刘家峡水电站混凝土建筑物耐久性分析.pdf
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1、第3 6卷第 3期 2 0 1 0年3 月 水 力 发 电 刘家峡水电站混凝土建筑物耐久性分析 邢 林 生 聂 广 明 ( 国家 电力 监管 委员会 大坝 安全监察 中心 ,浙江杭 州 3 1 0 0 1 4 ) 摘要 :刘 家峡水 电站混凝 土主 、副坝和溢洪道 、泄水道 、泄洪洞 、排沙洞 已运行 4 O余年 ,对混凝 土裂缝 、表层 碳化、渗漏溶蚀 、冻融冻胀 、水质侵蚀 、混凝土强度 和冲磨空蚀等方面 的全面检测分析表 明,这些混凝土建筑物耐 久性较好 。指出封闭渗漏入 口以提 高坝体 防渗能力 ,是 防止或减缓渗漏溶蚀 、冻融冻胀破坏的有效措施 ,并应密切 关注坝前水沙动态变化趋势
2、,对冲磨空蚀破坏及时进行修补处理 ,以增强耐久性 。 关键词 :混凝土建筑物 ;耐久性 :刘 家峡水 电站 C o n c r e t e S t r u c t u r e s D u r a b i l i t y A n a l y s i s o f L i u j i a x i a H y d r o p o w e r S t a t i o n Xi ng L i n s h e ng ,Ni e Gu a ng mi ng ( L a r g e D a m S a f e t y S u p e r v i s i o n C e n t e r o f S t a t e
3、 E l e c t r i c i t y R e g u l a t o r y C o m mi s s i o n o f C h i n a , Ha n g z h o u Z h e j i a n g 3 1 0 0 1 4 ) Ab s t r a c t :T h e ma i n a n d a u x i l i a r y d a m, s p i l l w a y ,d i s c h a r g e c o n d u i t a n d t u n n e l , a n d d e s i h i n g t u n n e l o f L i u j i
4、a x i a Hy d r o p o w e r St a t i o n ha v e o p e r a t e d f o r 40 y ea r s Th e a n a l y s i s o n c o nc r e t e c r a c ks ,s u r f a c e c a r bo n a t i o n,i n f i l t r at i o n di s s o l u t i o n,f r e e z e t ha w f r o s t h e a v e wa t e r e r o s i o n c o n c r e t e s t r e n
5、g t h a n d c a v i t a t i o n s h o w t h a t t h e d u r a b i l i t y o f c o n c r e t e s t r u c t u r e s i S b e t t e r T h e c l o s u r e o f s e e pa g e e n t r a nc e t o i nc r ea s e da m a nt i -l e a ka g e c a p a c i t y i s an e ffe c t i v e me a s u r e t o pr e v en t o r s
