大壩水環(huán)境對(duì)壩體混凝土的腐蝕評(píng)價(jià)

劉若秀

（福建省水文水資源勘測(cè)局寧德分局，福建 寧德 352100）

1 工程概況

古田溪一級(jí)大壩位于福建省境內(nèi)的閩江支流古田溪上，水庫(kù)總庫(kù)容6.417 億m3，壩址控制流域面積1 325 km2，電站總裝機(jī)容量為66 MW。樞紐由攔河大壩、高頭嶺副壩、引水發(fā)電系統(tǒng)等組成。攔河大壩主壩為混凝土寬縫重力壩，左岸為土石壩接頭，全長(zhǎng)412 m，最大壩高71 m，壩頂高程384.5 m。期間經(jīng)過(guò)1989年、2000年和2008年三次大壩安全定鑒工作，其結(jié)論為工程無(wú)明顯或嚴(yán)重的安全隱患。

2 壩前庫(kù)水水質(zhì)特征

大壩建成蓄水，壩址水環(huán)境特征發(fā)生變化，壩址區(qū)地下水的補(bǔ)、徑、排條件也隨之發(fā)生了變化。位于左、右壩肩部位的地下水除了得到岸坡裂隙水的側(cè)向入滲補(bǔ)給，還將獲得上游庫(kù)水的補(bǔ)給；而位于河床壩段的地下水將主要獲得上游庫(kù)水的補(bǔ)給。

庫(kù)水是壩基的補(bǔ)給源，2011年8月3日在庫(kù)區(qū)壩前設(shè)左、中、右三條垂線，分上、下層分別采集水樣共6 個(gè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。從表1看，建庫(kù)后受水溫分層影響，下層庫(kù)水游離CO2和侵蝕性CO2增大，pH 降低，水呈弱酸性。庫(kù)水總硬度在12.72～15.90 mg/L＜25 mg/L，屬極軟水；礦化度在36.34～44.41 mg/L＜50 mg/L，屬低礦化度水。

表1 2011年8月3日壩前庫(kù)水水化學(xué)特征表 mg/L

對(duì)照環(huán)境水對(duì)混凝土腐蝕判定標(biāo)準(zhǔn)，庫(kù)水pH在6.55～7.41＞6.5，不存在酸性腐蝕；侵蝕性CO2在3.34～10.45 mg/L＜15 mg/L，無(wú)碳酸型腐蝕；HCO3-在0.28～0.34 mmol/L＜0.7 mmol/L，具有中等溶出型腐蝕。溶出型腐蝕主要特點(diǎn)是由于淡水的侵襲作用，把已經(jīng)硬化的水泥組份逐步溶解帶走，使混凝土的結(jié)構(gòu)遭到破壞。古田溪一級(jí)庫(kù)水對(duì)混凝土存在軟水和溶出型腐蝕，對(duì)大壩混凝土強(qiáng)度有一定的影響，因此，要注意庫(kù)底層侵蝕性CO2、酸性水體與巖石、帷幕、大壩混凝土之間的長(zhǎng)期相互作用，可能引起的化學(xué)潛蝕問(wèn)題。

3 大壩廊道滲水水質(zhì)特征

2011年8月2日，在大壩廊道內(nèi)共采集水樣22 個(gè)，其中壩體寬縫水8 個(gè)、集水溝排水6 個(gè)、壩體滲水6 個(gè)、壩基地下水1 個(gè)以及2 號(hào)壩段與右肩巖體接縫處滲水1 個(gè)。

3.1 壩段寬縫水

大壩廊道寬縫水檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。從表2看，寬縫水pH 在7.12～9.37 呈弱堿性或堿性，不存在酸性腐蝕；侵蝕性CO2在0.00～9.20 mg/L＜15 mg/L，無(wú)碳酸型腐蝕；HCO3-除6～7 號(hào)、14～15 號(hào)和15～16 號(hào)3 個(gè)寬縫水大于1.07 mmol/L，無(wú)溶出型侵腐外，其余HCO3-在0.08～0.84 mmol/L＜1.07 mmol/L，具有弱、中等溶出型腐蝕?？傆捕仍?.42～42.40 mg/L＜55 mg/L，屬極軟水；礦化度在42.55～230.13 mg/L，屬低或較低礦化度水。

