水工建筑物的破坏原因与防治对策

张慧萍 程嘉序

水工建筑物的破坏原因与防治对策

张慧萍 程嘉序

随着经济的发展以及科技的进步，我国已成为全球水工建筑物建设数量最大的国家。有资料显示，水工建筑物在日常的使用过程中，由于环境因素和管理方面的问题，致使水工建筑物遭受到多种情况的破坏，因此加强水工建筑物的防治与管理不容忽视。降低水工建筑物的破坏，减少经济的损失，是本文的最终目的。

一、水工建筑物的磨蚀破坏

1.磨蚀破坏产生的原因

泥沙的磨损是水工建筑物被损坏的主要原因之一。在高速水流中如果泥沙含量较大，对水工建筑物的破坏程度就会加剧，其冲击面积也会较大。而且这些损坏的地方通常都在水下，维修工作很难彻底，再加上维修所需要的资金较为巨大，对建设工程的资金会造成很大影响。其次是水的流速，对建筑物的磨损也有很重要的作用。

2.磨蚀破坏的防治措施

①工程设计是建筑物质量的关键所在，所以想要提高水工建筑物的抗磨蚀力就要从工程设计做起。首先要了解水工建筑物的整体结构并对其进行设计，从根本上提高其抗磨蚀的能力。在过流部位可采用表孔泄洪的方式，有效提高其抗磨蚀力。其次要选择合适的消力池，可以适当地增加其厚度，以此提高抗磨蚀能力。

②工程设计中，如采用耐磨砼来提高流建筑物表面物质耐磨性，要做好抗冲耐磨砼的选型。根据DL/T5207-2005《水工建筑物抗冲磨防空蚀砼技术规范》规定，抗磨蚀护面材料应采用抗磨蚀、体积稳定性、工作性均优的高性能砼，砼强度等级应根据水流空化数、水流流速、含沙量等综合确定，考虑到新老砼的相宜性，可选用C40抗冲耐磨砼。

③对水工建筑物尤其是其磨损度进行有针对性的合理分析和强化，并适当地做出总结，是施工管理工作需要做到的。另外要想水工建筑物减少磨蚀破坏，应注意积累运行观测资料，积累有利于抗冲耐磨的运行经验，做出有利于抗冲耐磨运行的规定，制定最佳的运行规程。

④对损坏的水工建筑物及时修复也不失为一种有效的防治措施：定期、及时的维修工作可以防止建筑物大面积被损坏，防止耗费更多的资金和人力。

二、水工建筑物的空蚀破坏

1.空蚀破坏产生的原因

当空泡破碎的时候会产生较大压强，当压强作用于水工建筑物表面的时候，水泡所含有的较大压强就会对建筑物产生冲击力，造成水工建筑物的表面被损坏。对于其产生的原因可以概括为空泡及微射流作用的结果。

2.空蚀破坏的防治措施

水工建筑物的损坏主要是建筑物与空泡、微射流相互作用的结果，具体从以下几点来说。

①根据受空蚀材料的性能，减少受空蚀影响的概率。可以对过流壁面进行合理设计，采取合理的方法来提高抵抗空蚀破坏的能力。除此之外，还可以对建筑物表面采取适当的措施。增加平整度可以有效地减少水流所带来的冲击力、减少泥沙冲击所给建筑物带来的破坏、减轻对建筑物破坏的程度。建筑施工的有效管理、合理规划能够在一定程度上减少空蚀破坏程度。提高消能工的工作效果，也是有效的方法之一。

②减轻水流对工程过流壁的空蚀作用力也是有效的办法之一。可以通过添加气体到水流中，降低作用力，这是利用物理与化学的方法来改变水质，从而起到一定作用。除此之外，还可以通过对建筑物工程结构的改变来降低其对建筑物的破坏力。这两种方法实施起来都比较方便，作用也显著有效。

③对过流壁面的材料进行重新选择是提高其抗空蚀力的较好方法，可以从根本上改变其性能，有效提高建筑物的抗空蚀能力，降低破坏度。提高技术，改变工程的设计方案，利用科学的办法来解决问题，才是最为有效的办法。

三、水工建筑物的冻融破坏

1.冻融破坏产生的原因

外界因素是造成水工建筑物冻融破坏的主要原因。由于气候的不断变化，会对地基造成很大影响，热胀冷缩的原理同样在地基的变化中有所体现。收缩和扩张的作用力对水工建筑物表面破坏较大，长此以往，建筑物不再牢不可摧。

2.冻融破坏的防治措施

①结构措施。在冻土地区通常采用墩、桩基础的桥梁，根据运用上的要求应保证在冻胀或融沉作用下不产生变形，为满足这一要求，在冻胀性地基上的水工建筑物多采用深基础。所谓的深基础就是建筑物的基础在冻层以下，底部不允许有冻土层，这就消除了作用于基础底部的法向冻胀力，能很好地防止切向冻胀力。

