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1、水工建筑物老化损伤原因分析及对策摘 要：我国是水利大国，水利工程在我国国家建设中起着至关重要的作用。水工建筑物的老化损伤将影响水利工程的正常运行，严重时甚至给国家带来财产损失。本文对水工建筑物老化损伤原因进行了相应的分析，并对水工建筑物的老化损伤进行分级，最终提出相应的防治措施。关键词：水工建筑物 老化损伤 损害治理1 引言水利工程是对自然界的地表水和地下水进行控制、治理、调配、保护，开发利用，以达到除害兴利的目的而修建的工程。水利工程需要修建坝、堤、溢洪道、水闸、进水口、渠道、渡漕、筏道、鱼道等不同类型的水工建筑物，以实现其最终目标。我国是水利大国，水利工程在我国的建设中起着至关重要的作用。
2、近年来，我国在 20 世纪 50 年代或者更早时期建造的混凝土大坝，不同程度地出现了老化现象，老化问题直接威胁着这些大坝的安全 1。1991 年水利部对我国大型灌区各类建筑物的老化损伤情况进行了全面的调查，调查结果显示，约有 40%的建筑物出现严重的老化损伤，损坏部位绝大部分是在危及建筑物整体稳定或者构件稳定的基础或者支承部位，有一半的老化损害已经危及建筑物稳定及安全 2。根据我国建筑设计规范的有关规定，一般建筑物都允许带裂纹工作，设计规范规定的基准期为 50 年。然而事实上，由于各种原因，水工建筑的混凝土建筑物易产生老化病害，老化病害的建筑物的突然倒塌将会给人民生命财产造成重大的损失，甚至成
3、为区域性的重大灾难 3。因此，对水工建筑物的老化原因进行分析，寻找切实有效的评价方法，同时寻找解决建筑物过快老化的问题的方法，延长其使用寿命，具有很大的社会现实意义。2 水工建筑物老化分析2. 1水工建筑物老化的概念水利工程由多座水工建筑物组合而成。因此，建筑物的老化损害是水利工程老化的主要特征。但是，水利工程的老化不仅仅是建筑物的老化单个因素造成的, 还涉及到管理、 效益等多因素 4。水工建筑的老化是指水工建筑物在外界各种因素的作用下，随着时间的推移逐渐降低甚至丧失功能的现象。混凝土是水工建筑物的主要材料，混凝土的 水工建筑物老化损伤原因分析及对策1使用年限直接影响水工建筑物的使用年限。但是
4、，由于混凝土是人工材料，其寿命受外界影响要比天然材料大得多。常见的混凝土建筑物的老化现象有碳化、裂缝、冲刷耐磨、冻融膨胀、渗漏溶蚀以及预应力降低等。浆砌石是水工建筑物的另一种重要材料，它是由片石、块石或料石与砂浆胶结组成的非均质体。水工浆砌石建筑物结构中大多使用水泥砂浆，因此其老化现象与混凝土建筑物相似。填筑式建筑物如土石坝、土堤等，其老化现象主要为裂缝、渗透、变形、滑坡、表面破损等。2. 2水工建筑物老化的成因水工建筑物的老化主要受外界各种因素影响。外界各种因素，包括周围环境的自然因素和人为因素两部分。周围环境的自然因素包括长期使用过程中的自然老化(如湿度变化、温度变化的影响，材料的老化等)
5、 和一次加载( 如大的自然灾害：洪水、地震等) 的作用。人为因素包括勘测、规划、设计、施工及管理等。人为因素的影响，除了在施工建设成之初留下缺陷而影响结构性能之外，还会在自然环境下加剧老化进程 5。无论是自然因素，还是人为因素的影响，都会降低结构的可靠性如安全性、适用性和耐久性，影响结构的正常使用。在实际情况中，水工建筑物的老化，是自然因素和人为因素综合作用的结果。具体来说，有以下几点： 工程建筑物已达到设计使用年限。大多数水工建筑物的运行至今已经超过五十年，经过长时间的使用，其性能已经明显不足，这是正常条件下的自然老化。对于此类建筑物，由于资金短缺以及建设管理体制等因素，短期内不可能完全改造
