基于混凝土腐蝕的分析
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我們對7條廊道混凝土的潮濕情況、有無滴水、淅出物質(zhì)、廊道排水孔（廊道內(nèi)斜墻后排水管為鋼管，其余均為塑料管)的排水情況、裂縫分布、混凝土腐蝕程度等進行了系統(tǒng)的調(diào)查。根據(jù)各廊道受腐蝕的基本情況，把廊道混凝土表面的侵蝕程度劃分為Ⅳ類，這Ⅳ類侵蝕程度及所占的比例分別是：底板混凝土表面干燥、平整、無松散碎屑的定為I類侵蝕，約占13％；混凝土表面潮濕、松散深度小于1cm的為Ⅱ類侵蝕，約占60％；混凝土表面呈糊狀，用鐵鍬能鏟動，糊狀厚度1cm～5cm的為Ⅲ類侵蝕，約占22％；混凝土底板呈混凝土離散，呈糊狀，鐵鍬可鏟動的深度達5cm～15cm的定為Ⅳ類侵蝕，約占15％。我們從廊道底板及側墻都進行了混凝土鉆孔取樣。從混凝土鉆孔取芯情況來看，巖芯采取率一般為60％～80％，廊道底板混凝土采取率較兩壁要低些，巖芯呈灰白色次圓團塊狀，已被嚴重侵蝕。3號、4號廊道底板混凝土巖芯采取率最低，僅為30％～60％，巖芯中有溶蝕孔洞(或架空結構)。長度大于10cm的柱狀混凝土巖芯一般分布在兩壁，累計長度0.3m～1.0m；長度大于5cm的底板柱狀混凝土巖芯，累計長度為0.06m～0.41m，混凝土巖芯取芯長度與混凝土厚度有關，巖芯采取率較高地段的混凝土厚度一般在0.8m以上。我們對混凝土巖芯的力學性質(zhì)進行了試驗和對比。在兩個斷面附近，施工過程中測得的28天齡期混凝土強度為35.9MPa，而我們測得混凝土巖芯的飽和抗壓強度為16.87MPa，強度降低了53％，另兩個斷面施工過程中測得的28天齡期混凝土強度為21.3Mpa～22.4Mpa，我們測得的混凝土巖芯試驗飽和抗壓強度為12.09MPa，強度降低了43.23%。在試驗中，我們選取的側壁和底板混凝土巖芯均是最為完整的，因此，其抗壓強度反映的是廊道內(nèi)底板及潮濕區(qū)混凝土受腐蝕相對最弱的抗壓強度，實際上廊道底板及廊道兩側潮濕區(qū)混凝土的強度降低了53％～100％。
2.廊道鋼筋混凝土發(fā)生侵蝕破壞的原因分析
我們通過對廊道底板10個勘探孔及探坑進行了取樣檢測、水位觀測及抽水試驗，發(fā)現(xiàn)：靜水位在高于底板面3cm至低于底板面下69cm之間，一般在底板面以下10cm～40cm。地下水位均高于底板建基面。廊道沿縱向和橫向的地下水位差異較大，說明廊道內(nèi)滲水主要是巖體裂隙水。水庫蓄水后，廊道受壩基滲流水及繞壩基滲流的影響，而使廊道內(nèi)地下水位抬高。據(jù)抽水試驗，廊道底板地下水補給速度比較緩慢，一般1～2晝夜水位恢復10cm左右，水位高的部位恢復較快，1晝夜水位恢復80cm左右。我們對排水廊道共取水樣24組，其中，底板積水取樣4組進行了水質(zhì)簡分析。根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》中環(huán)境水對混凝土腐蝕性的判定標準，分析結果為：底板積水的HCO3-摩爾濃度為0mol/L～1.007mol/L，說明排水廊道地下水對混凝土具有溶出型(HCO3-)弱～中等腐蝕，個別有(CO32-)碳酸型中～強腐蝕，無一般酸性(PH)、侵蝕性CO2、硫酸鎂型(Mg2+)(滴水除外)侵蝕；右壩肩排水廊道環(huán)境水對混凝土主要為硫酸鹽(SO42-)強腐蝕，SO42-離子含量為2881.8mg/L～4082.55mg/L，最高9846.15mg/L，位于1號廊道底板0+023水坑。并且，大部分環(huán)境水對抗硫酸鹽水泥有弱～強腐蝕。對鉆孔混凝土巖芯樣品采用電鏡微觀結構觀測和分析，結論是：混凝土孔隙中有大量鈣礬石生成；混凝土中Ca(OH)2的數(shù)量大大減少，混凝土結構松散、零亂、不密實，說明廊道底板混凝土已受到嚴重的侵蝕，主要是硫酸鹽侵蝕。而且由于環(huán)境水中Cl-濃度也很高，使原來應發(fā)生占主導的硫酸鹽結晶膨脹侵蝕破壞轉化為分解性侵蝕破壞。導致侵蝕破壞癥狀為起砂、松散、逐漸剝蝕，并且由表向里發(fā)展，而不是結晶膨脹和脹裂破壞。綜上所述，廊道鋼筋混凝土受侵蝕主要有以下兩方面原因：廊道內(nèi)積水，底板地下水位較高；地下水中含有對混凝土具有強烈侵蝕作用的硫酸鹽。
3.廊道的工程處理措施
工程處理的原則由于混凝土底板從頂面到底面都受到了一定程度的腐蝕，本身結構的強度降低，已達不到原設計指標。另外，即使地下水位控制在底板建基面以下，毛細水腐蝕作用仍然較為強烈，底板混凝土會因腐蝕而強度繼續(xù)降低，進而危及到排水廊道的安全運行和穩(wěn)定。因此，必須降低地下水位，使廊道混凝土少受地下水及毛細上升水的影響，同時，采取措施，恢復廊道底板混凝土的強度，并使之少受或不受侵蝕破壞。將排水廊道底板的鋼筋混凝土全部鑿除，直至基巖面。底板以上側墻鑿成傾向外側且傾角≥45°的斜面，以利于施工澆筑和新老混凝土的結合。為了滿足施工期排水要求，首先開挖一條深入建基面以下的縱向排水溝。施工完成后，作為永久排水暗溝。排水管安裝完畢及濾料填滿溝槽后，鋪設PCC防腐混凝土預制蓋板，蓋板厚8cm，寬30cm。為了便于運行中檢查，在各廊道交匯處設置集水井，井壁采用10cm厚的現(xiàn)澆PCC防腐混凝土襯砌，井蓋板為松木蓋板。在基巖建基面和側墻老混凝土面上，涂抹一層5cm厚的PCC防腐隔離層，并重新布設鋼筋，然后澆筑250?？沽蛩猁}水泥混凝土，表面涂抹一層5cm厚的PCC防腐砂漿。為順利排走滲入廊道的水，將廊道上游側底板面做成弧形排水槽，半徑20cm，深20cm。槽底縱坡1/200～1/100，底板橫向坡度為1/100，廊道集水通過排水槽匯入集水井抽出庫外。
4.實施效果
到目前為止，經(jīng)過10多年的連續(xù)運行和觀測，排水廊道的排水效果良好，廊道內(nèi)無滲水和潮濕現(xiàn)象。說明采用的廊道鋼筋混凝土腐蝕處理措施是合理的。
作者：向新益何春梅王柱和單位：新疆水利水電勘測設計研究院新疆農(nóng)業(yè)大學水利與土木工程學院