②地基增温与加固措施。自然所带来的危害是不容忽视的，对水工建筑物的影响和破坏程度也必须引起高度重视。如一些冰冻情况会对建筑物造成很大的破坏，致使建筑物出现问题。想要妥善解决这个问题需要利用适当的办法。相关工作人员可以在施工中对其周围铺设隔热层，增加建筑物的保温能力，这样可以降低冰冻给建筑物带来损害，效果显著。加固措施指的是利用强夯压实法的办法来降低地基热量的损耗，减轻冻融对水工建筑物的破坏。

另外，水工建筑物混凝土的冻融破坏，也可能对水工建筑物造成破坏。在混凝土的选择上，要根据建筑物的不同情况，选择不同性能和不同成分的骨料、水泥和外加剂，确保混凝土的抗水性和耐久性。对混凝土的制作应合理配置，降低混凝土中的水灰比，提高混凝土的抗冻性。再者，对混凝土冻害的治理，可以采取四种方法，一是针对轻微表层的破坏，采取水泥浆纱的修补方法。二是在高速水流区的混凝土表层破坏，采取预缩浆沙的修补，将拌好的干硬性砂浆堆放30～90min后再使用，保证混凝土的终凝，提高混凝土的抗水性。三是对于混凝土冻害比较严重的地区，采用喷浆修补的方法，将经过高压的混凝土拌料以很快的速度注入修补的部位，高压的混凝土拌料在抗渗性和密度上都优于一般的混凝土。四是环氧材料的修补，可分为环氧混凝土、环氧砂浆和环氧基液等，其抗渗能力、抗腐蚀能力和强度都较高，与一般混凝土的结合性也较好，但由于施工较为复杂且价格较贵，可与其他方法结合使用。

四、有害离子侵蚀破坏

1.有害离子侵蚀产生的原因

地下水对钢混凝土中钢筋的腐蚀性评价表

水中酸性离子侵蚀破坏是因为地下水或输送水等水中酸性离子对水工混凝土的侵蚀作用。由于水工建筑物长期处于水的浸泡和干湿循环状态下，水中的矿物质特别是SO4

2-、CL-等对混凝土有一定的腐蚀破坏。2014年对某泵站出露地下水水样进行检测，并依据《岩土工程勘察规范（GB50021－2001）》中水对钢结构的腐蚀性评价标准及水对钢筋混凝土中钢筋腐蚀性评价标准和《水力发电工程地质勘察规范（GB50287－2006）》中水对混凝土的腐蚀性评价标准，对泵站工程中侵蚀破坏严重的8个泵站所在地的地下水的腐蚀情况进行评级(上表)。

2.有害离子侵蚀的防治措施

矿化物离子在水工建筑物附近集聚，进入混凝土内部和一些不稳定或亚稳定物质发生化学反应，造成混凝土建筑物的破坏。在长期受地下水浸泡的泵站后管坑、封闭圈、镇墩处应该进行防腐涂护。

①对地下水位较高的泵站后管坑，采取盲沟积水井点自动降水技术，降低受侵蚀建筑物附近地下水位，防止侵蚀介质在建筑物附近积累，延缓侵蚀破坏。

②对灌区中服役的仅受到表面侵蚀且侵蚀程度不影响其结构稳定性的建筑物，采用彻底凿除混凝土的被侵蚀层，凿至新鲜面以下2～3cm，进行外包加固处理并外涂环氧煤沥青防腐涂层的措施，有效延缓了建筑物的侵蚀破坏。

③对侵蚀破坏已危及其结构稳定性的建筑物，出现坍塌、崩裂的镇支墩采取拆除后用添加CM型抗侵蚀防水复合材料的高抗侵蚀性的混凝土重新浇筑，并外涂环氧煤沥青防腐涂层的修复方法。

水中的弱酸性离子是地下水工建筑物侵蚀破坏的最主要因素，防止硫酸盐侵蚀破坏应消减这些不稳定物质的含量以减少化学侵蚀；改变混凝土结构密实度，减少硫酸根离子侵入混凝土结构的途径；对CL-的侵蚀预防也应该从减少侵蚀离子的入渗和改善混凝土的内部结构、减少混凝土内部亚稳定的物质，如水化铝酸钙、氢氧化钙等的含量入手。对于水下水利工程建筑物的维护及防治侵蚀工作是一项长期而艰巨的工作，如何找到更为有效的防治措施，仍需要不断地研究与探讨。

五、结语

造成水工建筑物损坏的问题主要有磨蚀破坏、空蚀破坏、冻融破坏以及有害离子侵蚀。针对这四种破坏成因可以找出相应对策和解决措施，从而将破坏控制在最小程度，甚至是避免。及时维修对水工建筑物的质量和防治也有着显著效果，可以防范于未然，避免破坏程度严重造成不堪设想的后果。

（作者单位：河南省水利勘测设计研究有限公司）