混凝土结构耐久性环境区划标准在水电站大坝工程中的应用效果

8.5.2.1　工程概况［8-9，8-10］

某水电站大坝位于中朝界河鸭绿江干流中游，中国侧为吉林省集安市青石镇，是鸭绿江已开发的4座水电站最上游的一级，如图8-10所示。大坝中部地理坐标为N41°22.8′、E126°31.0′，大坝轴线方位角为NE45°。大坝主体工程于1959年9月开始开挖基础，1965年3月开始蓄水，1971年建成。

图8-10　某水电站大坝

大坝为Ⅰ级建筑物，按洪水重现期1000年设计（设计洪水位319.26 m），洪水重现期10000年校核（其水位为320.50 m），地震设计烈度为8度。正常高水位318.75 m，死水位281.75 m，水库总库容38.95×107 m3。大坝为宽缝重力坝，宽缝比一般为0.4。大坝全长828 m，由55个坝段组成，最大坝高113.75 m（49坝段），坝顶高程321.75 m，坝段宽度一般为15.0 m。

某大坝溢流面混凝土冻融破坏比较突出，原溢流面1～4 m厚范围内混凝土设计标号为200号，抗冻标号为D150。水泥为朝鲜软练200～220号，相当我国水泥400～500号；骨料为三级配。某坝区多年平均气温为6.1oC，瞬时最低气温为-32.6oC，瞬时最高气温36.9oC，属寒冷地区，温差变化很大。大坝溢流面破坏突出。对大坝运行后的混凝土层状剥蚀、脱落进行检查，并现场钻孔取样分析，得出大坝的破坏为冻融所造成的结论。

8.5.2.2　总体设计思路

某水电站大坝离海岸距离远，不必考虑海水氯化物环境类别空间的耐久性设计，需要考虑一般大气环境和冻融循环环境两种环境类别空间。某大坝处于东北地区，由其气象资料可知此地区属于寒冷地区，混凝土碳化作用较弱。这种情况也进一步反映在图8-1中，东北地区的一般大气环境区划等级基本属于1～2级，碳化作用较慢和弱。(www.xing528.com)

综上，对于某水电站大坝的耐久性设计仅考虑冻融循环这个环境类别空间。按照8.3.3的设计流程与8.4中的总体应用方法对某水电站大坝进行抗冻耐久性设计。

8.5.2.3　冻融循环环境下的抗冻耐久性设计

按照某水电站的地理位置，由图8-4可以看出，冻融循环环境作用下大坝所处基准环境的区划等级为4级。由表8-14可知，区划等级4级对应的年等效室内冻融循环次数为10～14次，属于冻融区。由于大坝属于大体积水工混凝土结构，坝体直接接触水处于高度饱水状态，对大坝进行抗冻性耐久性设计时不具体区分大坝不同部位接触水的时间长短，统一将饱含水比例系数K考虑为1。根据表8-15，大坝的冻融循环环境区划等级统一定为4级，不再进行局部的调整。

根据确定的区划等级，由表8-16查得区划等级为4级时的等效室内冻融循环次数neq建议值为14次/年。

文献［8-12］对某水电站的冻融问题进行报道的时间约为某大坝建成30年。按此计算，大坝经历的等效室内冻融循环次数或者称抗冻等级F约为：30×14＝420。某水电站大坝的设计标号仅为150，远远低于混凝土的抗冻耐久性需求，导致在较短的服役期大坝即普遍出现大面积的混凝土剥蚀和脱落现象。