混凝土壩老化過程及“預(yù)期壽命”的探討

宋恩來

（東北電網(wǎng)有限公司，遼寧 沈陽 110181）

我國修建的大壩已超過85 000座，其中混凝土壩約占2／3，大中型水電站中混凝土壩約占70%?；炷翂闻c其它壩型相比有很多優(yōu)點(diǎn)，但同所有大壩一樣，也存在老化現(xiàn)象。

大壩蓄水運(yùn)行后，即受到外界惡劣環(huán)境（如溫度變化、凍融、凍脹、碳化、水質(zhì)侵蝕等）的影響和多種荷載的共同作用（如水壓力、滲透、揚(yáng)壓力、溫度和冰壓力等）及壩體混凝土體積變形（干縮、堿-骨料反應(yīng)）、徐變等，同時(shí)還要經(jīng)受洪水、地震、泄洪、排沙、排污和引水發(fā)電等各種運(yùn)行工況的考驗(yàn)。若干年后，老化現(xiàn)象逐漸顯露出來，隨著時(shí)間的推移逐漸惡化，可靠性和安全等級(jí)降低，必須進(jìn)行修補(bǔ)、加固或改造才能保證安全運(yùn)用。

1 混凝土壩的老化過程

大壩老化包括壩基和壩體兩部分，壩基老化表現(xiàn)在基礎(chǔ)材料變?nèi)?、防滲和排水系統(tǒng)失效、巖石縫中填充細(xì)料流失等；壩體老化表現(xiàn)在裂縫擴(kuò)展及發(fā)育、滲漏溶蝕、體積改變、凍融和凍脹破壞、碳化、排水系統(tǒng)堵塞等。如在壩上布置有泄洪與引水部分，則老化還表現(xiàn)在沖刷、磨損與空蝕、金屬構(gòu)件銹蝕和變形、閘墩裂縫、電器設(shè)備絕緣降低等。

混凝土壩各種老化現(xiàn)象都是由小到大、由表及里逐漸發(fā)展變化的緩慢過程，其速度不僅與混凝土材料、外界自然條件和運(yùn)行環(huán)境有關(guān)，同時(shí)與設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行管理等有關(guān)，各個(gè)方面都必須給予重視，則可防止或減緩老化的進(jìn)程。

1.1 混凝土壩各個(gè)時(shí)期

混凝土壩同其它生物的生長過程一樣，也有“生老病死”的周期。這一老化過程可分為青年期、中年期和老年期，也可以將這三個(gè)時(shí)期稱為適應(yīng)期、穩(wěn)定期和老化期，而在每個(gè)進(jìn)程中又可能出現(xiàn)患病期。

1.1.1 混凝土壩青年期

青年期為大壩運(yùn)行的早期。從施工開始，經(jīng)水庫蓄水，上游水壓力、揚(yáng)壓力、滲透壓力、溫度等各種荷載逐漸作用于壩體。隨著時(shí)間的推延，壩體混凝土還會(huì)發(fā)生體積變化，比較常見的有早期水泥水化熱引起的體積膨脹和干縮，還有堿-骨料反應(yīng)，它可以長時(shí)間引起較大的體積膨脹。體積膨脹和變化有時(shí)會(huì)導(dǎo)致混凝土質(zhì)量變劣并引起裂縫?；炷吝€有徐變性質(zhì)，即在常應(yīng)力下應(yīng)變隨時(shí)間而增加。水泥（以及可能的骨料）的徐變及松弛造成了混凝土的徐變和松弛，它將降低壩體結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力，因而可減少混凝土的裂縫，從這個(gè)角度看，它們提高了壩的安全度。試驗(yàn)表明，徐變的速度與初次加載時(shí)的混凝土齡期有關(guān)，齡期越老，徐變越慢。

