□劉華鑫（武漢大學水利水電學院）

建國以來，為了解決人民生產(chǎn)生活用水問題，防御特大洪水，減輕水害對國民經(jīng)濟造成的巨大損失，廣大人民群眾投入到基礎水利設施建設中來，水利建設取得了長足的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，新中國成立60多年來，國家先后投入上萬億元資金用于水利建設，水利工程規(guī)模和數(shù)量躍居世界前列。截至目前，全國已建成各類水庫8.6萬多座，堤防長度28.69萬km，我國大江大河主要河段已基本具備了防御新中國成立以來發(fā)生的最大洪水的能力。中小河流具備防御一般洪水的能力，重點海堤設防標準提高到50年一遇。隨著運用時間的延長，水工建筑物逐步老化現(xiàn)象，出現(xiàn)裂縫、金屬結構銹蝕、碳化等病害。水工建筑物產(chǎn)生老化，嚴重地威脅著工程的安全，影響著工程效益的發(fā)揮。如何防治水工建筑物的老化，延長工程的使用壽命，已經(jīng)成為一項十分緊迫的課題。

1.水工建筑物的老化現(xiàn)象

水工建筑物的老化指的是，水工建筑物經(jīng)過長時間的運行使用，由于荷載、溫度、水的沖刷作用等而使建筑物的使用性能下降。傳統(tǒng)意義上，從建筑物老化病害表觀現(xiàn)象出發(fā)，對其進行分類。水工混凝土建筑物老化病害主要有裂縫、滲漏、剝蝕3種，而每一種現(xiàn)象又是由多方面原因造成的。裂縫主要由荷載、溫度、干縮、地基變形、鋼筋銹蝕、堿骨料反應、地基凍脹、混凝土質(zhì)量差、水泥水化溫升等原因引起，因此又可細分為溫度裂縫、干縮裂縫等；滲漏主要是由混凝土密實性差、裂縫、伸縮縫、止水失效等原因引起，根據(jù)滲漏的形式，可以細分為點滲漏、線滲漏、面滲漏；剝蝕主要是凍融、沖磨氣蝕、鋼筋銹蝕、化學侵蝕、堿骨料反應及低強風化等原因?qū)е碌摹?/p>

本文從不同老化部位出發(fā)對水工建筑物的老化現(xiàn)象進行分類，主要有：基礎的老化、混凝土壩壩體的老化、土石壩壩體的老化。

1.1 基礎的老化

基礎的老化主要由3個原因引起：應力狀態(tài)的改變，未預見的荷載、周期性變化的荷載或者基礎的徐變都可能引起作用在基礎上應力狀態(tài)的改變；壩基的裂縫，由于應力狀態(tài)的改變，可導致壩基出現(xiàn)拉應力從而產(chǎn)生裂縫，裂縫導致基礎原有整體性的下降；滲流作用，在長期的水滲流的作用下，基礎的強度耐久性下降，使材料變劣。

1.2 混凝土壩體的老化

因為混凝土材料在水利建設中應用逐漸廣泛，隨著時間推移，混凝土壩體的老化成為現(xiàn)在最常見的水工建筑物的老化問題。第一，混凝土病態(tài)的體積變化?；炷猎缙趶椥阅Ａ枯^低，強度也較低，隨著混凝土齡期的增長，彈模和強度不斷增長。這些性質(zhì)參數(shù)的改變使得混凝土在使用中會發(fā)生體積變化?；炷劣行w積變化對壩體的強度穩(wěn)定性有著嚴重的降低作用，如水泥與骨料產(chǎn)生的堿骨料反應會導致體積膨脹。這些膨脹會導致混凝土產(chǎn)生裂縫而影響建筑物的運行。第二，混凝土的徐變特性。在荷載的作用下，變形隨時間增長的現(xiàn)象稱為徐變。雖然徐變現(xiàn)象會使得結構的應力降低，但是壩體混凝土的徐變、塑性和材料性質(zhì)的改變，會導致壩體的老化。

1.3 土石壩壩體的老化

土石壩的老化主要發(fā)生在兩個部位，心墻和上游防水面。由于心墻是為防止?jié)B漏而設置的，所以心墻的老化將產(chǎn)生嚴重的安全問題。心墻材料的干燥收縮裂縫或與土石結構間未適當壓實，會使心墻逐漸老化。對于上游防水面，由于上游防水面長期受到動水壓力的作用，如若面下填土沒有壓實，極易變形，防水面將容易因變形過大而產(chǎn)生破裂，另外各面板之間的接縫處也是薄弱部位。

2.水工建筑物老化的檢測方法

要了解建筑物的老化病害情況，檢測工作是必不可少的。及時地檢測老化情況是安全控制的一個重要目標，所以適時地對水工建筑物進行老化監(jiān)測與檢測具有重要的意義。建筑物的老化檢測包括常規(guī)檢測方法和無損檢測方法。

