李家峡拱坝河床坝基混凝土腐蚀检测与分析.pdf

西北 水 电 2 0 1 5年 第 4期 4 9 文章 编号 ： 1 0 0 6 -2 6 1 0 ( 2 0 1 5 ) 0 4 0 O 4 9 0 6 李 家峡拱坝 河床 坝基混凝 土腐 蚀检 测与分析 张 毅， 李 季， 李 媛， 李 永高 ( 黄河上游水电开发有限责任公司， 西宁8 1 0 0 0 8 ) 摘要： 针对近年来李家峡拱坝坝肩及坝基不同廊道渗水析出物较多、 大坝廊道底板混凝土表层存在明显的腐蚀 破坏现象和地下水硫酸盐侵蚀等问题， 在现场探查的基础上 ， 开展坝基混凝土局部腐蚀采集样品性状多手段测试 与分析 ， 研究渗流水质作用下坝基混凝土局部腐蚀性状， 结合监测资料分析， 评价大坝河床坝基安全性态。结论是 各坝段坝基渗流变化规律正常， 尚未发现异常迹象， 坝基工作性态正常。坝基的变形较大 ， 主要是地质条件复杂， 坝基变形模量低引起的。 关键词： 大坝； 混凝土； 腐蚀检测 ； 分析； 李家峡水电站 中图分 类号 ： T V 3 3 ； T U 3 7 文献标识码 ： A D O I ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 6 2 6 1 0 2 0 1 5 0 4 0 1 3 De t e c t i o n a nd Ana l ys i s O i l Co r r o s i o n o f Ar c h Da m Fou nd a t i o n Co n c r e t e o n Ri v e r b e d Z HANG Y i ，L I J i ，L I Yu a n，L I Yo n g g a o ( Hu a n g h e H y d r o p o w e r D e v e l o p m e n t C o ， L t d ， X i n i n g 8 1 0 0 0 8 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： Ai mi n g a t mu c h s e e p a g e i n d a m a b u t me n t a n d g a l l e r i e s ，c o r r o s i o n f a i l u r e a n d s u l p h a t e c o r r o s i o n f r o m g r o u n d wa t e r o n t h e s u r f a c e o f t h e fl o o r c o n c r e t e i n t h e d a m g all e r i e s T h e l o c a l c o r r o d e d c o n c r e t e o f t h e d a m f o u n d a t i o n i s s a mp l e d ，t e s t e d a n d a n a l y z e d Th e c o r r o s i o n a n d c o r r o s i o n p e rfo r ma n c e of t h e l o c a l d a m f o u n d a t i o n c o n c r e t e a c t e d b y t h e s e e p a g e a r e s t u d i e d I n c o mb i n a t i o n w i t h t h e a n a l y s i s o n t h e mo n i t o r i n g d a t a t h e s a f e t y o f d a m f o u n d a t i o n o n t h e r i v e r b e d i s a s s e s s e d T h e s t u d y r e s u l t s p r e s e n t t h a t t h e l a w o f t h e s e e p a g e v a r i a t i o n at t h e d a m f o u n d a t i o n s e c t i o n s i s n o r mal a n d t h e d a m f o u n d ati o n o p