较严重，直接影响坝体结构强度。

4.2.1.3 钢筋锈蚀程度测试

对钢筋锈蚀采用失重法进行检测，结混凝土密实区和混凝土剥落区外露的钢筋，分别各取四个样品检测，测试结果详见表3。

表3 钢筋锈蚀测试结果表

从测试结果看，外露区钢筋锈蚀程度较严重。

4.2.2 大坝老化问题分析及其危害

4.2.2.1 历史原因

①由于大坝始建于20世纪60年代初，受当时设计标准要求、建坝技术、施工方法等多方面因素限制，首先，存在老化问题已经不满足现有相关规定的安全运行要求。并且，在设计上，以往的设计通常以安全稳定和强度控制而对耐久性往往重视不够，设计防洪标准也较低。②青天河水库大坝原防洪标准为50 a 一遇设计，500 a 一遇校核，“75.8”大水后，按1 000 a 一遇校核洪水对大坝进行校核后，仅对坝高按1 000 a 一遇防洪要求垂直加高4.00 m，坝后坡未加固，坝身单薄，大坝的抗滑稳定性不满足规范要求。在2001 年进行的除险加固项目实施中，才对坝后坡进行了贴坡加固，以增加坝体的稳定性。③在施工方面，由于当时施工队伍全是由博爱县政府在各村征派的民工组成，施工人员素质低，又加上建坝技术、施工方法落后，没能对施工进行规范要求，造成坝体局部混凝土在混凝土浇注、温控和养护、基础处理等方面都存在着质量问题，造成大坝本身的安全隐患。④在管理方面，由于监测设施不完善，监测资料收集的不完全，使得大坝运行过程中出现的老化征兆得不到及时发现和维修，造成老化问题逐渐较快的发展。

4.2.2.2 运行原因

由于该大坝长期受高水头侵渗、腐蚀、高速冲刷、长期冰冻等因素影响，大坝的综合特性，随着时间的推移使大坝的正常运行向不利方面变化。在2001 年进行的除险加固项目实施中，对坝基重新进行了一次帷幕灌浆后，扬压力指标才得到了明显的改善。随着水库的蓄水，库区泥沙淤积、库水对岸的侵蚀、库岸岩土强度随时下降引起的连起失稳、高速水流对坝下游区河床的冲刷等多种原因，大坝上游和下游区的河流水力特性以及库岸地下水流态均发生了较大的变化，逐渐导致库区及库岸恶化问题。在常年的气蚀破坏、冲刷等运行工况下，产生了大坝溢流段、引水洞、输水洞等附属建筑物不同程度的气蚀老化现象。闸门、电机设备等金属结构的锈蚀、变形等老化问题。

4.2.3 青天河水库大坝老化问题的危害

4.2.3.1 使大坝工程效益下降

汛期需要设置汛限水位，汛限水位为353.00 m，由此直接造成兴利库容减少约644 万m3，防洪库容减少约894 万m3，灌溉面积减少约3 333 hm2，供水能力减少约500 万m3，严重影响水库的防洪、供水、灌溉和发电等综合效益的发挥，工程效益大大下降，影响防洪和蓄水兴利。

4.2.3.2 给下游安全带来威胁

青天河水库下游有青天河一、二级两级水力发电站、沿线博爱县和沁阳市两县村庄、博爱县城，以及新太和焦枝铁路、詹泗和新济公路、焦晋高速等重要交通干线。大坝的安全性下降会直接给下游的安全带来严重威胁。

4.2.3.3 投入维修资金增大

大坝的日益老化，会使工程维修和更新所需要的投入资金大大增加。

5 结语

1998年以来，水利部加大了对病险水库除险加固的投入，并为病险水库大坝除险加固工作的顺利开展提供了良好的政策和资金保障，基于青天河水库大坝老化问题严重，已于2011年争取到中央和省水利补助资金，进行了坝后坡贴坡加固、帷幕灌浆等险除险加固项目，但由于资金有限，仍有溢流坝面裂缝、金属结构老化、钢筋锈蚀以及坝体混凝土碳化等多种老化问题尚未处理，而且随着运行年龄增长，大坝的老化问题会日益严重，为保证大坟的安全运行，需要从大坝老化类型、机理和原因、老化过程及其对大坝的影响、防止才华措施、老化检测和现代修补技术等多方面进行全面系统的研究，并适时做好除险加固工作。