2.1 常規(guī)檢測方法

常規(guī)檢測方法對檢測儀器和條件要求較低，便于實地或?qū)嶒炇覍λそㄖ镞M行檢測，因而得到了廣泛應用。目前常規(guī)使用的檢測方法有觀測、實驗室或現(xiàn)場測試。第一，目測。目測方法是最簡單易行、便于進行實地檢測的方法。事實上，對于裂縫、風化情況和大面積滲漏等老化現(xiàn)象，這些是非常容易直接被觀測到的，所以現(xiàn)階段仍有眾多水工建筑物采取人工觀測的方法進行檢測。第二，用實驗室和現(xiàn)場測試對建筑物性能進行測試。實驗室實驗是對建筑物采樣進行測試，這種方法可以檢測試樣的力學性能，如彈性模量、強度、應力應變。而現(xiàn)場測試被用于建筑物結構性能的現(xiàn)場測試，而且現(xiàn)場試驗來評估建筑物性能比實驗室的實驗更為可靠。

2.2 無損檢測方法

由于水工建筑物有些老化現(xiàn)象無法用觀測方法進行檢測，或者對于已建成投入使用混凝土無法取樣進行測試。這通常需要利用無損檢測方法來解決。無損檢測法是最近興起的具有對建筑物無損害、檢測準確等優(yōu)點的新型方法，具有廣闊的前景。無損檢測法是對建筑物表面進行無損檢測，主要包括聲波法、電磁波法、自然電位法、電阻率法、激電法等。這里僅作簡單介紹。聲波法的原理是脈沖聲信號在物體內(nèi)傳播的特征與物體的彈性及完整性有關。應用聲波層析成像法可以得到很好的分辨率，給出建筑物內(nèi)部的波速分布，并能正確確定破碎和惡化區(qū)。其他幾類方法均是應用電磁波、電位、電阻率或激電的特性來檢測建筑物的完整性以及老化程度。

3.水工建筑物老化評估

對水工建筑物進行適當?shù)臋z測后，便要對工程進行老化評估。老化評估可以有許多分級方法，如根據(jù)工程的完好度、效益當量等。按照老化對工程使用性能的影響程度來分級需引入老化度的概念。老化度是水利設施老化程度的數(shù)量指標，取值范圍為0～1。值越大老化程度越嚴重，根據(jù)老化度值的大小，可將水工建筑物的老化程度分為4級。另外，還可以對建筑進行模型分析，以便評定目前的狀況，預測將來的發(fā)展，并以此為依據(jù)采取維護措施。一般而言，有兩種類型的模型。第一是作用模型，它模擬作用性能與效應之間的關系；第二是結構模型，它模擬結構的力學性能、作用引起的力學效應與結構效應之間的關系。只有對老化程度進行了正確的評估，才能為修補維護確定正確的措施打下堅實的基礎。

4.水工建筑物老化的防治

水工建筑物的防治主要分為兩類，一“防”，二“治”。

4.1 水工建筑物老化的預防

合理的設計、施工和運行。水利工程的設計、施工和使用3個階段，都必須重視水工建筑物老化病害的預防措施。實踐經(jīng)驗表明，在設計中應優(yōu)先考慮采用新材料；在施工中應采用新工藝和新技術；在運行階段應堅持科學管理；把不斷更新的專門技術應用于新建筑。加強觀測和及時評估。由于規(guī)劃設計階段未能預知環(huán)境條件和使用情況的變化，建筑物可能潛伏嚴重事故的情況，因此每隔一定時間，必須對建筑物的工作質(zhì)量進行檢驗或檢查。這種檢測在適當?shù)臅r候可以檢測出建筑物在嚴重事故即將發(fā)生前所起的變化。對于建筑物進行認真的現(xiàn)場觀察和檢測，發(fā)現(xiàn)處于萌芽狀態(tài)中的危險，對建筑物安全是十分重要的。

4.2 水工建筑物老化的治理

對建筑物老化的治理是針對已經(jīng)出現(xiàn)的老化病害，有針對性、有明確目的地進行處理。對于已經(jīng)出現(xiàn)的，對建筑物的安全運行有重大影響的老化現(xiàn)象必須及時處理。第一，建筑物表面損害的維修。與水接觸的表面經(jīng)常遭受水流沖刷，氣蝕作用，產(chǎn)生的蜂窩、麻面、空洞等現(xiàn)象都屬于表面損壞。可以采用砂漿修補、表面防碳化處理、表面噴護加固等措施。第二，建筑物裂縫的修補。裂縫是常見的老化現(xiàn)象，處理措施最普遍的做法是灌漿法，對于強度較差的裂隙，為防止裂隙的持續(xù)發(fā)展，還采用錨栓錨桿加固后再灌漿的做法進行修補。還有噴涂、粘貼、充填等方法。第三，滲漏的處理。雖然滲漏的種類是多種多樣的，滲漏的范圍也有點滲漏、線滲漏、面滲漏之分，但最基本的處理措施都是灌漿處理，包括水泥灌漿、化學灌漿等。隨著施工工藝的發(fā)展，也出現(xiàn)了諸如分段灌漿、低壓封閉高壓灌漿等新工藝手段。此外，對于重要結構還需在適當部位設置止水等配套結構。

5.結語

隨著時間的推移，各種水工建筑物在運行過程中，由于受到荷載、溫度等的長時間反復作用，建筑物必然會產(chǎn)生老化現(xiàn)象而使得使用性能降低。對于老化現(xiàn)象，提出不同于以往的分類方式，并簡單介紹了建筑物老化的檢測手段，由此進行建筑物老化評估。最后，針對老化病害，提出“防”與“治”綜合治理方法，盡量減少因老化而引起的災害的發(fā)生。

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