e r a t e s n o r ma l l y T h e l a r g e r d e f o r ma t i o n o f t h e d a m f o u n d a t i o n i s ma i n l y c a u s e d b y t h e c o mp l i c a t e d g e o l o g i c al c o n d i t i o n s a n d t h e l o we r d e f o r ma t i o n mo d ulu s o f t h e d a m f o u n d ati o n Ke y w o r d s ： d am ； c o n c r e t e ； C O rr O S l O Y l d e t e c t i o n ； a n al y s i s ； L i j i a x i a I -I y d r o p o w e r S t a t i o n 0 日 IJ L - I 李家峡水 电站位 于青海省尖扎县 ， 是黄河上游 第 3个梯级电站。坝址顺河断层和顺层挤压带较为 发育 ， 左坝肩 山体单薄 ， 1 9 9 6年水 库蓄水运行监测 以来 ， 拱坝及坝基不均匀变形 问题较 为突 出。监测 资料反馈分析表明， 坝基变形量较大 ， 坝后背管混凝 土镇墩和左底孔 、 左 中孔 、 右 中孔结构 约束 作用 明 显 ， 拱坝左 、 右 1 4拱存在变形不对称问题。首次大 坝安全定检以来 ， 总的运行工况 良好 ， 但也 出现 了一 收稿 日期 ： 2 0 1 5 0 6 -1 2 作者简介 ： 张毅( 1 9 6 6 一) ， 男 ， 新疆 哈密市人 ， 高 级工程 师， 主要 从事 大坝安全 管理工作 些新的值得关注的问题 。就大坝基础而言 ， 主要反 映为 3个方面 ： 坝肩及坝基不 同廊道渗水析 出物 较多； 坝址渗流水质和两岸地下水硫酸盐侵蚀作 用出现一定的差异性变化 ， 渗漏水的微观动态表明 ， 左坝肩帷幕体的总体防渗效果弱于右坝肩； 大坝 廊道底板混凝土表层存在腐蚀破坏现象 ， 而在高程 2 0 3 5 0 0 1 T I廊 道 左 岸爬 坡 段 ( 高 程 2 0 3 5 0 0 2 0 5 9 O 0 i n ) 则尤为严重 ， 对于大坝长期安全运行具 有潜在 的不利 影 响。已有 的研 究表 明 ， 上述 现象 ( 或问题 ) 的形成及其演变 ， 既与特定环境下坝址 区 渗漏水的物理一 化学作用有关 ， 也 与发生于液 一 固相 系列 ( 包括基 础岩石及 工程 材料 等) 间的多物理场 作用及其耦合作用有关。开展上述问题 的研究 ， 对 于评判大坝坝基安全性态具有工程实际意义。 5 0 张毅， 李季， 李媛， 李永高 李家峡拱坝河床坝基混凝土腐蚀检测与分析 1 河床坝基地质条件和基础处理 2 河床坝基混凝土性态检测 李家峡拱坝位于地质结构较为发育的黄河李家 峡河段 ， 基础的地质条件复杂。基岩为震旦系黑云 更长质条带混合岩及黑云绿泥石 闪斜长片岩组成 ， 其 间穿插有花岗伟 晶岩脉 ， 断裂较 为发育。坝基岩 体呈单斜构造 ， 走 向与河流斜交 ， 倾 向上游偏右岸 ， 倾角 3 8 。 5 5 。 。岩体 中断层及 裂 隙按产 状分有 7 组 ， 断层性质多 以平移正断层或层 间断层为主。如 表 1 所示。对工程地质条件起制约作用的主要为前 4组 ， 由于这些断层裂隙结构面的切割 ， 两岸存在突 出的高边坡稳定 问题 ， 对左 、 右岸坝肩抗滑稳定 、 变 形稳定、 渗漏稳定均有重大影响。左岸 F 2 6断层 、 右 岸 F 2 7断层对坝肩岩体稳定有不利影响。 表 1 坝区断层、 裂 隙分组简表 墨 产状 类型 代 表 性 断 层 力 学 性 性 性质 及 裂 隙 ( 1 ) N W3 o 0 。 3 3 0 。 、 S W 4 0 。 5 0 。 ( 2 )N E 6 o 。 一 8 0 。 、 N W( S E ) L 7 5 。 8 5 。 ( 3 )N E 15 。 一 4 5 。 N 裂躇 洧s E ) 5 5 。 一 7 5 c ( 4 ) N E 1 5 。 一 N W 3 4 5 。 N W( S W) 8 。 一 2 5 。 ( 5 )N W3 4 o 。 N E 1 0 。 S W( N W) 5 0 。一 踟。 ( 6 ) E W N 研 _2 8 0 。 