6、重建，一般均在简单维护后继续超龄工作。 规划设计不当。由于很多水工建筑物修建年代久远，在当时没有足够条件进行系统的规划以及设计前的可行性研究，地质水文资料搜集调查不够全面，并且也存在设计方法考虑不周、设计规范不完善等因素。 荷载影响。建筑物的主要功能是用来承受各种各样的荷载，因此荷载作用是导致结构损伤破坏的主要原因。过大的荷载会造成结构失稳或者变形，同时也会加剧结构中的钢筋腐蚀，增大混凝土的孔隙率，降低混凝土的抗渗性，从而削减混凝土对腐蚀介质的抵抗能力。 混凝土强度不足。设计时混凝土的有关强度指标偏低、混凝土组成材料的配合比及施工浇筑质量问题是造成建筑老化的重要人为因素之一。在较高的水灰比下拌
7、和的混凝土，泌水硬化过程中将产生较大的水化热，并在混凝土中形成大量孔隙和微裂缝。当荷载作用或出现较大温度应力时，裂缝将在长度和宽度方面均有所扩展。大量孔隙尤其是贯通缝的存在，为水体中有害介质或泥土进入混凝土内提供了通道，造成钢筋腐蚀并在冬季引起冻胀破坏。 环境作用。较为恶劣的环境作用，是导致水工建筑物损伤的主要自然因素之一。环境的物理作用会导致混凝土的裂缝、剥落以及腐蚀。例如过大的温差产生的温度应力会使超静定结构的构件表面产生温度裂缝；在盐分含量高的地区，盐分侵蚀混凝土，然后干燥，导致盐类在混凝土孔隙内结晶膨胀，使混凝土发生开裂损伤等。环境的化学作用使混凝土发生分解和钢筋锈蚀。例如，水中有害离
8、子的侵蚀作用，造成混凝土体积胀大 2 倍以上，造成混凝土在局部应力下的胀裂破坏。 自然灾害的影响。由于自然灾害的突发性、短时性、以及难预见性，导 水工建筑物老化损伤原因分析及对策2致建筑物更大的破坏的产生。 其他原因。由于受长期以来国家作为单一投资主体和工程水利主导思想的影响，在水利工程上普遍存在重建设轻管理的倾向。因此造成对水利工程后续管理的投入不足，维护不及时等问题，加速了工程的老化破坏。同时，人为管理不善、使用不当也是造成建筑物损伤的原因之一。3 水工建筑物老化损坏级别及主要特征一般情况下，水工建筑物的老化损坏程度可分为四级 6。3.1 一级老化损坏建筑物的特征一级老化损坏建筑物的主要特
9、征是建筑物主体部分或者基础严重老损，或者类似基础的重要结构部位老损。具体而言，一级老化损坏建筑物的表现有以下几种： 水闸整体式底板被水流严重淘空，或者因渗流破坏形成管涌、空洞侧向绕渗，有可能引起整体结构的倒塌或滑动。 由于地基承载力无法达标或者地基承载条件不均匀导致基础产生变形、折断等问题，从而引起建筑物上部结构的变形、断裂等现象，并且一般有恶化趋势。 浆砌石的建筑物的基础或者传力结构，由于石料风化失去强度或因砌缝砂浆被水流冲蚀光等导致的砌体失去应有的强度以及承载能力，产生断裂、变形等现象。一级老化损坏建筑物一般运行时间为 25 年以上，有的运行时间甚至达到3040 年。3.2 二级老化损坏建
10、筑物的特征二级老化损坏建筑物部分基础部分、主体部分、传力结构部分损坏，丧失功能，并且可以与整体分离开，单独更新或重建，就能恢复原功能。 对于钢筋混凝土或少筋、无筋混凝土建筑物，其传力结构的某一部分构件发生结构性损坏，已不能满足构件强度、刚度和稳定要求，或构件变位、变形过大，失去原承载能力和稳定性，但是更新部分构件可恢复原功能。 闸门、启闭设备严重损坏丧失功能，需全部或大部分更新。一般而言，这类建筑物运行期为 1525 年。3.3 三级老化损坏建筑物的特征三级老化损坏建筑物基础及主要传力结构尚未严重损坏，但上部结构已严重损坏，直接影响建筑物整体功能正常发挥。 钢筋混凝土结构建筑物的主要传力结构某
11、一构件发生裂缝、碳化或其它结构性损坏，直接影响功能和安全运行，经卸载后更新、加固损坏构件可以恢 水工建筑物老化损伤原因分析及对策3复原功能。 闸门和启闭设备的主要构件或者重要的观测以及辅助设备损坏需要更新。一般而言，这类建筑物运行期为 1015 年。3.4 四级老化损坏建筑物的特征第四级老化属于轻度损伤，在正常维修养护范围内。运行期一般为 10 年以下。4 水工建筑物老化损坏防治4.1 水工建筑物的补强加固在老化损坏病害发生后，采取针对性的措施，对其进行补强加固，可以达到一定的延长其使用寿命的作用。对于不同类型的损坏，有不同的措施。 对于冻蚀损坏的建筑物，可以采用“凿旧补新”法进行维修 7。即
