淺議水閘運(yùn)行期的結(jié)構(gòu)安全

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摘要：水閘是江蘇省運(yùn)用廣泛的水工建筑物，數(shù)量眾多，其中部分水閘已運(yùn)行多年，混凝土結(jié)構(gòu)不同程度老化破損剝落，引起破壞的原因是混凝土施工質(zhì)量較差，導(dǎo)致水閘混凝土結(jié)構(gòu)安全性與可靠度降低。本文通過(guò)對(duì)水閘混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行解析。 

關(guān)鍵詞：水閘；運(yùn)行期；結(jié)構(gòu)安全  一、前言  水閘是具有擋水和泄水功能的低水頭水工建筑物。關(guān)閉閘門，可以攔洪、擋潮、抬高水位，以滿足上游取水或通航的需要；開啟閘門，可以泄洪、排澇、沖沙、取水或根據(jù)下游用水需要調(diào)節(jié)流量。按照功能常劃分為：節(jié)制閘、進(jìn)水閘、分洪閘、排水閘、擋潮閘等。水閘由閘室與上、下游連接段組成。閘室是水閘的主體，設(shè)有底板、閘門、啟閉機(jī)、閘墩、胸墻、工作橋、交通橋等。上、下游連接段由防沖槽、護(hù)底、鋪蓋、護(hù)坦、海漫、兩岸翼墻和護(hù)坡等組成。水閘大部分結(jié)構(gòu)由混凝土澆筑而成。我省大中型水閘數(shù)量眾多，為當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了可靠安全保障，發(fā)揮了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。大部分水閘建造于20世紀(jì)七八十年代，經(jīng)過(guò)幾十年的運(yùn)行，隨著運(yùn)行年限的增長(zhǎng)，受自然環(huán)境(海風(fēng)、潮水侵蝕等)與其它因素影響，水閘混凝土結(jié)構(gòu)存在不同程度的老化破損問(wèn)題，導(dǎo)致安全性與可靠度降低，對(duì)水閘正常運(yùn)行帶來(lái)隱患。為消除隱患保證水閘安全運(yùn)行，依據(jù)《水閘安全鑒定規(guī)定》應(yīng)對(duì)水閘混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全檢測(cè)。  二、水閘運(yùn)行期結(jié)構(gòu)安全的主要問(wèn)題  水閘混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)幾十年的運(yùn)行，不同程度存在安全問(wèn)題，概括起來(lái)主要有以下幾點(diǎn)：  1.混凝土碳化  混凝土碳化問(wèn)題是水閘混凝土結(jié)構(gòu)存在的主要問(wèn)題之一，也是水閘混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生老化破損的重要誘因。閘墩、閘底板、閘門等構(gòu)件混凝土碳化深度總體較小，結(jié)構(gòu)較為完好。排架柱、軌道梁、啟閉機(jī)大梁等梁柱構(gòu)件混凝土碳化深度相對(duì)較大，部分超過(guò)鋼筋保護(hù)層厚度，導(dǎo)致外部混凝土脫落，鋼筋銹蝕外露，結(jié)構(gòu)破損嚴(yán)重。  2.鋼筋保護(hù)層侵蝕  混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋保護(hù)層侵蝕也是水閘混凝土結(jié)構(gòu)存在的主要問(wèn)題之一。閘墩、閘底板、翼墻等構(gòu)件鋼筋保護(hù)層厚度普遍滿足設(shè)計(jì)與規(guī)范要求。閘門、排架柱、軌道梁、啟閉機(jī)大梁等構(gòu)件實(shí)測(cè)鋼筋保護(hù)層厚度普遍偏小，不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。  3.鋼筋銹蝕  混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋銹蝕問(wèn)題也是水閘混凝土結(jié)構(gòu)存在的主要問(wèn)題之一，是加速破壞水閘混凝土結(jié)構(gòu)的重要因素。