、 S ( S W) L 6 5 。 一 s 0 。 ( 7 ) N W 3 0 0 。 一 3 1 0 。 、 N E 6 0 。 一 8 o 。 压性、 压扭性 逆断 层 f3 2 、 f 3 3 、 f3 5 、 扭性、 张扭性 平移正断层 F 2 0 、 巧 0 、 、 F 2 7 张性、 张扭性 正断 层 n、 8 、 F 3 2 、 F 6 7 压扭性 逆冲断 层 17 3 4 、 F 8 2 、 F 7 压性、 压扭性平移正断层 F 1 6 、 F 3 9 张 扭性 正、 平移断层 F 4 3 、 F 1 0 2 压性、 压扭性 逆、 平移断层 F 4 4 、 F 1 0 河床坝基部位发育多条顺河 向及斜河 向的断 层。其中， 在 9号坝段有 F 1 断层 ； 1 11 3号坝段有 F 2 0 、 F 5 0 、 f 1 8 、 t2 0 、 f 2 8 、 t3 0等断层穿过有关， 岩体的 完整性较差 ， 河床坝基中间部位存在约 5 0 0 m 的软 弱破碎带 ， 坝基 防渗能力较弱。在这些构造破碎带 及其影响带部位 ， 岩石破碎 ， 并且风化 比较强烈。 坝基部位主要工程地质问题是 ： 顺河 向断层软 弱破碎带 的变形和渗透稳定 ， 分布 在河床 的 F 2 0 、 F 2 0 1 、 F 5 0顺河向断层以及北东 向 F 1断层规模较 大， 与河床 f 1 8 、 t 2 0、 t 2 4 、 f 2 8 、 t 3 0等层间断层相交 ， 使 该 区岩体呈破碎结构 ， 岩体的变形模量低 ， 存在河床 坝基岩体的变形 问题。上述破碎带和影 响带 ， 由于 其渗径短 ， 断层破碎带 内充填有断层泥和碎粉岩等 细粒物质 ， 沿该破碎带 的坝基渗漏和高水头作用下 产生渗透破坏是坝址的主要工程地质问题之一。 基础工程处理包括基础开挖工程 、 灌浆工程 、 地 质薄弱体的特殊处理工程 以及 6 、 1 6号坝段 等局部 的化灌补强工程等。 李家峡大坝及基础埋设了大量的监测仪器 、 设备 ， 监测项 目包括变形 、 渗流、 应力应变、 温度 、 接缝等。 2 1 坝 基混凝 土腐 蚀检测 方 法 在现场采 用 回弹法检 测混 凝 土强 度， 对 高 程 2 0 3 5 O 0 m 廊道 左 、 右岸爬 坡段廊 道 ( 2 0 3 5 O O 2 0 5 9 O 0 m) 及其上 、 下游侧墙的不同部位进行 回弹 测试 ， 并结合原始设计资料 ， 对左 、 右岸爬坡段廊道 按腐蚀严重程度进行 了分 区， 进而确定钻孔具体位 置。通过地质钻探对混凝土腐蚀严重部位进行勘探 取芯 ， 并结合孑 L 内彩色数字摄像及孑 L 内超声波检? 贝 0 ， 查 明腐蚀范围、 影响程度以及腐蚀的渗水来源， 排查 拱坝地基固结灌浆 、 帷幕灌浆 、 建基面和坝体 内部混 凝土的腐蚀情况和程度 ， 进而综合坝基混凝 土渗水 水质分析 、 析出物分析 、 混凝土物理力学试验成果 、 岩体力学试验成果 、 钻T L T L 内超声波检测对坝基混 凝土腐蚀机理进行研究分析。 2 2坝基混凝土腐蚀机理分析 混凝土 的腐蚀是一个复杂的物理 的、 物理化学 的过程 。由于混凝土腐蚀机理 的复杂性 ， 国内外对 混凝土腐蚀类型的划分方案较多。综合 目前的研究 成果 ， 按照混凝土的破坏机制 ， 环境水对混凝土结构 的腐蚀主要可分为 3种类型： 分解类腐蚀 、 结晶类腐 蚀和结 晶分解复合类腐蚀。李家峡水 电站 基廊道 及左 、 右岸爬坡段廊道一 、 二期混凝土主要受硫酸盐 腐蚀和溶出型腐蚀( 微矿化度水腐蚀 ) 作用。 ( 1 )硫酸盐侵蚀 硫酸盐 侵蚀 属于结 晶性 侵蚀 ， 是环 境水 中的 s 0 一 进入混凝土内部 ， 与水泥石的某些组分发生化 学反应生成钙矾石 、 石膏等难溶的盐类矿物 。这些 矿物 由于吸收了大量水分子而具有膨胀性 ， 会对混 凝土起破坏作用 ， 也会使硬化水泥石 中 C H 和 C S H 凝胶体等组分溶 出或分解 ， 导致混凝土强度和粘结 性能损失。 ( 2 )溶出型腐蚀 溶 出型腐蚀属于分解类腐蚀 ， 是一种物理性侵 蚀 ， 当环境 中的侵蚀性 介质 ( 如地下软水 、 流水 ) 长 期与混凝 土接 触 ， 会 使 混凝 土 的可 溶性 成 分 ( 如 C a ( o H) ， ) 溶解和洗出导致混凝土受损。 对左 、 右岸爬 坡廊道混凝土 的腐蚀程度剖 面统 计成果见表 2 。