12、将已遭受冻融破坏的混凝土全部凿除，回填具有高抗冻性能的优质填补材料。在某些情况下，还可以采取防水、止渗和排水等补救处理措施。 对于空蚀破坏的建筑物，当查明破坏的主要原因之后，可以采取不同的措施，如修改体形，改善水流流态；设置通气设施；改进泄流运行方式；采用高抗空蚀材料重新衬砌。 水工建筑物的补强加固。常用的补强加固方法有粘贴钢板材法、预应力法、增加断面法、粘贴玻璃钢法、喷射混凝土法等。4.2 水工建筑物老化损害的防治4.2.1 水工建筑物老化损害的预防建筑物的老化受到材料老化的影响较大，因此，在设计施工中合理地选用材料对于水工建筑物的预防老化非常关键。 正确地选择材料。在水工钢筋混凝土建筑物的
13、设计施工中，应尽量选择硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥，当条件不具备的时候，必须使用矿渣、火山灰水泥时，水灰比应适当减小，保护层应适当加大。同时，掺加优质外加剂可以改善混凝土性能，减小冻坏等的影响。 合理的设计结构型式和尺寸。实际工程中，不合理的选型和尺寸会加速老化过程，造成使用年限的降低。 水工建筑物老化损伤原因分析及对策44.2.1 水工建筑物老化损害的治理建筑物老化的治理是指针对已经出现的老化病害，有针对、有目的地进行处理。而已经出现的，对建筑物安全运行有重大影响的老化现象必须及时进行处理。 建筑物表面损害的维修。水工建筑物与水接触的表面经常收与水接触的表面经常遭受水流冲刷，气蚀作用，产生的
14、蜂窝、麻面、空洞等现象都属于表面损坏。可以采用砂浆修补、表面防碳化处理、表面喷护加固等措施。 建筑物裂缝的修补。裂缝是常见的老化现象，处理措施最普遍的做法是灌浆法，对于强度较差的裂隙，为防止裂隙的持续发展，可以采用锚栓锚杆加固后再灌浆的做法进行修补。此外，还有喷涂、粘贴、充填等方法。 渗漏的处理。对渗漏的最基本的处理措施是灌浆处理，包括水泥灌浆、化学灌浆等。随着施工工艺的发展，也出现了诸如分段灌浆、低压封闭高压灌浆等新工艺手段。5 总结水利工程建筑物在建设期间，投入大量人力物力财力。水工建筑物的老化损害治理是一项需要得到重视并且需要经过长期努力而解决的的问题。对于老化病险的工程，如果不及时采取
15、措施，进行维护，将会造成国有资产的流失，甚至影响人民的正常生活。因此，对现有水工建筑物的合理维护改建以及对在建工程的合理设计施工是延长水工建筑使用期限的必然途径。 水工建筑物老化损伤原因分析及对策5参考文献【1】李庆斌。大坝混凝土老化的损伤模型 A 。罗建群， 罗金好。水工混凝土建筑物老化病害及防治论文集 C 。北京：中国农业科技出版社，1995。【2】孟静、徐麦菊等。灌区建筑物老化损伤的原因分析J。中国农村水利水电，1999（7）：61-62。【3】王洪等，混凝土建筑物老化病害的评估诊断方法，第 29 卷第 2 期，2004年 4 月昆明理工大学学报(理工版)。【4】张俊芝、高延红、熊义泳。灌区老化及其建筑物损坏程度评估体系的探讨 J。中国农村水利水电，1996( 12) ：7173。【5】张俊芝、高延红等。水工建筑物老化和维修及后评价。江西水利科技，1999 年第 25 卷，第 4 期。【6】茹履绥，渠系建筑物老化损坏程度的评估。农田水利与小水电，1993 年第 11 期。【7】贺志贞，水工混凝土建筑物的老化病害处理对策探讨，工程建设与管理。 水工建筑物老化损伤原因分析及对策6【8】游启生、周晓明等，坝体建筑物的老化及对坝体安全的影响。黑龙江水专学报，2007 年 9 月，第 34 卷第 3。【9】刘华鑫，水工建筑物的老化问题。河南