排架柱、軌道梁等梁柱混凝土中的主筋與箍筋銹蝕情況較為普遍，當(dāng)混凝土碳化深度超過(guò)保護(hù)層厚度時(shí)，鋼筋表面堿性鈍化膜便被破壞，導(dǎo)致鋼筋與外界酸性潮濕環(huán)境接觸發(fā)生銹蝕。一旦鋼筋發(fā)生銹蝕，銹蝕產(chǎn)生的體積膨脹導(dǎo)致混凝土漲裂，從而加速鋼筋銹蝕，銹蝕過(guò)程無(wú)法控制。有的水閘結(jié)構(gòu)部位甚至處于嚴(yán)重銹蝕甚至銹損狀態(tài)，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性將產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。  三、解決辦法  水閘混凝土結(jié)構(gòu)安全對(duì)于保證水閘運(yùn)行極為重要，一旦水閘混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生老化破損等病害問(wèn)題，隨之而來(lái)病害會(huì)逐步擴(kuò)展加劇，導(dǎo)致整個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)被逐步破壞，從而嚴(yán)重降低水閘安全運(yùn)行壽命。因此對(duì)水閘混凝土結(jié)構(gòu)安全必須予以重視。近年來(lái)筆者通過(guò)對(duì)省內(nèi)水閘混凝土結(jié)構(gòu)的檢測(cè)，總結(jié)了影響水閘混凝土結(jié)構(gòu)安全的一些主要問(wèn)題，這些問(wèn)題具有普遍的代表性。由此引發(fā)出了如何消除這些問(wèn)題、保證水閘混凝土結(jié)構(gòu)安全、提高水閘運(yùn)行壽命的思考，特提出以下幾點(diǎn)設(shè)想，相信在今后的水閘建設(shè)過(guò)程中，如果建設(shè)、設(shè)計(jì)與施工等各方都能對(duì)此予以重視，則對(duì)保證水閘混凝土結(jié)構(gòu)安全、提高水閘運(yùn)行壽命將起到積極促進(jìn)作用。  1.混凝土工藝  混凝土是水閘不同結(jié)構(gòu)部位的重要組成基礎(chǔ)，良好的混凝土工藝可以顯著提高水閘混凝土結(jié)構(gòu)的安全性。分析水閘不同結(jié)構(gòu)部位混凝土碳化原因如下：閘墩、閘底板、閘門等構(gòu)件多處在水位下或水位變化區(qū)，表面易生有青苔或者其它寄生物，長(zhǎng)久下來(lái)在混凝土結(jié)構(gòu)表面形成一種保護(hù)，有效阻止了混凝土碳化，因此碳化較小。梁柱等構(gòu)件長(zhǎng)期暴露在外，混凝土表面直接與外界大氣、雨水等環(huán)境接觸更容易產(chǎn)生碳化，久而久之導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)表面漲裂，鋼筋銹蝕外露，并加速結(jié)構(gòu)破壞。梁構(gòu)件的破損特點(diǎn)主要是中間部位混凝土碳化、破損，鋼筋銹蝕嚴(yán)重，而兩端較輕，也就是破損主要產(chǎn)生在結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力較大的部位，這更加降低了梁構(gòu)件的安全性。因此可以從混凝土工藝方面考慮，提高水閘混凝土耐久性以有效阻止混凝土碳化。選擇混凝土原材料與配合比是其中的重要環(huán)節(jié)。在水閘混凝土施工前期必須應(yīng)優(yōu)選水泥、骨料及外加劑等原材料，并進(jìn)行嚴(yán)格的原材料配合比試驗(yàn)，保證原材料各項(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范要求，為水閘混凝土施工提供科學(xué)的配合比試驗(yàn)資料。在施工過(guò)程中需嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量、水灰比與水泥用量。隨著科技的發(fā)展，越來(lái)越多的新材料新工藝不斷應(yīng)用于混凝土中，隨之而產(chǎn)生了高性能混凝土。通過(guò)摻人硅粉、粉煤灰、高爐礦渣中的一種或多種摻料，起到增大混凝土的密實(shí)度、改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)、細(xì)化孔隙的作用，明顯提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，因此水閘施工可采用高性能混凝土。  