觀測資料反映，這個(gè)時(shí)期壩體的溫度趨于穩(wěn)定，壩體的滲透壓力趨于穩(wěn)定?；炷翂螐脑缙趶椥阅Ａ康?、強(qiáng)度低、徐變率高，隨著壩齡的增長，其彈性模量和強(qiáng)度都逐漸增長，彈性模量的增高使彈性變形稍有減少，抗拉和抗壓強(qiáng)度升高。與徐變有關(guān)的應(yīng)變也在發(fā)生，壩基和壩體均出現(xiàn)一定的時(shí)效變形。大壩開始適應(yīng)蓄水后的應(yīng)力，其綜合特性朝著大壩安全有利的方向發(fā)展，使大壩安全度隨著壩齡的增加而有所提高，可靠度上升，一直到大壩穩(wěn)定下來進(jìn)入“正常狀態(tài)”。

1.1.2 混凝土壩中年期

大壩經(jīng)過青年期的適應(yīng)后，各種性能已經(jīng)穩(wěn)定。大壩在各種正常荷載作用下，壩體任一部位的應(yīng)力均在允許范圍之內(nèi)，壩踵區(qū)不出現(xiàn)拉應(yīng)力，抗滑穩(wěn)定滿足設(shè)計(jì)要求。在中年期，大壩總體上處于線彈性或粘彈性工作階段，應(yīng)力應(yīng)變呈線性關(guān)系。荷載和位移基本上也呈線彈性或粘彈性關(guān)系。

長期運(yùn)行的混凝土壩，經(jīng)歷了各種荷載工況后，結(jié)構(gòu)性態(tài)不斷調(diào)整，同時(shí)在環(huán)境和滲流等因素侵蝕下，其材料特性也發(fā)生變化，這時(shí)大壩變形監(jiān)測資料可綜合反映混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際性態(tài)。觀測資料反映，大壩的變形、滲流等變化均有一定周期性，不會(huì)出現(xiàn)大的波動(dòng)；定量分析表明，變形值或滲流值與水位分量、溫度分量有很好的相應(yīng)關(guān)系，時(shí)效分量所引起的變形值或滲流值已經(jīng)很小或消失。在這個(gè)時(shí)期，除遇超標(biāo)荷載（洪水、地震等）外，大壩可以安全運(yùn)行，可靠度高，是大壩運(yùn)行的最佳時(shí)期。

恢復(fù)中年期：隨著時(shí)間的推延，大壩老化現(xiàn)象開始顯露并發(fā)展，為保證大壩的各種功能達(dá)到原設(shè)計(jì)要求，采取一定的補(bǔ)強(qiáng)加固措施，消除工程缺陷，使大壩綜合特性得到改善和加強(qiáng)，使壩體任一部位的應(yīng)力又處在允許范圍之內(nèi)，壩踵區(qū)不出現(xiàn)拉應(yīng)力。壩體裂縫不再擴(kuò)展；壩基帷幕、壩體凍融破壞和凍脹破壞得到了補(bǔ)強(qiáng)；大壩泄洪部位的沖刷磨損和空蝕破壞在控制范圍之內(nèi)；滲漏和溶蝕明顯減?。粚?duì)碳化和鋼筋銹蝕進(jìn)行了處理。觀測資料表明，與加固前相比，大壩的變形幅度減小，荷載和位移基本上也呈線彈性或粘彈性關(guān)系。

1.1.3 混凝土壩老年期

隨著大壩壩齡的增長，壩體和壩基材料成分、結(jié)構(gòu)等均發(fā)生變化，強(qiáng)度有一定降低，滲透和溶蝕加大，裂縫擴(kuò)展并發(fā)育，凍融和凍脹破壞加劇。這個(gè)時(shí)期大壩的功能雖然可滿足設(shè)計(jì)要求，有時(shí)必須進(jìn)行處理，隨著壩齡的增長，大壩的綜合特性有可能逐漸向不利的方向發(fā)展，安全度降低，失效率上升。在這個(gè)時(shí)期，隨著荷載的增加或條件的變化，大壩壩踵拉應(yīng)力增大，下游區(qū)壓應(yīng)力加大，壩體內(nèi)部分區(qū)域開始出現(xiàn)壓剪屈服等，大壩的變形有些增加，變形與荷載呈非線性關(guān)系。大壩處于彈塑性或粘彈塑性工作狀態(tài)。但由于設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)抗滑穩(wěn)定、混凝土強(qiáng)度等均留有較大的裕度，在老年期的一定階段，大壩仍能滿足使用功能，并可安全運(yùn)行。