6、l o w t h e i n f i l t r a t i o n d i s s o l u t i o n a n d f r e e z e - t h a w f r o s t h e a v e , a n d t h e t i me l y r e p a i r o f c a v i t a t i o n d a ma g e c a n a l s o e n h a n c e t h e d u r a b i l i t y Ke y Wo r d s : c o n c r e t e s t ruc t u r e ; d u r a b i l i t
7、y ; L i u j i a x i a H y d r o p o w e r S t a t i o n 中图分 类号 : T V 6 8 2 2 ( 2 4 2 ) 文献标 识码 : B 文章编号 : 0 5 5 9 9 3 4 2 ( 2 0 1 0 ) 0 3 0 0 3 9 0 4 刘 家 峡 水 电 站 位 于 甘 肃 省 境 内黄 河 干 流 上 是 我 国 第 一 座 装 机 容 量 超 过 百 万 千 瓦 的 大 型 水 电 站 代 表 着 我 国 2 0世 纪 6 0、7 0年 代 水 电 站 的 建 设 水 平 刘 家 峡 大 坝 自左 至 右 依 次 为 左 岸 混
8、 凝 土 副 坝f 共 5 个 坝 段 ) 、混 凝 土 主 坝( 共 l 0个 坝 段 ) 、 右 岸 混 凝 土 副 坝( 共 2 1个 坝 段 ) 、混 凝 土 连接 副 坝( 共 5个 坝 段 ) 以及 黄土副坝 最 大坝高 1 4 7 I n 坝顶 高程 1 7 3 9 i n 泄 水 排 沙 建 筑 物 包 括 溢 洪 道 、 泄 水 道 、 泄 洪 洞 和 排 沙 洞 工 程 于 1 9 5 8年 9月 开 工 建 设 1 9 6 8年 下 闸 蓄 水 至 今 已 度 过 4 0 多 个 春 秋 本 文 从 混 凝 土 裂 缝 、 表 层 碳 化 、 渗 漏 溶 蚀 、冻 融 冻
9、 胀 、水 质 侵 蚀 、 混 凝 土 强 度 和 冲磨 空 蚀 等 方 面 ,对 该 工 程 混 凝 土 主 、 副 坝 和 泄 水 排 沙 建 筑 物 的 耐 久 性 进 行 概 略 分 析 研 究 1 耐久性分析 1 1 混凝 土裂 缝 刘 家峡 大 坝 地处 西 北 高原 属 大陆 性气 候 干 燥 少 雨 , 气 温 变 化 大 ,1月 、2月 和 1 2月 月 平 均 最 低 气 温 为 一 9 8 极 端 最 低 气 温 为 一 2 3 1 ,月 平 均 最 高气 温为 2 4 - 4 极端 最 高气 温为 3 9 1 气 温 最 大 日变 幅 为 3 0 2 2 ,春 季多 雨
10、 ,最 大 风 速 达 1 4 3 m s 。 在 设 计 阶 段 为 了 防 止 混 凝 土 开 裂 ,对 水 泥 品 种 、 浇筑 时间 、浇 筑 层 厚度 、骨 料预 冷 、水 管 冷 却 、邻 块浇 筑 高差 限制 等提 出 了明确 要 求 实 际上采 用 的 水 泥 具 有 自生 体 积微 膨 胀 性 能 施 工工 艺 基本 上 达 到 了设 计 要 求 由于 混 凝 土 浇 筑 后 保 护 不 够 及 时 初 期 曾发生 了一 些缝 宽很小 、深度较 浅 的表 面裂缝 , 及 时 作 了 处 理 大 坝 蓄 水 后 发 现 下 游 面 有 的 施 工 层 面 缝 存 在 渗 水 和
11、 析 出 钙 质 现 象 运 行 2 O 年 后 1 9 8 9年 对裂缝 进 行 了全 面检 查 发 现 大坝 下游 面 有 裂 缝1 1 8条 廊 道 内 有 裂 缝 3 5条 最 大 缝 宽 1 0 ru: 下 游 面 的 竖 直 向 裂 缝 为 收稿 日期 :2 0 0 9 0 9 1 5 作者简 介: 邢林 生( 1 9 4 2 一 ) ,男 ,江苏南京人,教授级高工 ,从 事水 T结构运行性态分析和大坝安全评价T作 W a t e r P o w e r V o 1 3 6 N o 3 回 ZU1 U 年|J 月 十 缝 ,部 分 施 T 层 面 缝 和 廊 道 内 的 部 分 裂
