水工建筑物的破壞原因與防治對策

張慧萍 程嘉序

水工建筑物的破壞原因與防治對策

張慧萍 程嘉序

隨著經(jīng)濟的發(fā)展以及科技的進步，我國已成為全球水工建筑物建設(shè)數(shù)量最大的國家。有資料顯示，水工建筑物在日常的使用過程中，由于環(huán)境因素和管理方面的問題，致使水工建筑物遭受到多種情況的破壞，因此加強水工建筑物的防治與管理不容忽視。降低水工建筑物的破壞，減少經(jīng)濟的損失，是本文的最終目的。

一、水工建筑物的磨蝕破壞

1.磨蝕破壞產(chǎn)生的原因

泥沙的磨損是水工建筑物被損壞的主要原因之一。在高速水流中如果泥沙含量較大，對水工建筑物的破壞程度就會加劇，其沖擊面積也會較大。而且這些損壞的地方通常都在水下，維修工作很難徹底，再加上維修所需要的資金較為巨大，對建設(shè)工程的資金會造成很大影響。其次是水的流速，對建筑物的磨損也有很重要的作用。

2.磨蝕破壞的防治措施

①工程設(shè)計是建筑物質(zhì)量的關(guān)鍵所在，所以想要提高水工建筑物的抗磨蝕力就要從工程設(shè)計做起。首先要了解水工建筑物的整體結(jié)構(gòu)并對其進行設(shè)計，從根本上提高其抗磨蝕的能力。在過流部位可采用表孔泄洪的方式，有效提高其抗磨蝕力。其次要選擇合適的消力池，可以適當?shù)卦黾悠浜穸?，以此提高抗磨蝕能力。

②工程設(shè)計中，如采用耐磨砼來提高流建筑物表面物質(zhì)耐磨性，要做好抗沖耐磨砼的選型。根據(jù)DL/T5207-2005《水工建筑物抗沖磨防空蝕砼技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，抗磨蝕護面材料應(yīng)采用抗磨蝕、體積穩(wěn)定性、工作性均優(yōu)的高性能砼，砼強度等級應(yīng)根據(jù)水流空化數(shù)、水流流速、含沙量等綜合確定，考慮到新老砼的相宜性，可選用C40抗沖耐磨砼。

③對水工建筑物尤其是其磨損度進行有針對性的合理分析和強化，并適當?shù)刈龀隹偨Y(jié)，是施工管理工作需要做到的。另外要想水工建筑物減少磨蝕破壞，應(yīng)注意積累運行觀測資料，積累有利于抗沖耐磨的運行經(jīng)驗，做出有利于抗沖耐磨運行的規(guī)定，制定最佳的運行規(guī)程。

④對損壞的水工建筑物及時修復(fù)也不失為一種有效的防治措施：定期、及時的維修工作可以防止建筑物大面積被損壞，防止耗費更多的資金和人力。

二、水工建筑物的空蝕破壞

1.空蝕破壞產(chǎn)生的原因

當空泡破碎的時候會產(chǎn)生較大壓強，當壓強作用于水工建筑物表面的時候，水泡所含有的較大壓強就會對建筑物產(chǎn)生沖擊力，造成水工建筑物的表面被損壞。對于其產(chǎn)生的原因可以概括為空泡及微射流作用的結(jié)果。

2.空蝕破壞的防治措施

水工建筑物的損壞主要是建筑物與空泡、微射流相互作用的結(jié)果，具體從以下幾點來說。

①根據(jù)受空蝕材料的性能，減少受空蝕影響的概率?？梢詫^流壁面進行合理設(shè)計，采取合理的方法來提高抵抗空蝕破壞的能力。除此之外，還可以對建筑物表面采取適當?shù)拇胧Ｔ黾悠秸瓤梢杂行У販p少水流所帶來的沖擊力、減少泥沙沖擊所給建筑物帶來的破壞、減輕對建筑物破壞的程度。建筑施工的有效管理、合理規(guī)劃能夠在一定程度上減少空蝕破壞程度。提高消能工的工作效果，也是有效的方法之一。

②減輕水流對工程過流壁的空蝕作用力也是有效的辦法之一?？梢酝ㄟ^添加氣體到水流中，降低作用力，這是利用物理與化學(xué)的方法來改變水質(zhì)，從而起到一定作用。除此之外，還可以通過對建筑物工程結(jié)構(gòu)的改變來降低其對建筑物的破壞力。這兩種方法實施起來都比較方便，作用也顯著有效。

③對過流壁面的材料進行重新選擇是提高其抗空蝕力的較好方法，可以從根本上改變其性能，有效提高建筑物的抗空蝕能力，降低破壞度。提高技術(shù)，改變工程的設(shè)計方案，利用科學(xué)的辦法來解決問題，才是最為有效的辦法。

三、水工建筑物的凍融破壞

1.凍融破壞產(chǎn)生的原因

外界因素是造成水工建筑物凍融破壞的主要原因。由于氣候的不斷變化，會對地基造成很大影響，熱脹冷縮的原理同樣在地基的變化中有所體現(xiàn)。收縮和擴張的作用力對水工建筑物表面破壞較大，長此以往，建筑物不再牢不可摧。

2.凍融破壞的防治措施

①結(jié)構(gòu)措施。在凍土地區(qū)通常采用墩、樁基礎(chǔ)的橋梁，根據(jù)運用上的要求應(yīng)保證在凍脹或融沉作用下不產(chǎn)生變形，為滿足這一要求，在凍脹性地基上的水工建筑物多采用深基礎(chǔ)。所謂的深基礎(chǔ)就是建筑物的基礎(chǔ)在凍層以下，底部不允許有凍土層，這就消除了作用于基礎(chǔ)底部的法向凍脹力，能很好地防止切向凍脹力。