大多數(shù)情況下，老化進(jìn)程是緩慢的，但有的老化現(xiàn)象會(huì)加速，如單支墩大頭壩在施工期出現(xiàn)劈頭裂縫，其裂縫的擴(kuò)展往往速度較快，由于溫度荷載的周期性作用，縫內(nèi)水壓逐漸增大，會(huì)使裂縫劈裂，影響大壩的側(cè)向穩(wěn)定。寒冷地區(qū)大壩的泄洪部位，由于混凝土的凍融、凍脹破壞再遇高速水流沖刷，老化速度也會(huì)加劇，有時(shí)會(huì)造成破壞。

恢復(fù)老年期：為確保大壩的安全，使其滿足各項(xiàng)使用功能，避免或減緩混凝土壩的老化進(jìn)程，對(duì)大壩采取較全面的補(bǔ)強(qiáng)加固措施，消除工程存在的缺陷，使大壩綜合特性得到一定的改善和加強(qiáng)。壩基帷幕到了補(bǔ)強(qiáng)，疏通了排水孔；挖除了凍融破壞和凍脹破壞的混凝土，并進(jìn)行了補(bǔ)強(qiáng)；大壩溢流部位滿足泄洪要求。荷載和位移基本上也呈線彈性或粘彈性關(guān)系。觀測資料表明，與加固前相比，大壩的變形幅度減小，滲漏量減小，裂縫開合度有一定周期性。

1.1.4 混凝土壩患病期

大壩經(jīng)過多年的運(yùn)行，壩體混凝土、壩基巖石等均發(fā)生較大變化，強(qiáng)度降低很多，滲透和溶蝕加大，混凝土原裂縫擴(kuò)展，并出現(xiàn)大量新裂縫，凍融和凍脹破壞嚴(yán)重，各種老化現(xiàn)象加劇。這個(gè)時(shí)期大壩功能降低速度較快，大壩的綜合特性隨著壩齡的增長逐漸向惡化的方向發(fā)展，安全度大幅度降低，失效率顯著上升。在這個(gè)時(shí)期，隨著荷載的繼續(xù)增加或條件的變化，當(dāng)超過一定的數(shù)值后，大壩變形急劇增加，大壩出現(xiàn)開裂，屈服區(qū)急劇擴(kuò)大，出現(xiàn)大的變形。當(dāng)荷載達(dá)到臨界值時(shí)，大壩可能破壞，完全喪失承載能力，失去其使用功能。大壩患病期可能在青中年期發(fā)生，也可能在老年期出現(xiàn)。

1.2 混凝土壩各個(gè)時(shí)期壩齡推定

1.2.1 變形與綜合彈性模量

由于混凝土壩壩型、材料、設(shè)計(jì)水平、標(biāo)準(zhǔn)、施工條件、要求、運(yùn)行管理和大壩所處環(huán)境等不同，大壩各個(gè)時(shí)期的壩齡也不相同，很難給出具體數(shù)字。一般來講，壩齡短為青年期，壩齡長為老年期，二者之間為中年期，大壩達(dá)不到設(shè)計(jì)使用功能時(shí)為患病期。

大壩的建筑材料為混凝土，混凝土的彈性模量與變形和強(qiáng)度有一定關(guān)系。大壩運(yùn)行時(shí)要進(jìn)行安全監(jiān)測，其中，必不可少的監(jiān)測項(xiàng)目是變形監(jiān)測，可通過大壩的變形監(jiān)測數(shù)據(jù)來判斷。即長期運(yùn)行的混凝土壩，壩體混凝土的綜合彈性模量是影響變形和強(qiáng)度等的主要綜合參數(shù)，用實(shí)測變形資料反演混凝土壩的綜合彈性模量來判斷大壩的各個(gè)時(shí)期。雖然混凝土壩各部位混凝土的強(qiáng)度等參數(shù)不同，壩體混凝土各區(qū)的彈性模量也不同，但大壩蓄水運(yùn)行后經(jīng)歷了各種荷載的綜合作用，其結(jié)構(gòu)性態(tài)不斷調(diào)整，同時(shí)在環(huán)境和滲流等因素侵蝕下，其材料特性也發(fā)生了變化，變形監(jiān)測資料能綜合反映混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際性態(tài)。

