論水工建筑物的破壞原因與防治對策

摘要：我國的水工建筑物數量非常多，在世界上居于前列，水工建筑物在長久的使用過程中，會受到各種各樣不同程度的破壞，給國民經濟的發展造成了重大損失。該文從水工建筑物的破壞原因進行分析，探討相應的防治措施，以加強對水工建筑物的日常維護，防止水工建筑物破壞的擴大，減少國民經濟的損失。

關鍵詞：水工建筑物 破壞 防治措施

中圖分類號：TU7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）01（C）-0065-02

我國是全球建壩數量最多的國家。在日常的使用過程中，由于各種環境因素和管理方面的失誤，水工建筑物會遭受各種各樣的破壞，對人們的生產生活造成不必要的麻煩，也對我國國民經濟的發展造成損失。據統計資料顯示，我國累計潰決的各類水庫已高達3.4%，約有85%潰壩的高度低于20m。其中，40m高的堤壩潰決的數量很少，50m以上的堤壩基本沒有潰決。該文對水工建筑物的三種主要的破壞原因進行分析，并探討相應的防治措施。

1 水工建筑物施工作業中的基坑開挖

在水工建筑物的基坑開挖過程中，首先要對水工建筑物的整體進行設計，根據施工方案，在縱橫兩個方向設置好建設的軸線，以方便施工作業。同時，要在建筑物工程的周圍設置兩個以上的臨時水準點，提高施工作業的精準度，保證工程質量。基坑開挖要根據施工要求進行，不能隨意改變工程施工設計圖。建筑物基坑開挖時，可按照1：1的比例放坡，以減緩建筑物的整體傾斜程度，減少施工難度。再者，由于基坑開挖會受到天氣等因素的影響，如果停工之后要設置保護面，在返工之后，首先要清除基坑中的淤泥和雜物，才能繼續施工。在機械開挖時，不能直接挖到工程設計的高程，基坑的底部應預留20cm的人工清除量。由于土壤中可能存在著地下水，因此要事先設置集水坑，方便架泵排水。

2 水工建筑物的磨蝕破壞

2.1 磨蝕破壞產生的原因

根據水工建筑物多年建造經驗和對其損壞原因進行分析，在泥沙含量較大的高速水流中，水工建筑物大都存在著泥沙的磨損問題。再者，由于水工建筑物的磨損一般是在水下部位，維修施工作業更加困難，工程維修需要大量的時間和金錢投資，并影響了建設工程的日常使用。水工建筑的磨蝕破壞是由于含沙的水流在高速流淌時對水工建筑物的損壞，而水工建筑物自身的抗磨蝕能力就決定了其磨蝕損壞的程度。再者，由于水流的速度受到季節變化的影響，水流大小對水工建筑物的磨蝕破壞也會受到影響，其磨蝕破壞的程度會根據水流的變化產生一定的慣性作用。

2.2 磨蝕破壞的防治措施

（1）優化水工建筑物的工程設計。首先，要對水工建筑物的整體結構進行設計，在工程體型和布置上增強水工建筑物的抗磨蝕能力。盡量減少過流部分的建筑物長度，采用表孔泄洪的方式更為有效。其次，對消力池進行抗磨蝕設計，通過模型試驗，選擇合適的消力池。對消力池進行鞏固設計，加厚消力池的厚度以增強其抗磨蝕能力。再者，對該水域的水電站設計進行改進，對引水管等引水排水設備進行設計加工，以增強其抗磨蝕能力。

（2）要加強對水工建筑物的現場施工管理工作。水工建筑物的現場施工作業，可以總結出相關的經驗和教訓，對水工建筑物的磨蝕破壞情況進行分析，在施工作業環節予以充分注意。

（3）對已破壞的水工建筑物，應及時進行維修，防止破壞擴大而耗費更多的人力、物力和財力。在水工建筑物的日常使用過程中，應做好日常的維修檢查工作，及時發現水工建筑物的破壞情況，以減少更大破壞的產生。

3 水工建筑物的空蝕破壞

3.1 空蝕破壞產生的原因

空蝕指的是當空泡破滅時會產生很大的瞬間壓強，而當破滅產生于水工建筑物的表面時，由于水流中的空泡有很大的壓強，對水工建筑物形成了力的沖擊，從而導致水工建筑物表面的破壞。

在多年的建設施工實踐中，對水工建筑物的空蝕破壞原因逐漸有了更深的認識：空泡及微射流的共同作用所產生的結果。如前所述，空泡自身在水流的作用下可能產生很大的壓強，在經過水工建筑物時作用于其表面，從而對水工建筑物形成了一個強有力的沖擊作用。而微射流則通過連續的敲擊作用于水工建筑物的表面，在連續不穩定的作用力之下，可能對水工建筑物產生不同程度的破壞。在空蝕沖擊和微射流沖擊兩種力的相互作用下，水工建筑物的表面容易造成破壞。

3.2 空蝕破壞的防治措施

如前所述，水工建筑物的空蝕破壞主要是由于建筑物本身與空泡、微射流之間的相互作用力而形成的，因此，在空蝕破壞的防治過程中，要注意建筑材料的抗空蝕破壞的能力、水流中的空泡的作用力及微射流的作用力的大小。空蝕破壞的防治措施有以下三點：