表2 2011年8月2日大壩廊道寬縫水水化學(xué)特征表mg/L

3.2 壩體滲水

壩前庫(kù)水在向壩基運(yùn)移過(guò)程中，不斷地溶解與之相接觸的帷幕、壩體混凝土中的碳酸鹽類(lèi)物質(zhì)，而使?jié)B水溶液中的離子濃度增大，溶液趨向飽和甚至過(guò)飽和狀態(tài)。一般說(shuō)來(lái)，若滲水水流越緩慢，則越有利于水溶液的飽和；反之，水流越流暢不利于水溶液的飽和。

大壩廊道滲水檢測(cè)結(jié)果表明：滲水量較多的壩段如2 號(hào)、18 號(hào)滲水水清沒(méi)有固體析出物，其pH 值在5.91～6.92＜7.0，呈弱酸性或酸性水，與上游庫(kù)底層水pH 值接近，說(shuō)明此壩段防滲效果相對(duì)較差。相反滲水量小的壩段如8 號(hào)、9 號(hào)、16 號(hào)和17 號(hào)滲水pH 值在9.44～10.63＞7.0 呈堿性，且滲水呈過(guò)飽和狀態(tài)，周邊有黃白色片狀物固體析出，這說(shuō)明此壩段防滲效果相對(duì)較好。

對(duì)照環(huán)境水對(duì)混凝土腐蝕判定標(biāo)準(zhǔn)，除18 號(hào)壩體滲水pH 在5.91～6.45＜6.5，存在酸性腐蝕外，其余pH 在6.92～10.63＞6.5，無(wú)酸性腐蝕；侵蝕性CO2在0.00～10.03 mg/L＜15 mg/L，無(wú)碳酸型腐蝕；HCO3-除16 號(hào)和18 號(hào)壩體滲水大于1.07 mmol/L，無(wú)溶出型腐蝕外，其余HCO3-在0.00～0.57 mmol/L＜0.70 mmol/L，具有中等溶出型腐蝕。

3.3 集水溝排水

大壩廊道集水溝排水檢測(cè)結(jié)果表明：集水溝排水pH 在7.20～8.49＞6.5，呈弱堿性或堿性，不存在酸性腐蝕；侵蝕性CO2在0.00～10.87 mg/L＜15 mg/L，無(wú)碳酸型腐蝕；HCO3-在0.30～0.94 mmol/L＜1.07 mmol/L，具有弱、中等溶出型腐蝕。

4 大壩廊道滲水與庫(kù)水水質(zhì)對(duì)比分析

表3為2011.8 庫(kù)水與大壩廊道滲水水質(zhì)對(duì)照表。從表3看，弱酸性庫(kù)水（pH=6.97）通過(guò)對(duì)與之相接觸的帷幕、壩體混凝土滲透侵蝕作用后，變?yōu)閴A性水（pH：7.48～8.49）。由于庫(kù)水對(duì)混凝土侵蝕作用消耗游離CO2，結(jié)果使大壩廊道滲水（寬縫水、集水溝排水）中的游離CO2減少，相應(yīng)的其侵蝕性CO2也減少。因庫(kù)水通過(guò)對(duì)壩體混凝土的滲透侵蝕、溶解等作用，大壩廊道滲水中各陰、陽(yáng)離子含量、總堿度、總硬度、礦化度和陰陽(yáng)離子總量等也比庫(kù)水顯著增加。

表3 2011年8月庫(kù)水與大壩廊道滲水水化學(xué)主要指標(biāo)對(duì)照m表g/L

5 大壩廊道水質(zhì)變化及其對(duì)大壩混凝土腐蝕評(píng)價(jià)