青年期、中年期的大壩總體上處于線彈性或粘彈性工作階段，應(yīng)力應(yīng)變呈線性關(guān)系，荷載和位移基本上也呈線彈性或粘彈性關(guān)系。老年期，大壩處于彈塑性或粘彈塑性工作狀態(tài)，大壩的變形有些增加，變形與荷載逐漸呈非線性關(guān)系?；疾∑?，大壩的綜合特性隨著壩齡的增長逐漸向惡化的方向發(fā)展，隨著荷載的繼續(xù)增加或條件的變化，當(dāng)超過一定的數(shù)值后，大壩變形急劇增加，大壩出現(xiàn)開裂，屈服區(qū)急劇擴(kuò)大，出現(xiàn)大的變形。

1.2.2 工程實(shí)例

（1）工程概況

古田一級(jí)水電站位于福建省古田縣城下游峽谷入口處，大壩設(shè)在龜瀨。水庫容積6.55億m3，為多年調(diào)節(jié)水庫。電站為二等大（2）型工程，大壩為Ⅱ級(jí)建筑物。壩型為混凝土寬縫重力壩，壩頂全長412.0 m，最大壩高 71.0 m，壩頂高程 384.5 m，正常高水位 382.0 m，設(shè)計(jì)洪水位 382.63 m，校核洪水位383.87 m。

大壩于1957年8月開工，1959年6月下閘蓄水，1959年底全部建成。老水平位移監(jiān)測系統(tǒng)從1960年5月25日開始觀測，1966年12月停測。新觀測系統(tǒng)于1964年6月8日開始進(jìn)行監(jiān)測。

（2）綜合彈性模量

文獻(xiàn)[1]的反演成果：

將1964～1998年古田一級(jí)大壩的水平位移監(jiān)測資料分為6個(gè)時(shí)段，即1964～1969年、1970～1975年 、1976～1981 年 、1982～1988 年 、1989～1993 年 、1994～1998年。對(duì)每段資料建立監(jiān)控模型，僅分離出壩體變形的水壓分量（δH），并假設(shè) Ec=2.1×104MPa，用有限元計(jì)算δ′H，然后分別反演各時(shí)段的平均綜合彈性模量，其結(jié)果如表1。

（3）大壩各個(gè)時(shí)期壩齡的推定

表1 古田一級(jí)大壩21號(hào)壩段分時(shí)段綜合彈性模量反演成果Table 1 :Inversion result of integrated elastic modulus in different periods of the dam block 21 of Gutianxi I dam

從表1不難看出，21號(hào)壩段各分段綜合彈性模量的變化從1964年開始逐年增大，1976年前增加較快，之后呈緩慢上升趨勢，1994年開始呈略有下降的趨勢?？梢哉J(rèn)為古田一級(jí)大壩1964年前為青年期，1964～1994年為中年期，從1994年開始進(jìn)入老年期，即進(jìn)入中年期的壩齡為5年，進(jìn)入老年期的壩齡為35年。

1.3 混凝土壩各個(gè)時(shí)期的安全評(píng)估

混凝土壩設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到混凝土的不均一性、大壩的耐久性、技術(shù)上的不確定性等，在原SDJ21-78《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（試行）及補(bǔ)充規(guī)定中，壩體的強(qiáng)度安全系數(shù)采用4.0～3.5，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)取 3.0～2.3。新 DL5108-1999《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》與原規(guī)范基本相同，采用分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)表達(dá)式替代原規(guī)范的單一安全系數(shù)表達(dá)式?？梢娀炷翂卧谇嗄昶凇⒅心昶诎踩容^高，并有一定的超載能力。