由表 2可以看出左岸爬坡段二期混 凝土内部强腐蚀 占 2 2 1 0 ， 中等腐蚀 占 1 3 9 0 ， 弱腐蚀 占5 5 5 6 ， 微腐蚀 无腐蚀 占 8 4 4 ， 可见 西北 水 电 2 0 1 5年 第 4期 5 1 左岸爬坡段二期混凝土 内部整体腐蚀较为严重 ， 腐 蚀程度表现 为强 中等 ； 一 期混凝 土 内弱腐 蚀 占 2 7 7 ， 微腐蚀 无腐蚀 占9 7 2 3 ， 无强腐蚀及中 等腐蚀发育 ， 左岸爬坡段一期混凝土 内腐蚀不发育 ， 仅局部较小范围存在弱腐蚀 。右岸爬坡段二期混凝 土内部 中等腐蚀 占 1 3 5 2 ， 弱腐蚀 占6 7 0 5 ， 微 腐蚀 一 无腐蚀 占 1 9 4 3 ， 可见右岸爬坡段二期 混 凝土内部腐蚀发育情况较左岸二期混凝土较弱 ， 腐 蚀程度表现 为弱 一中等 ； 一期混 凝 土 内弱 腐蚀 占 0 4 2 ， 微腐蚀 无腐蚀 占9 9 5 8 ， 无强腐蚀及中 等腐蚀发育 ， 右岸爬坡段一期混凝土内腐蚀不发育 ， 仅局部零星存在弱腐蚀。 表 2 2 0 3 5 m廊道两岸爬坡段腐蚀程度剖面统计表 综合分析认为 ： 左岸爬坡段二期混凝土内部 存在强硫酸盐类腐蚀和局部中等溶出类腐蚀， 腐蚀 严重； 一期混凝土由于采用了抗硫酸盐水泥， 腐蚀程 度总体较弱 ， 仅 局部存在小范 围的弱腐蚀。右岸爬 坡段二期混混凝土内部也存在强硫酸盐腐蚀及弱 中等溶出型腐蚀， 腐蚀程度总体比左岸轻； 一期混凝 土与左岸相同 ， 仅局部有 小范 围的弱腐蚀。从抗压 强度指标看 ， 目前左岸二期混凝土力学强度受到一 定损失 ， 整体性较差 ， 不 满足设计要求 ； 一期混凝土 力学强度损失不 大 ， 整体 良好 ， 符合设计要求 。 左 、 右岸爬坡廊道混凝土腐蚀的主要原 因是混凝 土 结构长期处在硫酸盐含量较高 的地下水溶液 中， 尤 其是二期混凝土位于地 表干湿交替环境 中， 未采用 抗硫酸盐水泥 ， 施工质量也有缺陷 ， 故产生较严重的 腐蚀现象。 2 3 渗流水质作用下混凝土腐蚀分析 2 3 1水质 化验 2 0 3 5 0 0 m廊道左 、 右岸爬坡段各取芯孔地 下 水水质化验资料 ， 见表 3 。 对比 G B 5 0 2 8 7 2 0 0 6 水力发 电工程地质勘察 规范 中规定的环境水对混凝土的腐蚀判定标准 可 以发 现 ： 3 各取 芯子 L 地下水水质化验资料 ( 2 0 1 3年 1 2月 ) s o j H c o i M g 2 AS 硬 度 水 化 学 晖 L - 5 ( n r m 1 一)p H ( I Ig L - 1 ) ( 嘿 L 一 。 ) ( m s q L - 1 )L - 1 )L - 1 L - I 类型 晖 一) ( I Ig ( 嘿 L 类型 1 2 5 3 0 0 o 2 l 1 5 0 3 9 3 2 7 2 3 3 4 1 8 7 3 S D d 0 弋 N a 1 5 3 3 0 0 0 2 1 2 o 4 0 5 7 3 0 6 2 2 9 2 5 3 0 S Q c a N a 3 1 5 2 0 0 0 2 l 1 0 7 2 1 6 o 6 o o 7 1 2 4 9 0 5 S o Q c a 2 4 8 2 O 0 0 2 1 O 8 2 2 7 1 0 5 0 1 3 4 3 4 1 9 6 S o d a C a N a 2 6 8 1 0 0 0 2 l 1 0 2 1 8 7 0 5 3 9 0 6 0 4 6 0 1 S o a c a N a 3 2 2 5 0 0 0 8 9 3 5 2 9 1 0 6 0 3 1 7 5 5 1 8 3 S - Q c a N 8 2 9 8 9 0 0 0 2 1 0 9 3 2 3 2 0 5 9 0 7 1 8 5 1 0 3 Q_ c a- 2 l 0 2 0 O 0 2 I I 4 9 7 6 7 4 3 3 4 6 l 3 5 5 4 S o 正 Q c 2 3 2 8 0 0 0 2 1 1 7 0 2 2 5 5 0 2 4 4 5 4 0 6 4 S o d Q c a N a 8 7 0 0 0 0 2 l 1 3 0 6 6 2 2 0 4 3 2 1 1 4 0 0 S m a 一 c a 1 8 6 0 0 0 2 1 1 8 6 1 3 9 6 4 2 4 4 3 2 3 Q s 0 ： N a c a 