12、 缝 渗 水 并 伴 有 白 色 析 出 物 : 对 1 0条 典 型 裂 缝 进 行 丫 超 声 波 探 测 , 9条 缝 深 在 6 6 1 6 5 c m 1条 缝 深 为 2 2 c m 1 9 9 8年 再 次 对 裂 缝 进 行 检 查 发 现 下游 面 新 增 较 多 细 小 裂 缝 直 向 裂 缝 仍 为 干 缝 , 多 条 施 T 层 面 缝 渗 水 析 钙 现 象 比较 严 重 , 、 2 0 0 7年 对 混 凝 土 主 、副 坝 坝 面 和 廊 道 以 及 溢 洪 道 闸 墩 上 的 裂 缝 作 了 伞 而 检 查 I I 总 汁发 现 裂 缝 5 2 4 条 检 查
13、结 果 表 明 :裂 缝 宽 度 一 般 为 1 2 mm,最 宽 3 ml x l :绝 大 多 数 裂 缝 缝 深 1 1 0 c m: 最 长 的 竖 直 向 裂 缝 长 2 5 I n 位 于 主 V坝 段 下 游 面 最 长 的 水 平 向 裂 缝 K 2 3 m横 贯 主 坝 段 下 游 最 长 的 施 T 层 面 缝 长 6 5 1T I 横 贯 主 I、 主 、主 3个 坝 段 下 游 面 ;个 圳 竖 直 向 裂 缝 有 渗 水 析 钙 现 象 多 条 施 T 层 而 缝 和 廊 道 内 的 多 数 裂 缝 渗 水 析 钙 明 I 与 前 几 次 检 查 结 果 相 比 这
14、一 次 检 查 裂 缝 的 数 量 、缝 K 、缝 宽 、缝 深 以 及 渗 水 析 钙 现 象 都 有 所 发 展 尤 其 是 大 坝 上 下 游 面 裂 缝 的 数 量 、规 模 和 渗 水 析 钙 有 显 著 发 展 说 明 由 于 该 T 程 位 于 温 差 变 化 剧 烈 地 区 随 着 岁 月 的 流 逝 受 温 度反 复 升降 影 响 表层 混 凝 土遭 受 拉压 应力 疲 劳作 用 裂 缝 不 断 增 加 和 扩 展 该 工 程 经 过 4 0年 的 运 行 日前 大 多 数 裂 缝 深 度 较 浅 ,属 表 层 裂 缝 尚 不 会 危 及 到 建 筑 物 的 整 体 性 和
15、稳 定 性 但 应 密 切 关 沣 裂 缝 的 发 展 变 化 情 况 定 期 进 行 检 查 对 日益 严 重 的渗 漏 析 钙 问 题 应 引 起 高 度 重 视 1 2表层碳 化 1 9 8 5年 全 国 水 工 混 凝 土 建 筑 物 耐 久 性 普 查 时 。 曾 对 刘 家 峡 水 电 站 厂 房 、 开 关 站 和 坝 顶 盖 板 等 部 位 进 行 混 凝 土 碳 化 检 测 结 果 发 现 厂 房 墙 壁 最 大 碳 化 深 度 为 4 9 ton i 开 关 站 立 柱 最 大 碳 化 深 度 为 1 9 2 I l a m 已 接 近 钢 筋 保 护 层 厚 度 坝 顶
16、盖 板 底 面 碳 化 深 度 超过保 护层 引起 钢筋 锈蚀 膨胀混凝 土崩 落 ,随 即对这 些部 位作 了防碳 化保护 处理 。 2 0 0 7年 对 大 坝 下 游 面 、廊 道 和 溢 洪 道 闸 墩 表 面 进 行 大 范 同 碳 化 深 度 检 测 ,共 计 5 8个 部 位 、 1 6 0个 测 点 检 测 结 果 表 明 平 均 碳 化 深 度 为 7 6 4 mm。 大 坝 下 游 面 碳 化 深 度 相 对 较 大 ,平 均 碳 化 深 度l 0 2 1 mm超 过 3 0 mm 的 有 5个 点 ,超 过 4 0 mm 的 只 有 1个 点 为 5 2 ton i 。
17、检 测 结 果 表 明 , 目前 表 层 碳 化 损 害程 度 比较 轻 微 今 后需 重 点加 强 对钢 筋 混凝 土 梁 、墙 、板 、柱等构 件碳 化趋势 的检测 分析 。 1 3渗漏 溶蚀 刘 家 峡水 电 站工 程 下 闸蓄 水运 行 后不 久 ,就发 现 大 坝 下 游 面 有 的 施 工 层 面 缝 在 高 水 位 时 存 在 渗 水 皿W a t e r P o w e r V o 1 3 6 N o 3 析 钙 现 象 随 后 渗 水 的 施 工 层 面 缝 逐 渐 增 多 并 带 出 较 多 白色 钙 质 1 9 8 6年 曾 用 水 泥 砂 浆 对 右 副 坝 及 主 坝