1.3.1 青年期

大壩運(yùn)行早期，一般可滿足設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)功能進(jìn)行安全運(yùn)用。但由于設(shè)計(jì)錯(cuò)誤或考慮不周、壩基或岸坡出現(xiàn)問題、施工重大質(zhì)量缺陷等，大壩不能正常蓄水和運(yùn)用。嚴(yán)格來講，這不屬于混凝土壩老化問題。

1.3.2 中年期

大壩到中年期，壩體材料和大壩基礎(chǔ)各種性能都已穩(wěn)定。在各種正常荷載作用下，大壩總體上處于線彈性或粘彈性工作階段，大壩變形規(guī)律性很強(qiáng)，滲流也比較穩(wěn)定，裂縫穩(wěn)定，大壩安全度較高，是大壩最佳工作階段。除滿足設(shè)計(jì)條件外，大壩還有一定的超載能力。

1.3.3 老年期

隨著時(shí)間的推延，壩體和壩基材料成分、結(jié)構(gòu)等均發(fā)生變化，大壩處于彈塑性或粘彈塑性工作狀態(tài)，各種老化現(xiàn)象顯露。由于設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)抗滑穩(wěn)定、混凝土強(qiáng)度等均留有較大的裕度，這時(shí)期大壩的功能在一定時(shí)期內(nèi)仍可滿足設(shè)計(jì)要求，但發(fā)展到一定階段，必須進(jìn)行處理，不然大壩的綜合特性隨著壩齡的增長逐漸向不利的方向發(fā)展，安全度降低。

1.3.4 患病期

（1）青中年期患病

大壩總體上處于線彈性或粘彈性工作階段，這個(gè)時(shí)期出現(xiàn)的影響大壩安全運(yùn)行的工程問題。如單支墩大頭壩的劈頭裂縫擴(kuò)展往往速度較快，由于溫度荷載的周期性作用，縫內(nèi)水壓逐漸增大，會(huì)使裂縫劈裂，影響大壩的側(cè)向穩(wěn)定。這種患病期，經(jīng)加固處理可恢復(fù)到中年期，并可較長時(shí)間安全運(yùn)行，如湖南柘溪大壩。

（2）老年期患病

大壩老化進(jìn)程是緩慢的，當(dāng)大壩總體上彈性模量已處于彈塑性或粘彈塑性工作階段，在這個(gè)時(shí)期出現(xiàn)的影響大壩安全運(yùn)行的工程問題。這是老年期患病，經(jīng)補(bǔ)強(qiáng)加固后也可恢復(fù)到中年期，可使大壩安全運(yùn)行。

1.3.5 大壩的超載能力

混凝土壩在青年期、中年期安全度較高，并有一定的超載能力。工程實(shí)例如下。

（1）佛子嶺混凝土連拱壩

佛子嶺水庫位于安徽省淮河南岸支流淠河的東支，以防洪為主，兼有發(fā)電和灌溉。壩址以上控制流域面積 1 840 km2，水庫總庫容 4.96 億 m3，樞紐建筑物包括大壩、溢洪道、輸水鋼管、發(fā)電廠房等。大壩為混凝土連拱壩，由20個(gè)垛、21個(gè)拱和兩端接拱重力拱壩組成， 壩頂全長510 m，最大壩高75.9 m。溢洪道位于東岸的凹內(nèi)，凈寬 5×10.6 m。溢洪道最大設(shè)計(jì)流量為5 710 m3／s。廠房在壩后垛內(nèi)，老廠房裝機(jī)5臺(tái)，容量為11 MW。新廠房當(dāng)時(shí)裝機(jī)1臺(tái)，容量為10 MW。工程于1952年1月開工，大壩于1954年11月建成。