5 7 8 0 7 4 1 O 1 3 1 O 7 O 2 5 5 9 7 1 3 4 S 0 4 C 0 i ( 1 )左爬坡段 9个孔( Z Z K 1一Z Z K 9 ) 位地下水 中的S O l含量普遍比较高( 5 0 0 m r, L ) ， 对普通硅 酸盐水泥均存在强腐 蚀作 用 ， 其 中 2个钻孔 ( Z Z K 3 和Z Z K 6 ) 内地下水中的s o l 一 含量大于3 0 0 0 m g L ， 以致对抗硫 酸盐 ( 侵蚀 ) 水 泥亦存在硫酸盐型腐蚀 作用 ； 右爬坡段 3个钻孑 L ( Y Z K 1一Y Z K 3) 内地下水 中的s o l 一 含量普遍低于左爬坡段， 且3 个孔中 仅有 1 个钻孔 ( Y Z K 1 ) 内地下水存在对 于普通硅 酸盐水 泥的硫酸盐型腐蚀作用， 其余 2个钻孔内的地下水 不存在此类腐蚀作用。 ( 2 )左 、 右 岸 爬 坡 段 各 取 芯 孔 内 的 水 样 中 HC O ；的量浓度最大为 0 7 4 m mo l L ( Y Z K 3内) ， 亦 即 Y Z K 3内地下水存在弱的溶出型腐蚀作用 。其余 各钻孔 内地下水 重碳 酸 盐碱 度普 遍较 低 ( 0 7 0 reto o l L ) ， 存在 中等程度的溶出型腐蚀作用。该类 腐蚀又称为矿化度水腐蚀。 因此 ， 可 以看出左 、 右岸爬坡段地下水多存在强 硫酸盐类以及中等溶出型侵蚀作用。上述指标及其 含量的变化 ， 以致 区内不 同位置形成 了不同的水化 学腐蚀类型。 2 3 2 水质及侵蚀影响分析 通过开展现场调查 、 取样测试与多手段化验 、 以 及资料分析等 ， 得到以下主要研究成果。 ( 1 )2 0 0 9 -2 0 1 3年 以来 ， 坝址不 同部位地下水 呈现出以下不同的变化特征 ： 左岸坡地下水位普 遍低于右岸坡 ， 具备 了库水发生绕坝渗流的必要 的 水力条件 ； 多数绕渗孔地下水位动态呈相对稳定 型 或稳定型； 左岸廊道幕后排水量大于右岸 ， 且 与 库水位之间的相关性显著于右岸 ； 坝基多数测点 扬压力变化基本稳定。 衷一群 孔 蕊 蕊 5 2 张 毅 ，李季， 李媛， 李永高 李家峡拱坝河床坝基混凝土腐蚀检测与分析 ( 2 )2 0 1 3年 1 2月 的水质化验资料反映： 库 水呈弱碱性 ， 不具备对混凝土的侵蚀性 ； 左 、 右岸 坡无论是绕渗孔地下水 ， 还是不 同高程廊道幕后渗 漏水在其水质方 面存在一定 的差异。主要体现在 ： 左坝肩不 同廊道渗漏水 T D S 1 0 g L， 明显不同于坝前库水 ， 表明左坝肩帷幕体的总体防 渗效果弱于右坝肩 ， 左岸坡地下水动态近年来总体 上是趋于活跃的。 ( 3 )坝基地下水对混凝土以硫酸盐类侵蚀作用 为主。近期左 、 右岸坡及坝基地下水普遍存在硫酸 盐类侵蚀作用 ( s o 24 一 2 5 0 m g L ) ， 区内不同部位地 下水局部还存在溶出型侵蚀作用。 ( 4 )根据现场调查 ， 无论是析出点数还是析出 量 ， 左岸廊道均多于右岸 同一高程各廊道； 析 出物的 无机质组成在统计上呈现 ： 颜色较浅的一类析出物 ， 以 C a O为主； 棕红色者 ， 以 F e O 为主 ； 混合色者 ， 则含有较多的 S i O 、 A 1 ： O 。 。析出物中的烧失量 比较 高 ， 表明还含有源 自上游侧帷幕化灌材料 的有机质 。 另外， s 0 含量也相对较高 ， 可见 区内析 出物中还含 有一定量 的硫酸盐类组分。 ( 5 )根据析出物试样的红外光谱测试成果 ， 析 出物中还含有有机质。其 中， 环氧树酯类有机质相 对普遍 ， 而糠醛类有机质的分布相对不普遍 。同以 往的测试成果相 比较 ， 有机质含量变化 比较平稳。 ( 6 )根据对混凝土样 品的多手段测试 ( XR F、 X R D、 S E M和 E D A X) 成果 ， 得 出： 左爬坡段 9个 孔位一期混凝土样具有相似 的基本组成 ， 主要元素 为 S i 、 A l 、 C a 、 F e ， 其次为 N a 、 K和 S 。后 3种元素 ( 以 氧化物表示 ) 含量在不 同孔位 间、 并 随深度呈现 了 一 定 的变化 ， 但无一致 的趋 势性 。右爬坡段 3个孑 L 位一期混凝土的基本组成 与之相似； 左爬 坡段 9 个孑 L 位一期混凝土样具有相似的矿物相组成 ， 即主 要为 S i O 、 C a C O 、 C a ( O H) 等， 但少数试样 中似含 有钙矾石 ； 左爬坡段部分混凝土芯样 中含有钙矾 石类新矿物 ， 对应元素为 C a 、 S和 A l 。 ( 7 )多手段测试成果也表 明， 表层二期混凝土 的腐蚀强度明显大于位于之下的一期混凝土。主要 依据 ： 表层二期混凝土中的基本物质及其含量发 生 了显著的变化 ， s O 含量 ( 1 7 7 0 ) 明显高于一期 混凝土 ( 2 5 0 ) ； 表层二期混凝土的基本矿物 相 中， 不含有水泥石 ， 表明在侵蚀性的环境介质作用 下已发生了一定强度 的腐蚀。另一方面 ， 左爬坡段 下部 A区部位混凝土中含有半水石膏 ( C a S O 0 5 H： O) ， 而在左爬坡段上部 B区未发现此类新矿物。 这是 A区二期混凝 土硫 酸盐类腐蚀程度严重于 B 区的一个矿物学标志。 3 河床坝基安全监测资料分析 3 1 坝基扬 压 力变化 规律 坝基扬压力监测孔布设在基础灌浆和排水廊道 中， 采用纵向和横向布置共计 4 7个 ， 每个坝段都有 测点 ， 此外 2 0 0 5年还在 1 1 、 1 2号坝段灌浆廊道埋设 了 3个渗压计替代扬压力孑 L 。根据 2 0 0 4年 以后 的 资料分析， 纵向廊道内的扬压力测孔水位变化规律 如下 ： ( 1 )沿坝轴线方向各坝段坝基扬压力测压孑 L 水 位 ， 总体上位于两岸部位 的测压孔水 位要 高于河床 部位 的测孔水位 ， 这符合一般拱坝坝基扬压力测孔 水位的分布规律。这主要是靠近两岸的测压孔除了 受库水渗压影响 ， 还受两岸山坡地下水变化 的影响 ； 而河床坝段主要受库水渗压 的影响。 ( 2 )坝基扬压力 主要受上游库水 渗压 的影响 ， 库水位升高 ， 测压孑 L 水位也有一定 的抬高 ； 而库水位 降低 ， 则测压孔水位也有一定 的下降 ， 但测压孔水位 变化滞后于库水位 的变化。由于 2 0 0 2年 以后库水 位变化较小 ， 因此库水位变化总体对坝基扬压力测 压孔水位变化影响较小 。 ( 3 )温度变化对坝基扬压力影 响较小 ； 降雨对 河床坝段坝基扬压力影响不 明显 ， 而对两岸坝段坝 基扬压力稍有影响 ， 但影响也较小。 ( 4 )从扫孑 L 后的扬压力测压孑 L 水 位过程线看 ， 除大部分坝段测压孔水位变化已经平稳或呈减小趋 势外 ， 个别坝段测压孔水位变化有一定 的增大趋势 ， 但增大幅度逐渐变小。 ( 5 )现场检查发现个别坝基扬压力测孔存在气 压 ， 需要补充说明的是 ， 气体压力与水 压力一样 ， 均 属于流体压力影响 ， 若扬压力测值包含水压力和气 压力 2部分 ， 所测数据也能用来估计扬压力对大坝 的作用 。 分析表明 ， 沿坝轴线方向的扬压力测压孑 L 水位 变化总体上符合一般混凝 土拱 坝扬压力变 化的规 律 ， 扬压力测压孔水位主要受库水渗压的影响， 温度 及降雨影响不 显著 ； 由于大坝坝 基局部 ( 如河床部 西北 水 电 2 0 1 5年 第 4期 5 3 位) 地质条件复杂 ， 有多条断层穿过坝基 ， 同时 由于 清基不彻 底和局部 帷幕 存在 薄弱环 节 ( 如 6号坝 段 ) ， 引起对应部位测压孔水位增幅及孔水位较高 ， 部分坝段 ( 如 3 、 8和 1 3号坝段等 ) 的坝基扬压力测 压孔水位 尚有不 明显的增大现象 。总体 而言 ， 各坝 段坝基扬压力变化规律正常， 尚未发现异常迹象。 横 向断面布置 的扬压力 测孔 水位变化规律表 明， 各测孔扬压力主要受库水位变化 的影响 ， 温度变 化及降雨对其影响不明显 ， 由于库水位变幅较小 ， 相 应的扬压力测压孔水位变幅也较小。变化规律总体 正常， 尚未发现有明显的异常迹象。 3 2 绕 坝渗 流变 化规 律 两岸绕坝渗流布置 了2 9孔 ， 其中左岸 l 9孔 ， 右 岸 1 O孑 L 。 分析表明 ： 两岸绕坝渗流变化规律总体正常 ， 右 岸的地下水位比左岸的要高 ； 两岸绕坝渗流主要受 降雨变化的影响 ； 其次是库水位 的变化的影响， 尤其 是幕前孑 L 及幕后靠近帷幕 的测孑 L ， 受库水位变化较 为明显。位于左岸灌浆帷幕后的 2 3 6 、 2 4 0号测孔 ， 由于受到库水位及山体地下水 的综合影 响 ， 其测孔 水位 尚有增大的现象； 但孔 内水位低于 同区域其 它 测孔 ； 其余测孑 L 的水位变化保持在一定 的范 围内且 变化 比较稳定。 3 3坝基渗漏变化规律 大坝坝基渗漏量共布设 1 5个量水堰测点 。