18、 I、 坝 段 1 7 3 1 8 1 T I 高 程 的 施 工 层 面 缝 进 行 灌 浆 处 理 但 防 渗 效 果 不 佳 1 9 8 9年 和 1 9 9 8年 做 了两 次全 面 检查 发 现 大坝 下游 面 和廊 道 内的渗 水 析 钙 现象 随着 时 间的 推移 日益显 著 ,曾对 主 、副坝 和 连 接 副 坝 下 游 丽 l 7 2 6 l 7 3 2 m 高 程 之 间 的 施 工 层 面 缝 进 行 化 学 灌 浆 处 理 但 效 果 仍 不 佳 2 0 0 7年 全 面 检 查 结 果 为 大 坝 上 游 面 渗 水 析 钙 明 显 部 位 有 2 1处( 其 中 比
19、较 严 重 的 2处 ) 下 游 面 有 7 2处( 其 中 比 较 严 重 的 1 4处 大 部 分 为 施 工 层 面 缝 ) 廊 道 内 有 1 4 3处( 其 中 比 较 严 重 的 2 3处 , 呈 环 状 渗 水 析 钙 的 坝 段 结 构 缝 l 5处 有 钟 乳 石 倒 挂 现 象 的 2处 ) 对 廊 道 内 4 4个 点 样 析 出 物 取 样 进 行 X 莹 光 分 析 结 果 化 学 成 分 以 C 0 为 主 ,平 均 含 量 约 5 1 。 将 廊 道 内一 些 渗 水 析 钙 严 重 部 位 大 量 析 出 物 清 除 后 未 混 凝 土 表 面 有 微 小 孑
20、L 洞 和 疏 松 迹 象 敲 击 没 有 空 洞 声 用 回 弹 仪 检 测 混 凝 土 平 均 强 度 在 3 5 MP a 左 右 强 度 较 高 该 T 程 大 坝 下 游 面 和 廊 道 渗 漏 析 钙 现 象 日益 显 著 表 明 混 凝 土 遭 受 的 损 害 正 逐 步 加 重 今 后 需 对 渗 漏 析 钙 严 重 部 位 定 期 进 行 钙 质 析 H 物 量值 的检 测分 析 为 了遏 制 日益 显著 的渗漏 析 钙 趋 势 应 采 取 措 施 从 大 坝 上 游 面 封 闭 渗 漏 入 口 并 选 用 优 质 灌 浆 材 料 和 改 进 灌 浆 工 艺 以增 强 坝 体
21、 的 抗 渗 能 力l 1 4冻融冻 胀 刘 家 峡 坝 址 区 一 般 在 1 1月 下 旬 开 始 降 雪 。积 雪 日期 一 般 为 l 1月 下 旬 至 次 年 3月 上 旬 土 壤 冻 结 厚 度 约 1 I T I 年 平 均 冻 融 循 环 次 数 约 5 0次 最 冷 月 平 均 气 温 一 9 8 c C 属 寒 冷 地 区 为 了 抗 御 冻 融 冻 胀 破 坏 坝 体混 凝 土 设 计 水位 变 动 区抗 冻标 号 为 F 1 5 0, 下 游面 为 F 1 o 0 大坝 蓄水 运 行后 ,下 游 面渗水 的施 工 层 面 缝 缝 口 在 冬 季 高 水 位 时 被 冰
22、冻 覆 盖 。 由 于 采 用水 泥 砂浆 和化 学 材料 灌 浆都 未 能 有效 止漏 ,下 游 面 冻 融 冻 胀 部 位 逐 渐 增 多 , 破 坏 程 度 日益 明 显 。 2 0 0 7年 对 混 凝 土 主 、副 坝 下 游 面 冻 融 冻 胀 破 坏 情 况 做 了全 面榆 查 检 查 结果 表 明 破 坏 程度 与 渗水 严 重 程 度 密 切 相 关 , 同 时 与 所 处 位 置 也 有 密 切 关 系 。 主 I、主 坝 段 坝 顶 下 游 面 1 7 2 0 1 7 3 1 8 m 高 程 范 围 内 不 仅 渗 漏 比较 严 重 而 且 处 于 坝 后 房 屋 建 筑
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