1969年7月庫區(qū)連續(xù)降雨后，14日又降大暴雨，14日0時(shí)～18日18時(shí)水庫洪量達(dá)10.59億m3。因電源中斷無法開啟閘門，7月14～15日大壩發(fā)生洪水漫頂事故。漫頂水流夾雜著大量飄浮物直飛壩下。洪水漫頂時(shí)，7月14日14時(shí)最大下泄量為5 400 m3／s，其中由溢洪道下泄 4 000 m3／s，壩頂漫流下泄流量為1 180 m3／s，其余為鋼管流出。漫頂下泄最大瞬時(shí)流量1 200 m3／s（14日13時(shí)40分），最大漫頂超過壩頂攔桿1.08 m，持續(xù)時(shí)間25 h15 min，漫頂總水量 0.49 億 m3。

由于洪水漫頂，兩岸壩后基巖遭到嚴(yán)重沖刷破壞，并使大壩的2、3號(hào)垛和21號(hào)垛基礎(chǔ)穩(wěn)定條件惡化，滲水加劇，揚(yáng)壓力增高；飄浮物由壩頂順流而下，將老廠房砸毀，機(jī)組也遭到嚴(yán)重?fù)p害。新廠房進(jìn)水也損失很大。但大壩并未潰壩失事，為確保大壩安全，之后不得不進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。

（2）磨子潭混凝土雙支墩大頭壩

磨子潭水庫位于佛子嶺水庫上游，因佛子嶺水庫庫容較小、防洪標(biāo)準(zhǔn)較低而加建的,水庫總庫容3.36億m3。樞紐包括大壩、溢洪道、泄洪洞和發(fā)電廠。大壩為混凝土雙支墩大頭壩，最大壩高82.4 m,壩頂長335 m，由雙支墩12個(gè)及東西側(cè)單支墩各3個(gè)組成。庫區(qū)埡口溢洪道為開敞式，共6孔，最大泄量 2 288 m3／s，泄洪洞設(shè)在左岸，最大泄量 426 m3／s，壩后式廠房內(nèi)裝一臺(tái)16 MW機(jī)組。工程1956年9月開工，大壩于1958年6月完成。

由于上游庫區(qū)14日降大暴雨，14日0時(shí)～18日18時(shí)水庫洪量達(dá)10.59億m3。7月 14～15日磨子潭大壩發(fā)生洪水漫頂事故，漫頂超過壩頂攔桿0.48 m，持續(xù)時(shí)間 4 h48 min。經(jīng)過電站工人奮斗，用絞磨將閘門啟開，水位才開始下降。

洪水超過壩頂，大壩安全無恙，雖然漫頂時(shí)間較短，但大壩仍受到一定傷害。

2 混凝土壩的“預(yù)期壽命”

混凝土壩的“預(yù)期壽命”是多少？目前尚未見到我國的標(biāo)準(zhǔn)。我國壩工專家、兩院院士潘家錚說[3]：“…水壩的壽命問題倒值得探討。一般建筑物都有個(gè)使用期或設(shè)計(jì)壽命的問題。…普通工程按50年考慮，重要工程按100年考慮等。達(dá)到了設(shè)計(jì)壽命期，如果工程已不能發(fā)揮作用或不符合新的規(guī)則要求，就報(bào)廢拆除或重建，無論房屋建筑、橋梁、道路、機(jī)場、小型水利工程無不如此?！?，對(duì)于三峽這樣的工程，也包括其他高壩大庫工程，情況有些特殊，即使按百年大計(jì)考慮，到了百年之后，既不能報(bào)廢，更不能拆除，也不能重建，而百年光陰則說短不短，說長也不長，建國初期建的壩，也快達(dá)60大壽了，這確實(shí)是一個(gè)值得考慮的問題?！瘴铱磥恚龒{工程以及其他高壩大庫工程，基本上應(yīng)可長期使用，不存在報(bào)廢拆毀和重建問題。所謂長期，是指可預(yù)見的未來，譬如說，幾百年，三峽工程可考慮更長些。至于再以后的事，現(xiàn)在科技進(jìn)步如此迅速，就不必考慮和擔(dān)憂了，相信十多代、幾十代以后的后人會(huì)有辦法的?！髩嗡畮炷茏龅介L期使用嗎？木結(jié)構(gòu)要朽爛，鋼結(jié)構(gòu)要腐蝕，很薄的路面、襯砌要崩解…這些結(jié)構(gòu)要長期使用相當(dāng)困難，但由土、石、混凝土等材料做成的體積龐大的水壩，就很有希望長葆青春。以混凝土大壩來說，只要各種建壩材料和其拌合制成品是穩(wěn)定的，表面風(fēng)化剝蝕和滲透水的破壞能得到防止，加上精心維護(hù)檢修，混凝土大壩的長期利用是可以辦到的，其他土石壩等大型水壩也可以做到長期利用。”