测 值变化规律如下 ： ( 1 )坝基渗漏量 受库水位变化 的影 响比较显 著 ， 但 由于 2 0 0 2年后库水位变化较小 ， 因而库水位 变化对渗漏量变幅影 响也较小 ； 大坝总渗漏量与各 部位总渗漏量的变化过程稳定 ， 无明显趋势性 。 ( 2 )降雨对坝基渗漏量也有一定的影响 ， 由于 降雨引起库水位及两岸岸坡地下水位升高 ， 从而引 起坝基渗漏量增加； 由实测资料可看出， 降雨较多时 段 ， 坝基渗漏量相对较大。 ( 3 )河床坝基部位总渗漏量 明显大于两岸岸坡 的总渗漏量 ， 这主要与河床 坝基地质条件 复杂 ， 有 F 2 0、 F 5 0 、 f 1 8 、 t2 0、 t 2 8 、 B0等断层穿过有关 ， 岩体的 完整性较差 ， 防渗能力较弱。目前 ， 李家峡大坝渗漏 量相对较大的部位为河床坝基廊道和左岸 2 1 5 5 0 0 m高程副坝灌浆廊道部位。大坝坝基地下水普遍存 在着对普通硅酸盐水泥 的硫酸盐类侵蚀作用 ， 同时 地下水在 向坝基运移过程中固相介质 中的可溶性盐 类物质多处于被溶解状态 ， 引起基础廊道地下水 的 矿化程度显著， 因此 ， 河床坝基部位渗水量较大也可 能与基础廊道表层混凝土腐蚀有关。 ( 4 )大坝右岸岸坡总渗漏量稍大于左岸岸坡总 渗漏量 ， 这主要是受山坡地下水的影响， 右岸地下水 要比左岸 的要高 ， 导致对应 的相 同高程总渗漏量右 岸的一般要 比左岸 的要稍大。 3 4大坝基础垂线监测变化规律 在坝体 和基础坝肩岩体 内共布设有 7组垂线。 6号坝段( 右 1 4拱 ) 、 1 1号坝段 ( 拱冠) 、 1 6号坝段 ( 左 1 4拱 ) 各布置 1 组垂线 ， 监测坝体和基础岩体 的变形 ， 其 中在 1 1号 坝段 基础 按深 度 ( 2 5、 4 5 、 6 5 m) 设 3条倒垂监测基岩 的变形。垂线监测均实现 了自动化观测 ， 并 由人工对 比观测 。变化规律如下 ： ( 1 )径向位移主要受温度变化的影 响， 呈年周 期变化 ， 温度升高， 坝体 向上游位移 ； 温度下 降， 向下 游位移 。一般在每 年 的 l _3月份 达到最大值 ， 在 7 9月份达到最小值 ( 向上游最大值 ) 。 ( 2 )库水位对径 向位移有较大的影 响， 库水位 升高 ， 坝体 向下游位移 ， 反之 向上游位移。2 0 0 2年 后上游库水位年变幅较小 ， 库水位变化对径 向位移 变化 的影响也相对较小 ， 测值变化平稳 无明显 的趋 势性 。 ( 3 )同一坝段高高程处的位移绝对值及年变幅 较大， 而低 高程处 的位移及 年变幅较小 。其 中： 1 1 号坝段位移的绝对值及年变幅在 同一高程处比其它 部位要大 ； 此外 ， 6号坝段的位移 变幅要 比 1 6号坝 段要大 ， 这与 1 6号坝段设置坝内泄洪孑 L 坝体局部加 厚 ， 刚度相对较 大， 以及 1 6号坝段下游 泄槽约束等 因素有关。 ( 4 )右 1 4拱变形大于左 1 4拱 ， 其 主要原 因 是右中孑 L 及其基础混凝土对坝体的支撑作用小于左 侧泄水孔及其基 础混凝土对坝体 的支撑作用造成 的， 使得 6号坝段的径向位移大于 1 6号坝段 的径 向 位移 。 ( 5 )2 0 0 4年 以后 ， 扣除监测系统改造等因素影 响 ， 径向位移变化总体平稳 。 ( 6 )切 向位移呈周期性变化。温度升高 ， 右岸 6号坝段测点向左岸位移 ； 左岸 1 6号坝段测点向右 岸位移 ； 温度下降， 上述两坝段测点向两岸位移 。其 主要原因是由于在温度荷载作用下产生的顺河 向位 移较大 ， 从而出现在温升时坝体向上游位移 的同时 ， 5 4 张毅， 李季， 李媛， 李永高 李家峡拱坝河床坝基混凝土腐蚀检测与分析 1 4拱测点向河床位移 ； 而在温降时 ， 坝体向下游位 移的同时， 1 4拱测点向两岸位移的变化规律 。 ( 7 )切向位移随库水位升高 ， 右 1 4拱 ( 6号坝 段) 、 左 1 4拱 ( 1 6号坝段 ) 测点 向两岸位 移 ， 拱冠 ( 1 1 号坝段 ) 向左岸位移。2 0 0 2年后切向位移变化 较小 ， 且无趋势性。拱冠 、 左右 1 4拱坝段基础部位 位移 2 0 0 4年以后变化较为稳定 ， 无明显 的趋势性变 化。 分析表明， 大坝水平位移变化规律总体正常。 4 河床坝基工作性态综合评价 ( 1 )坝基渗流评价。