張慧萍 程嘉序

水工建筑物的破壞原因與防治對(duì)策

張慧萍 程嘉序

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及科技的進(jìn)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(qiáng)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(jì)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(duì)水工建筑物的破壞程度就會(huì)加劇，其沖擊面積也會(huì)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(duì)建設(shè)工程的資金會(huì)造成很大影響。其次是水的流速，對(duì)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(jì)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(jì)做起。首先要了解水工建筑物的整體結(jié)構(gòu)并對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(dāng)?shù)卦黾悠浜穸?，以此提高抗磨蝕能力。

②工程設(shè)計(jì)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(hù)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(qiáng)度等級(jí)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(duì)水工建筑物尤其是其磨損度進(jìn)行有針對(duì)性的合理分析和強(qiáng)化，并適當(dāng)?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(yùn)行觀測(cè)資料，積累有利于抗沖耐磨的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，做出有利于抗沖耐磨運(yùn)行的規(guī)定，制定最佳的運(yùn)行規(guī)程。

④對(duì)損壞的水工建筑物及時(shí)修復(fù)也不失為一種有效的防治措施：定期、及時(shí)的維修工作可以防止建筑物大面積被損壞，防止耗費(fèi)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(dāng)空泡破碎的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生較大壓強(qiáng)，當(dāng)壓強(qiáng)作用于水工建筑物表面的時(shí)候，水泡所含有的較大壓強(qiáng)就會(huì)對(duì)建筑物產(chǎn)生沖擊力，造成水工建筑物的表面被損壞。對(duì)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(diǎn)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?duì)過流壁面進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，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(duì)建筑物表面采取適當(dāng)?shù)拇胧?。增加平整度可以有效地減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(duì)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(duì)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(duì)建筑物工程結(jié)構(gòu)的改變來降低其對(duì)建筑物的破壞力。這兩種方法實(shí)施起來都比較方便，作用也顯著有效。

③對(duì)過流壁面的材料進(jìn)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(jì)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(huì)對(duì)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(kuò)張的作用力對(duì)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(yùn)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(duì)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(huì)對(duì)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(gè)問題需要利用適當(dāng)?shù)霓k法。相關(guān)工作人員可以在施工中對(duì)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(qiáng)夯壓實(shí)法的辦法來降低地基熱量的損耗，減輕凍融對(duì)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(duì)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?。對(duì)混凝土的制作應(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(duì)混凝土凍害的治理，可以采取四種方法，一是針對(duì)輕微表層的破壞，采取水泥漿紗的修補(bǔ)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(bǔ)，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(duì)于混凝土凍害比較嚴(yán)重的地區(qū)，采用噴漿修補(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)，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(qiáng)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(jià)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(duì)鋼混凝土中鋼筋的腐蝕性評(píng)價(jià)表

水中酸性離子侵蝕破壞是因?yàn)榈叵滤蜉斔退人兴嵝噪x子對(duì)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(duì)混凝土有一定的腐蝕破壞。2014年對(duì)某泵站出露地下水水樣進(jìn)行檢測(cè)，并依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范（GB50021－2001）》中水對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及水對(duì)鋼筋混凝土中鋼筋腐蝕性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和《水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范（GB50287－2006）》中水對(duì)混凝土的腐蝕性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)泵站工程中侵蝕破壞嚴(yán)重的8個(gè)泵站所在地的地下水的腐蝕情況進(jìn)行評(píng)級(jí)(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(jìn)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(jìn)行防腐涂護(hù)。

①對(duì)地下水位較高的泵站后管坑，采取盲溝積水井點(diǎn)自動(dòng)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(duì)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(jìn)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(duì)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(shí)度，減少硫酸根離子侵入混凝土結(jié)構(gòu)的途徑；對(duì)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(duì)于水下水利工程建筑物的維護(hù)及防治侵蝕工作是一項(xiàng)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(duì)這四種破壞成因可以找出相應(yīng)對(duì)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(shí)維修對(duì)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(yán)重造成不堪設(shè)想的后果。

（作者單位：河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司）