IEC（國際電工委員會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)也在改變，原標(biāo)準(zhǔn)：大壩、隧道、水庫、調(diào)壓井等的“技術(shù)壽命”為60～80年，“經(jīng)濟(jì)壽命”為 80～150年；廠房結(jié)構(gòu)、泄洪道、壓力管道、鋼襯等的“技術(shù)壽命”為40～50年，“經(jīng)濟(jì)壽命”為50～80年。新標(biāo)準(zhǔn)（水力發(fā)電站及其輔助系統(tǒng)預(yù)期壽命 62256，IEC：2008 年）：大壩、渠道、隧道、洞室、水庫、調(diào)壓室等的“技術(shù)壽命”為60～80年；主廠房結(jié)構(gòu)、擋水結(jié)構(gòu)、溢洪道、截沙設(shè)施、壓力管道、鋼襯、道路、橋梁等的“技術(shù)壽命”為40～50年。新標(biāo)準(zhǔn)已去掉了“經(jīng)濟(jì)壽命”一詞，顯然大壩等建筑物的“壽命”更要長一些，長多少已不再給具體數(shù)字?！凹夹g(shù)壽命”可理解為建筑物滿足各項(xiàng)設(shè)計(jì)功能要求，能安全運(yùn)行而未進(jìn)行“大修”或“大規(guī)模補(bǔ)強(qiáng)加固工程”的使用年限。大壩達(dá)到“技術(shù)壽命”后，采取一定工程措施，經(jīng)補(bǔ)強(qiáng)加固后仍可繼續(xù)安全運(yùn)行。

2.1 混凝土壩“技術(shù)壽命”

我國修建的混凝土壩，壩齡最長的已超過70年，新中國成立后修建的混凝土壩壩齡也已達(dá)到50年。下面將東北地區(qū)電力行業(yè)的水電站混凝土壩“技術(shù)壽命”統(tǒng)計(jì)列在表2。

從表2可以看出：

（1）大壩蓄水運(yùn)行后，至今尚未進(jìn)行大修的有白山、紅石、回龍山、太平哨、渭原和太平灣等大壩，回龍山和太平哨大壩的技術(shù)壽命已超過30年。

表2 東北地區(qū)混凝土壩“技術(shù)壽命”Table 2 :The technical life of concrete dams in northeast area

（2）紅石大壩大修原因是消力戽沖掏空蝕破壞，2007年進(jìn)行了補(bǔ)強(qiáng)加固?；佚埳酱髩未笮奘且蛐购闀r(shí)壩趾沖刷空蝕破壞，2003年進(jìn)行了補(bǔ)強(qiáng)加固。這均與泄洪有關(guān)。

（3）桓仁大壩經(jīng)1989年加高防滲層、壩頂防滲和空腔保溫改造后又安全運(yùn)行20年，大壩安全第三次定期檢查評(píng)定為正常壩，顯然仍可安全運(yùn)行。

（4）豐滿大壩的“技術(shù)壽命”，如從蓄水時(shí)計(jì)算為44年，從大壩恢復(fù)改造至全面補(bǔ)強(qiáng)加固則為33年。1986～1997年全面加固后仍在運(yùn)行。

（5）水豐大壩由于消力池破壞、凍融和凍脹及戰(zhàn)爭破壞，1956～1958年進(jìn)行恢復(fù)改造后，已又安全運(yùn)行50多年。但因金屬結(jié)構(gòu)及壩體等部位老化，現(xiàn)在進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。

