水工建筑物的破坏及防治措施研究

水工建筑物的破坏及防治措施研究摘要：我国的水工建筑物数量非常多，在世界上居于前列，水工建筑物在长久的使用过程中，会受到各种各样不同程度的破坏，使水工建筑物的使用寿命缩短，给国民经济的发展造成了重大损失。混凝土的破坏以碳化、冻融破坏为常见，致使许多水工建筑物的运行寿命大为缩短，造成极大浪费。文中在阐述水工混凝土建筑物结构的特点及类型的基础上，还分析了水工混凝土建筑物的常见破坏类型，并给出了相应具体的防治措施。关键词：水工建筑物；破坏；防治措施中图分类号：TU528文献标识码：A引言我国是世界上建坝最多的国家，不过由于各种因素的影响水工建筑物的破坏现象时有发生，给经济社会发展造成了较大损失。据统计，全国累计已有3.4％的各类水库溃决，其中85％的溃坝低于20～25m，40m的坝罕有溃决，50m以上的坝则无一溃决。根据资料研究分析，水工建筑物破坏原因可分为：空蚀破坏、磨蚀破坏、冻害等。一、水工建筑物产磨蚀破坏（一）、原因水工建筑物多数处于水下，这就导致其长时间的处于高速水流的冲击下，特别是在泥沙含量较大的地区，在长期泥沙的磨损下，处于水下部位的水工建筑物会受到不同程度的磨蚀破坏，在长期水流冲涮下水工建筑物自身的抗磨蚀能力直接关系到其受到磨蚀损坏的程度，同时由于水流的速度还会受到季节变化的影响，这也会对水工建筑物磨蚀的程度带来较大的影响。（二）、防治措施在对水工建筑物结构进行设计时，需要提高水工建筑物整体的抗磨蚀能力，这就需要在其体型和布置上在进行优化，在设计时可以利用表孔泄洪或是减少水工建筑物过流部分的长度等方式来增强其自身的抗磨蚀能力。同时还可以利用消力池来进行抗磨蚀设计，不仅要选择合适的消力池，同时还要对消力池的设计进行巩固，增强其厚度。还可以优化引水排水设备等方法来增强水工建筑物的抗磨蚀能力。在进行水工建筑物施工作业工作中，可以根据相关的施工经验和教训来对水工建筑物可能产生磨蚀破坏的情况进行深入分析，从而在施工过程中给予充分的关注，强化施工的现场管理，从而提高水工建筑抗磨蚀破坏的能力。二、水工建筑物的空蚀破坏（一）、原因空蚀指的是当空泡破灭时会产生很大的瞬间压强，而当破灭产生于水工建筑物的表面时，由于水流中的空泡有很大的压强，对水工建筑物形成了力的冲击，从而导致水工建筑物表面的破坏。在多年的建设施工实践中，对水工建筑物的空蚀破坏原因逐渐有了更深的认识：空泡及微射流的共同作用所产生的结果。如前所述，空泡自身在水流的作用下可能产生很大的压强，在经过水工建筑物时作用于其表面，从而对水工建筑物形成了一个强有力的冲击作用。而微射流则通过连续的敲击作用于水工建筑物的表面，在连续不稳定的作用力之下，可能对水工建筑物产生不同程度的破坏。在空蚀冲击和微射流冲击两种力的相互作用下，水工建筑物的表面容易造成破坏。（二）、防治措施可以通过改善易受空蚀材料的性能特点，减少受空蚀的可能。合理规划过流壁面的体型，可以采取典型的消能工体型设计和有溢流堤面的体型设计，增强过流壁面分布压强值，以提高其抗空蚀破坏的能力。其次，对水工建筑物的表面进行处理，减少凹凸不平的现象，增加表面的平整度，以减少水流的冲击作用力。再者，应对水工建筑物不同型号的消能工进行分析，提高消能工的运行效果。同时，要加强对工程运行的管理，改善水工建筑物的运行条件，合理规划布局，避免不合理的工程运行状况。水工建筑物空蚀破坏的防治不仅要求削弱水流对工程过流壁面的空蚀破坏，还要求不断通过技术创新，提高过流壁面自身的抗空蚀破坏能力。