2.保證足夠的鋼筋保護(hù)層厚度  鋼筋保護(hù)層厚度對(duì)結(jié)構(gòu)的使用年限起主要影響作用，較大的鋼筋保護(hù)層厚度可以顯著提高水閘混凝土結(jié)構(gòu)的安全性。通過(guò)我省一些運(yùn)行幾十年的大中型水閘進(jìn)行安全檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)水閘鋼筋保護(hù)層厚度均存在重要問(wèn)題，即部分結(jié)構(gòu)鋼筋保護(hù)層厚度普遍較小，不滿足規(guī)范要求。水閘的混凝土結(jié)構(gòu)依據(jù)混凝土方量與斷面尺寸等，可分為大體積混凝土結(jié)構(gòu)與小體積混凝土結(jié)構(gòu)，其中閘底板、閘墩與翼墻屬于大體積結(jié)構(gòu)，而梁、柱、閘門等屬于小體積混凝土結(jié)構(gòu)。從施工方面考慮，大體積混凝土結(jié)構(gòu)在鋼筋綁扎定位方面較容易控制保護(hù)層厚度滿足規(guī)范要求，而小體積混凝土結(jié)構(gòu)如果在鋼筋綁扎定位方面控制不嚴(yán)格，則很容易造成底面或側(cè)面鋼筋保護(hù)層厚度偏小，因此相對(duì)難以控制保護(hù)層厚度滿足規(guī)范要求。很多水閘混凝土結(jié)構(gòu)檢測(cè)結(jié)果也表明梁柱構(gòu)件保護(hù)層厚度很小，遠(yuǎn)不滿足規(guī)范要求，較小的鋼筋保護(hù)層厚度造成混凝土結(jié)構(gòu)安全運(yùn)行年限明顯降低。因此要以此為警示，對(duì)于新建水閘，在施工過(guò)程中，必須嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，保證水閘各個(gè)部位的鋼筋保護(hù)層厚度符合規(guī)范要求。  3.混凝土表面涂層保護(hù)  采用一些防護(hù)材料涂蓋在混凝土結(jié)構(gòu)表面上，能有效阻止空氣中的二氧化碳、水、鹽及酸性介質(zhì)向混凝土中滲透和擴(kuò)散，延緩混凝土碳化和防止鋼筋的進(jìn)一步腐蝕，亦可以提高水閘混凝土結(jié)構(gòu)的安全性?；炷帘砻嫱繉涌捎脽o(wú)機(jī)材料與有機(jī)材料，無(wú)機(jī)材料覆蓋層有水泥砂漿、石膏等；有機(jī)防腐涂料有環(huán)氧樹脂、聚氨酯、丙烯酸樹脂及氯化橡膠等，它們都有優(yōu)良的防腐性能，切密封性與穩(wěn)定性能好，使用周期長(zhǎng)，施工方便。  四、結(jié)語(yǔ)  我省內(nèi)的大中型水閘數(shù)量眾多，而水閘混凝土結(jié)構(gòu)方面問(wèn)題一般在長(zhǎng)期運(yùn)行之后逐步顯現(xiàn)，給水閘正常運(yùn)行帶來(lái)隱患。筆者認(rèn)為如果在水閘建設(shè)初期能采取一些相應(yīng)的措施，如提高水閘混凝土施工工藝、保證足夠的鋼筋保護(hù)層厚度、混凝土表面涂層保護(hù)等，則可以有效改善水閘混凝土結(jié)構(gòu)的安全并延長(zhǎng)水閘正常運(yùn)行年限。  參考文獻(xiàn)：  [1]李為杜．混凝土無(wú)損檢測(cè)技爿咖上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2005：129-135．  [2]王巧平，吳勝聯(lián)．無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在銹蝕混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用探討．混凝土，2003“)：23—25．  [3]張譽(yù)，蔣利學(xué)。張偉平，等．混凝土結(jié)構(gòu)耐久性概論[j]．上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2003：156—163．  [4]柏寶忠。壬以仁．影晌水工建筑物耐久性的主要因素及預(yù)防對(duì)策田．水利水電技術(shù)，2004(10)：72—74．  [5]張譽(yù)，蔣利學(xué)．混凝土結(jié)構(gòu)耐久性概論[m]．上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版杜，2003(12)g 295—336．