（1）提高水流的空化數，減弱甚至消除其破壞程度?？梢酝ㄟ^改善易受空蝕材料的性能特點，減少受空蝕的可能。合理規劃過流壁面的體型，可以采取典型的消能工體型設計和有溢流堤面的體型設計，增強過流壁面分布壓強值，以提高其抗空蝕破壞的能力。其次，對水工建筑物的表面進行處理，減少凹凸不平的現象，增加表面的平整度，以減少水流的沖擊作用力。再者，應對水工建筑物不同型號的消能工進行分析，提高消能工的運行效果。同時，要加強對工程運行的管理，改善水工建筑物的運行條件，合理規劃布局，避免不合理的工程運行狀況。

（2）削弱水流對工程過流壁面空蝕作用力。主要有兩種方式，一是改變水流的物理性質和化學性質，通過人工摻氣的方式，將不同成分的物質摻入水流中，降低水流的作用力。二是改變水工建筑物的工程設計結構，設置閘墩，以減少游移型空泡的破滅轉移到過流壁面之外，降低水流對水工建筑物的空蝕破壞能力。

（3）改變工程設計方法，增強水工建筑物的抗空蝕能力。水工建筑物空蝕破壞的防治不僅要求削弱水流對工程過流壁面的空蝕破壞，還要求不斷通過技術創新，提高過流壁面自身的抗空蝕破壞能力。在過流壁面的材料選擇上，應選擇性能較高或者彈性較大的建筑材料來建造水工建筑物，以增強其抗空蝕破壞能力，減少水工建筑物的空蝕破壞。

4 水工建筑物的凍融破壞

4.1 凍融破壞產生的原因

水工建筑物的凍融破壞主要是外界的環境因素造成，氣候的冷暖變化對水工建筑物的地基造成影響。地基在氣候變化過程中的冷暖收縮與擴張，會產生很大的作用力，地基橫向縱向收縮與擴張力的大小，對水工建筑物的表面也會造成不同程度的破壞。在長久的熱脹冷縮作用力中，水工建筑物的破壞嚴重。

4.2 凍融破壞的防治措施

凍融破壞的防治措施主要有結構措施和地基處理措施兩種。

（1）結構措施。如前所述，在凍土區的水工建筑物建造中，通常采用的是柱式、樁式、墩式的基礎橋梁結構。從橋梁的安全性出發，保證水工建筑物在融沉或者凍脹作用下不至于發生變形。因此，在凍土區的地基建造上，可以將地基建造在凍土層以上，減少氣候的冷暖變化對地基結構的影響，以消除建筑物底部的凍脹應力，有效防止建筑工程的凍融破壞。

（2）地基增溫與加固措施。可以采用保溫法以及強夯壓實法兩種方法減少凍融破壞。在水工建筑物的工程施工中，可以在其周圍設置一個隔熱層，增強建筑物的保溫效果，也可以減輕地基的冰凍危害程度，有效防止水工建筑物的冰凍破壞。強夯壓實法的方法指的是通過對地基土壤的加固施壓措施，將凍土區的地基土干密度壓實至大于等于1.7t/m，通過壓實地基土地的干密度，加強土地自身的保溫效果，有效控制地基熱量的流失，減少凍融破壞對水工建筑物的破壞。

同時，水工建筑物的混凝土的凍融破壞，也可能對水工建筑物造成破壞。在混凝土的選擇上，要根據建筑物的不同情況，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?。對混凝土的制作應合理配置，降低混凝土中的水灰比，提高混凝土的抗凍性。再者，對混凝土凍害的治理，可以采取四種方法，一是針對輕微表層的破壞，可以采取水泥漿紗的修補方法。二是在高速水流區的混凝土表層破壞，可以采取預縮漿沙的修補，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，以提高混凝土的抗水性。三是對于混凝土凍害比較嚴重的地區，可以采用噴漿修補的方法，將經過高壓的混凝土拌料以很快的速度注入修補的部位，高壓的混凝土拌料在抗滲性和密度上都優于一般的混凝土。四是環氧材料的修補，可分為環氧混凝土、環氧砂漿和環氧基液等，其抗滲能力、抗腐蝕能力和強度都較高，與一般混凝土的結合性也較好，但由于施工較復雜且價格較貴，可與其他方法結合使用。

5 結語

水工建筑物在其運行期間，遭受著各種各樣因素的破壞，不僅對水工建筑物的日常運行造成影響，還給國民經濟造成了巨大的損失，對人們的生產生活帶來不便。水工建筑物的破壞原因可以分為三種：磨蝕破壞、空蝕破壞和凍融破壞。腐蝕破壞主要產生于沙石含量較大的水流區域，對腐蝕破壞的防治，可以通過優化建筑工程的設計，加強工程管理，及時進行維修。空蝕破壞產生于空蝕沖擊和微射流沖擊的共同作用，對空蝕破壞的防治，可以提高水流的空化數，減弱甚至消除其破壞程度，削弱水流對工程過流壁面的空蝕破壞作用和提高過流壁面抗空蝕破壞的能力等方法。凍融破壞主要是由于地基上的凍結界面會產生凍脹應力所產生，對凍融破壞的防治，可通過結構措施和地基處理措施，降低水工建筑物的破壞，減少經濟損失。