2.2 混凝土壩老化的恢復(fù)改造

我國首輪大壩安全定期檢查時(shí)，在96座大壩中查出7座病壩，2座險(xiǎn)壩。二輪定期檢查時(shí)，在130座大壩中查出8座病壩（綠水河兩次被評(píng)定為病壩）。

上述16座大壩被評(píng)定為病、險(xiǎn)壩，因?yàn)楦鞣N老化現(xiàn)象，已影響到大壩安全運(yùn)行，使安全等級(jí)下降，也有部分大壩是由于洪水復(fù)核結(jié)果降低了安全等級(jí)。

在這16座病、險(xiǎn)壩中，經(jīng)過補(bǔ)強(qiáng)加固的有青銅峽、洛東、以禮河四級(jí)（小山）、白漁潭、馬跡塘、李官、水東、以禮河二級(jí)（水槽子）、綠水河等9座病壩，修文險(xiǎn)壩摘掉了“病壩”、“險(xiǎn)壩”的帽子，恢復(fù)了正常壩的安全等級(jí)，并繼續(xù)按原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)安全運(yùn)行，發(fā)揮其各項(xiàng)功能。天橋、佛子嶺、梅山、黃龍灘等4座病、險(xiǎn)壩維修加固均已完成或正在實(shí)施；豐滿大壩補(bǔ)強(qiáng)加固方案正在設(shè)計(jì)，南告大壩已移交地方管理。

可見，大壩安全等級(jí)降低，可通過補(bǔ)強(qiáng)加固、采取工程措施摘掉“病壩”、“險(xiǎn)壩”的帽子，恢復(fù)正常壩的安全等級(jí)。

3 幾點(diǎn)看法

（1）大壩長期運(yùn)行后，其老化是難免的，能否繼續(xù)使用，應(yīng)根據(jù)混凝土壩的綜合彈性模量來判斷大壩的整體工作狀態(tài)，即大壩總體上是否處在線彈性或粘彈性工作階段。而線彈性或粘彈性工作階段的確定，應(yīng)根據(jù)大壩的監(jiān)測資料來判斷。這是由于變形監(jiān)測資料能綜合反映混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際性態(tài)。

（2）大壩運(yùn)行若干年后，其老化現(xiàn)象逐漸顯露出來，能否繼續(xù)正常運(yùn)行，是否需要加固，不能憑局部現(xiàn)象（如裂縫發(fā)育、滲漏溶蝕等）來評(píng)價(jià)，應(yīng)對(duì)監(jiān)測資料進(jìn)行分析，判斷變化規(guī)律是否正常，變化幅度是否超限，即看大壩總體上是否處在線彈性或粘彈性工作階段。

（3）大壩經(jīng)過補(bǔ)強(qiáng)加固工程后，也應(yīng)用變形監(jiān)測資料進(jìn)行判斷，即變形規(guī)律等是否恢復(fù)到大壩中年期。如大壩原整體性比較差，經(jīng)外包鋼筋混凝土等補(bǔ)強(qiáng)加固措施后，大壩整體變形大幅度減小，已恢復(fù)到大壩運(yùn)行初期的工作狀態(tài)，變形甚至還小于初期，就不能再憑局部的某些缺陷懷疑大壩的整體性。

（4）混凝土壩的“預(yù)期壽命”是多少？目前我國尚無標(biāo)準(zhǔn)，建議有關(guān)部門制訂電力行業(yè)混凝土壩的“預(yù)期壽命”，以供設(shè)計(jì)、施工和管理等部門參考。

（5）混凝土壩老化會(huì)降低大壩的安全等級(jí)，可通過補(bǔ)強(qiáng)加固等有效措施恢復(fù)大壩的安全等級(jí)。

（6）混凝土壩老化是一個(gè)緩慢的過程，往往容易忽視，但發(fā)展到一定程度需要處理時(shí)，一般要花費(fèi)巨額資金才能確保大壩安全使用，應(yīng)引起各方面重視。

[1]吳中如，顧沖時(shí).重大水工混凝土結(jié)構(gòu)病害檢測與健康診斷[M].北京：高等教育出版社，2007.

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