②地基增溫與加固措施。自然所帶來的危害是不容忽視的，對水工建筑物的影響和破壞程度也必須引起高度重視。如一些冰凍情況會對建筑物造成很大的破壞，致使建筑物出現(xiàn)問題。想要妥善解決這個問題需要利用適當?shù)霓k法。相關(guān)工作人員可以在施工中對其周圍鋪設(shè)隔熱層，增加建筑物的保溫能力，這樣可以降低冰凍給建筑物帶來損害，效果顯著。加固措施指的是利用強夯壓實法的辦法來降低地基熱量的損耗，減輕凍融對水工建筑物的破壞。

另外，水工建筑物混凝土的凍融破壞，也可能對水工建筑物造成破壞。在混凝土的選擇上，要根據(jù)建筑物的不同情況，選擇不同性能和不同成分的骨料、水泥和外加劑，確?；炷恋目顾院湍途眯浴炷恋闹谱鲬?yīng)合理配置，降低混凝土中的水灰比，提高混凝土的抗凍性。再者，對混凝土凍害的治理，可以采取四種方法，一是針對輕微表層的破壞，采取水泥漿紗的修補方法。二是在高速水流區(qū)的混凝土表層破壞，采取預(yù)縮漿沙的修補，將拌好的干硬性砂漿堆放30～90min后再使用，保證混凝土的終凝，提高混凝土的抗水性。三是對于混凝土凍害比較嚴重的地區(qū)，采用噴漿修補的方法，將經(jīng)過高壓的混凝土拌料以很快的速度注入修補的部位，高壓的混凝土拌料在抗?jié)B性和密度上都優(yōu)于一般的混凝土。四是環(huán)氧材料的修補，可分為環(huán)氧混凝土、環(huán)氧砂漿和環(huán)氧基液等，其抗?jié)B能力、抗腐蝕能力和強度都較高，與一般混凝土的結(jié)合性也較好，但由于施工較為復(fù)雜且價格較貴，可與其他方法結(jié)合使用。

四、有害離子侵蝕破壞

1.有害離子侵蝕產(chǎn)生的原因

地下水對鋼混凝土中鋼筋的腐蝕性評價表

水中酸性離子侵蝕破壞是因為地下水或輸送水等水中酸性離子對水工混凝土的侵蝕作用。由于水工建筑物長期處于水的浸泡和干濕循環(huán)狀態(tài)下，水中的礦物質(zhì)特別是SO4

2-、CL-等對混凝土有一定的腐蝕破壞。2014年對某泵站出露地下水水樣進行檢測，并依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范（GB50021－2001）》中水對鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕性評價標準及水對鋼筋混凝土中鋼筋腐蝕性評價標準和《水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范（GB50287－2006）》中水對混凝土的腐蝕性評價標準，對泵站工程中侵蝕破壞嚴重的8個泵站所在地的地下水的腐蝕情況進行評級(上表)。

2.有害離子侵蝕的防治措施

礦化物離子在水工建筑物附近集聚，進入混凝土內(nèi)部和一些不穩(wěn)定或亞穩(wěn)定物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，造成混凝土建筑物的破壞。在長期受地下水浸泡的泵站后管坑、封閉圈、鎮(zhèn)墩處應(yīng)該進行防腐涂護。

①對地下水位較高的泵站后管坑，采取盲溝積水井點自動降水技術(shù)，降低受侵蝕建筑物附近地下水位，防止侵蝕介質(zhì)在建筑物附近積累，延緩侵蝕破壞。

②對灌區(qū)中服役的僅受到表面侵蝕且侵蝕程度不影響其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的建筑物，采用徹底鑿除混凝土的被侵蝕層，鑿至新鮮面以下2～3cm，進行外包加固處理并外涂環(huán)氧煤瀝青防腐涂層的措施，有效延緩了建筑物的侵蝕破壞。

③對侵蝕破壞已危及其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的建筑物，出現(xiàn)坍塌、崩裂的鎮(zhèn)支墩采取拆除后用添加CM型抗侵蝕防水復(fù)合材料的高抗侵蝕性的混凝土重新澆筑，并外涂環(huán)氧煤瀝青防腐涂層的修復(fù)方法。

水中的弱酸性離子是地下水工建筑物侵蝕破壞的最主要因素，防止硫酸鹽侵蝕破壞應(yīng)消減這些不穩(wěn)定物質(zhì)的含量以減少化學(xué)侵蝕；改變混凝土結(jié)構(gòu)密實度，減少硫酸根離子侵入混凝土結(jié)構(gòu)的途徑；對CL-的侵蝕預(yù)防也應(yīng)該從減少侵蝕離子的入滲和改善混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、減少混凝土內(nèi)部亞穩(wěn)定的物質(zhì)，如水化鋁酸鈣、氫氧化鈣等的含量入手。對于水下水利工程建筑物的維護及防治侵蝕工作是一項長期而艱巨的工作，如何找到更為有效的防治措施，仍需要不斷地研究與探討。

五、結(jié)語

造成水工建筑物損壞的問題主要有磨蝕破壞、空蝕破壞、凍融破壞以及有害離子侵蝕。針對這四種破壞成因可以找出相應(yīng)對策和解決措施，從而將破壞控制在最小程度，甚至是避免。及時維修對水工建筑物的質(zhì)量和防治也有著顯著效果，可以防范于未然，避免破壞程度嚴重造成不堪設(shè)想的后果。

（作者單位：河南省水利勘測設(shè)計研究有限公司）