沿坝轴线方 向的扬压力测 压孔水位变化总体上符合一般混凝土拱坝扬压力变 化的规律 ； 大坝坝基部分坝段 ( 如 3 、 8和 1 3号坝段 等 ) 的地质条件复杂 ， 有多条断层穿过坝基 ， 引起坝 基扬压力测压孔水位 的不 明显 增大现象。总体而 言 ， 各坝段坝基扬压力变化规律正常 ， 尚未发现异常 迹象。大坝坝基的渗漏量主要受库水位 、 降雨及岸 坡地下水位变化的影响 ， 在雨季库水位及岸坡地下 水较高 ， 坝基的渗漏量也相对较大 ； 河床坝基部位总 渗漏量明显大于两岸岸坡的总渗漏量 ， 这可能与基 础廊道表层混凝土腐蚀有关 ； 大坝总渗漏量和各部 位渗漏量相对稳定 ， 变化规律正常。表 明防渗帷幕 的工作性态基本正常。 ( 2 )坝基变形评 价。水平位 移主要受库水位 、 温度等变化 的影 响， 2 0 0 2年后 变化较小 ， 其对大坝 变形的影响也较小 。由实测资料表明 ： 大坝的径 向 位移随库水位的升高 ， 向下游位移增大 ； 大坝的切向 位移随库水位的升高 ， 向两岸方 向位移 。与此同时 ， 温度变化对大坝的水平位移有较大的影响， 温升时 ， 大坝在径向向下游位移的同时 ， 沿切 向向河床位移 ； 而温降时 ， 大坝在径向向下游位移的同时 ， 沿切向向 两岸位移 ， 这主要 由于大坝在水压、 温度等荷载作用 下 ， 坝体顺河向位移较大 ， 从而引起大坝变形产生上 述的变化规律 。此外 ， 坝基的变形较大 ， 主要是地质 条件复杂 ， 坝基变形模量低引起 的。至于左右两岸 变形不对称 ， 右岸变形 比左岸变形要大 的原因 ， 与坝 体结构 、 对应部分的基础约束条件及下游泄水槽等 影响有关 。总体而言 ， 目前大坝水平位移 和垂直位 移时效变化已基本稳定 ， 大坝位移变化规律总体正 常 5 结语 ( 1 )李家峡水电站河床坝基混凝土腐蚀检测研 究 ， 基本查清了坝基左、 右岸爬坡段混凝土的腐蚀情 况。主要原 因是 由于混凝土结构永久性地浸泡在具 有硫酸盐腐蚀性的地下水 中或处 于地下水位波动带 部位 ； 其次是二期混凝土可能未采用抗硫酸盐类水 泥， 且施工质量存在明显缺陷 ， 造成混凝土结构容易 遭受侵蚀。左岸爬坡段廊道表部二期混凝土内部存 在强硫酸盐 腐蚀及 弱溶 出型腐蚀 ( 微 矿化度 水腐 蚀 ) ， 腐蚀程度严重 ； 而一期混凝土由于为抗硫酸盐 腐蚀混凝土 ， 内部虽然存在中等程度的溶 出型腐蚀 及局部区域的弱硫酸盐腐蚀， 但由于腐蚀的时效性 等 因素 ， 目前仅局部存在较小范围的弱腐蚀。建议 对左岸二期混凝土进行拆除重修 ， 水泥选用抗硫酸 盐类水泥， 以增强该部位经补强后混凝土结构 的耐 久性。 ( 2 )大坝 左 、 右 岸 爬 坡 段 廊 道 ( 2 0 3 5 0 0 2 0 5 9 0 0 m) 坝基不同部位地下水具有不 同的侵蚀 作用类型， 总体上以硫酸盐类侵蚀作用为主， 溶出型 腐蚀作用次之 。作为坝址渗漏水动态的微观要素之 一 ，应定期地进行水质的取样化验工作 。 ( 3 )李家峡水电站河床坝基混凝土腐蚀检测表 明 ， 基础廊道一期混凝土与坝基基岩结合部位胶结 良好 ， 地下水的硫酸盐类侵蚀 尚未对基础一期混凝 土造成宏观上的损伤。 ( 4 )河床坝基安全监测资料分析表明 ， 坝基工 作性态正常 ， 尚未发现有明显 的异常迹象。鉴于河 床坝基混凝土存在腐蚀破坏迹象 ， 今后应重点开展 安全监测和检测评估 ， 及时掌握坝基工作性态 。 参考文献 ： 1 范振东 ， 崔伟杰 ， 郭芝韵 ， 张毅 基于改进 的 P S O S V M 法 的大 坝安全 非线性预警模型研究 J 水 电能源科学 ， 2 0 1 4， ( 1 1 ) ： 7 3- 7 5 2 李 季 龙羊峡 大坝 高水位运 行期变位 规律分 析 J 大坝 与安 全 ， 2 0 0 8 ， ( 1 ) ： 3 8 4 0 3 张毅 ， 李季 ， 胡锁钢 ， 邓义 黄河李家峡 大坝原型观测试 验研究 J 大坝与安全 ， 2 0 1 4 ， ( 6 ) ： 6 0 6 4 4 河海大学 李家峡水 电站坝基及 两岸渗流水质分 析报告 R 南 京： 河海大学 ， 2 0 1 4 5 西北勘测设计研 究院 黄河 李家峡水 电站大 坝混凝 土腐 蚀物 探检测报告f R 西安： 西北勘测设计研究院， 2 0 1 3 6 黄河水 电公 司大坝管理 中心 ， 河海大学 李 家峡水 电站大坝监 测 资料分析报告 R 2 0 1 4