1959年大壩建成并投入運(yùn)行，大壩廊道水質(zhì)首次檢測(cè)時(shí)間為1987年6月至1988年1月，共取4 次水樣，分別是1987年6，9，11月和1988年1月；第二次檢測(cè)時(shí)間為1999年，共取3 次水樣，分別是1999年2，5，7月；這次檢測(cè)取1 次水樣，時(shí)間為2011年8月。每次分別在大壩廊道不同部位取不同類(lèi)型（包括壩基排孔水、壩體排孔水、寬縫水、壩體滲水、集水溝排水等）水樣進(jìn)行檢測(cè)。

表4 不同時(shí)期大壩廊道水水化學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表 mg/L

圖1 pH、總硬度、侵蝕性CO2、TDS 含量變化趨勢(shì)

由表4和圖1知，在大壩運(yùn)行近25年時(shí)間段內(nèi)，pH 值變幅很小，幾乎成一條水平線；其他指標(biāo)Ca2+、總硬度、HCO3-、侵蝕性CO2、TDS 等含量總體上呈下降趨勢(shì)。延伸至10年后即大壩運(yùn)行62年（見(jiàn)圖虛線與趨勢(shì)實(shí)線交點(diǎn)）各項(xiàng)指標(biāo)含量與現(xiàn)在接近或更小。這是因?yàn)閴误w壩基滲水量近30年來(lái)穩(wěn)定，使水溶液趨向飽和甚至出現(xiàn)過(guò)飽和，溶出性的侵蝕作用遞減，造成溶液中離子含量減少。這也表明大壩壩基帷幕體的防滲性能總體上良好，水庫(kù)水質(zhì)對(duì)大壩混凝土的侵蝕作用逐步降低，可以認(rèn)為大壩在今后10年仍可正常運(yùn)行。

6 結(jié) 論

水庫(kù)蓄水前庫(kù)水pH 值為6.9 接近中性，水化學(xué)類(lèi)型單一為HCO3-NaCa 型。蓄水后，水化學(xué)類(lèi)型的變化主要是陰離子成分變化，除建庫(kù)前HCO3-型外，還出現(xiàn)Cl-和SO4=型。受水溫分層影響，下層庫(kù)水游離CO2和侵蝕性CO2增大，pH 降低，HCO3-減少，水呈弱酸性。壩前庫(kù)水不存在酸型及碳酸型侵蝕，但普遍存具有中等程度的溶出性侵蝕。

壩前庫(kù)水在向壩基運(yùn)移過(guò)程中，不斷地溶解與之相接觸的帷幕、壩體混凝土中的碳酸鹽類(lèi)物質(zhì)，而使大壩廊道水（包括壩段寬縫水、壩體滲水和集水溝排水等）中的pH 增大，呈弱堿或堿性水；溶液中的各陰、陽(yáng)離子含量、總堿度、總硬度、溶解性固形物和礦化度等相對(duì)于庫(kù)水呈顯著增加。

隨著壩體壩基滲水量穩(wěn)定，大壩混凝土縫隙中水溶液趨向飽和甚至出現(xiàn)過(guò)飽和，溶液中離子含量減少，溶出性的侵蝕作用遞減，可以認(rèn)為在今后10年水庫(kù)水質(zhì)對(duì)大壩混凝土的侵蝕作用逐步降低。

［1］ 蔡躍波，吳承寧，吳慶欽.古田溪一級(jí)大壩混凝土老化分析與集料堿活性研究［J］.水力發(fā)電學(xué)報(bào)，1992年（4）.

［2］ 楊保全，楊光中，葉桂萍.大壩壩基水質(zhì)與滲流特征［J］.河海大學(xué)學(xué)報(bào)，2001（3）.

［3］ 王詠，李魚(yú)，許天博. 云峰水電站水庫(kù)水質(zhì)對(duì)大壩混凝土侵蝕程度的研究［J］. 東北水利水電，1993（11）.