在过流壁面的材料选择上，应选择性能较高或者弹性较大的建筑材料来建造水工建筑物，以增强其抗空蚀破坏能力，减少水工建筑物的空蚀破坏。三、水工建筑物的冲刷破坏（一）、原因发生冲刷破坏的卞要原囚是水流流态小良、闸门运行方式小佳、体型小佳和渗水、冻融破坏等。进口段布置小当，局部边界收缩过急或岸边有山咀阻挡，使进流小畅、流态紊乱。有的土质引渠未做衬砌，流速过大则必然导致冲刷。建筑物表面的冲蚀首先与下泄水流的流速有关。实验表明，硅表面的单位冲蚀率(单位时间内、单位面积上冲蚀破坏的重量)与流速的1.5-2.5次方成正比，流速增加一倍，单位冲蚀率将增加三倍以上。另外，其中含砂量的多少也直接影响到冲蚀的程度，对于清水冲刷，普通硅可以承受到25m/s的流速。目前，上程上常用的抗冲耐磨新材料如硅粉硅、铁钢砂硅、聚合物硅以及辉绿岩铸石等，可以大大提高材料的抗冲耐磨强度。（二）、防治措施水工建筑物的进口段是由水库向控制建筑物过渡的连接设施，其布置恰当与否将直接影响连接段本身以及水工建筑物，甚至大坝的安全。进口段一般都设引渠连接，在平面上呈喇叭口状，其基本要求是体形流畅，能顺应河岸山坡走向，由宽变窄，逐渐将水流引导进入水工建筑物(如岸边溢洪道或泄洪洞)。水流要求与堰闸垂直，两侧尽量缓变衔接以避免旁侧旋涡出现。底板接缝的处理是防止陡槽揭底破坏的关键。底板横向接缝之间不能有下高上低的错台，否则极易导致水流的揭底破坏。正确的接缝应使下块底板较上块略低(10mm左右)，或者将下块端部顶面削成1∶12倒坡，以避免水流直接钻入缝中，促使动水压力急剧升高。这一点，对于高流速陡槽易引起水流空化的部位尤其重要。四、水工建筑物的冻害（一）、原因水下建筑物之所以会发生冻害，主要是因为地基上冻结界面处产生的冻胀应力。冻胀力分为：作用于基础底面的法向冻胀力、作用于基础侧表面的切向冻胀力和侧向水平冻胀力等。在冻土地区建筑物的桥梁多采用桩、柱、墩式基础，涵闸等多采用面积较大的板形基础。上述建筑物常在切向冻胀力、法向冻胀力、侧向水平冻胀力和地基融沉的作用下产生不同形式的冻害破坏。（二）、防治措施建筑物冻害的防治措施分为地基处理措施和结构措施两种。地基处理措施：1）保温法。保温法是指在建筑物基础底部或四周设置隔热层，增大热阻，以推迟地基土的冻结，提高土中温度，减少冻结深度，进而起到防止冻胀的一种方法。2）强夯压实法。为了消除基础的冻胀力，取降低地基土冻胀性是一种有效措施。这种办法是将冻层之内地基土的干密度压实到大于或等于1.7t/m。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。结束语水工建筑物在运行过程中较为常受到的破坏即为磨蚀破坏、空蚀破坏和冻融破坏两种，一旦水工建筑物受到这几种破坏，则会影响其正常的运行，给人们生产和生活带来较大的不便。因此在水工建筑物运行期间，需要针对各种破坏产生的原因对其采取有效的防范措施，不仅需要优化水工建筑物的结构设计，同时加强工程管理和日常维护，从而提高水工建筑物抗破坏能力，确保其使用寿命能够延长，使其能够在运行过程中保持良好的状态。参考文献[1]丁瑞峰.混凝土水工建筑物的维护管理[J].青春岁月，2012（14）：391.[2]王红强，张光碧.水工建筑物冲磨和空蚀破坏机理及其防治对策[J].云南水力发电，2008，24（2）.[3]王尊先.水工建筑混凝土结构破坏原因和预防措施[J].中国高新技术企业，2008（17）.[4]刑林生，聂广明.我国水电站混凝土建筑物耐久性分析[J].水力发电，2003.