農(nóng)田水利工程建筑物的安全評(píng)價(jià)

紀(jì)軍鋒， 婁衛(wèi)國(guó)

(山東省東明縣水務(wù)局，山東 菏澤 274500)

0 引 言

水工建筑物是農(nóng)田水利工程中不可缺少的組成部分，有利于保障水利功能的正常發(fā)揮。但就當(dāng)前的農(nóng)田水利工程而言，由于傳統(tǒng)施工技術(shù)不強(qiáng)、外部環(huán)境變化復(fù)雜等，很容易導(dǎo)致建筑物的混凝土出現(xiàn)裂縫，影響水利工程的運(yùn)行安全性。因此相關(guān)人員必須要深入研究農(nóng)田水利工程建筑物出現(xiàn)安全問(wèn)題的原因，并采取有效處理手段，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水利工程的可持續(xù)發(fā)展。

1 影響農(nóng)田水利工程建筑物安全性的主要因素

1.1 建筑物裂縫問(wèn)題

影響農(nóng)田水利工程建筑物安全的主要問(wèn)題是裂縫。一般情況下，裂縫是因?yàn)榛炷磷陨沓霈F(xiàn)變化而導(dǎo)致的。由于混凝土的原料包括水泥、粗骨料、砂石等，根據(jù)材料的特性，混凝土其實(shí)是一種具有較強(qiáng)脆性的物質(zhì)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)化影響后，混凝土?xí)霈F(xiàn)明顯的硬性結(jié)塊，致使穩(wěn)定性大幅下降。雖然混凝土具有較強(qiáng)的承壓力，能夠針對(duì)不良環(huán)境起到良好的抵御作用，但其也會(huì)因水分蒸發(fā)而出現(xiàn)微小孔隙，當(dāng)有雜質(zhì)滲入后，就會(huì)出現(xiàn)微裂縫，致使建筑物安全性受到嚴(yán)重影響[1]。

1.2 凍脹破壞問(wèn)題

凍脹破壞也是農(nóng)田水利工程建筑物常見(jiàn)的安全性問(wèn)題，相比于裂縫病害，該問(wèn)題的危害性更大、維護(hù)維修難度更高。其主要是受材料以及溫度等因素的影響，比如混凝土材料質(zhì)量較差，就會(huì)導(dǎo)致建筑物的安全性能有所下降。同時(shí)在水利工程水位出現(xiàn)季節(jié)性變化時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)嚴(yán)重的凍融情況。所以在施工建設(shè)過(guò)程中，需要加強(qiáng)對(duì)凍脹破壞的預(yù)防以及治理，切實(shí)保障建筑物的安全性。

2 影響田水利工程建筑物安全性的主要原因

2.1 裂縫產(chǎn)生的主要原因

農(nóng)田水利工程建筑物出現(xiàn)裂縫的原因，與水工混凝土材料質(zhì)量、溫度變化以及工程技術(shù)等存在密切關(guān)系。比如在施工環(huán)節(jié)中，混凝土中的水分較多，則會(huì)在表面形成大量的細(xì)小孔隙、裂痕等，一旦出現(xiàn)氣溫下降，則會(huì)造成混凝土的內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)性不強(qiáng)，從而出現(xiàn)凍裂等情況，限制內(nèi)部結(jié)構(gòu)的發(fā)展。同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致混凝土表面構(gòu)造出現(xiàn)不規(guī)則的問(wèn)題。另外，在建筑物某一局部區(qū)域，由于結(jié)構(gòu)約束而產(chǎn)生大量的水化熱作用，可能會(huì)促使混凝土發(fā)生沉降，在干縮、應(yīng)激力反應(yīng)緩慢的情況下，微觀裂縫將會(huì)得到進(jìn)一步擴(kuò)大，并向兩側(cè)延伸，造成建筑物的裂縫面積增大[2]。

2.2 凍脹破壞產(chǎn)生主要原因

(1) 水泥品種、礦物成分、骨料等，都會(huì)對(duì)混凝土的性能產(chǎn)生較大的影響，其是促使建筑物產(chǎn)生凍脹破壞的重要因素。

(2) 在建筑物混凝土施工過(guò)程中，往往會(huì)添加一定量的外加劑，如引氣劑、減水劑等，可能會(huì)對(duì)混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。如果內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)較好，則可起到防止凍脹的功能，而當(dāng)其內(nèi)部缺少合理孔隙結(jié)構(gòu)，則會(huì)增大凍脹應(yīng)力，受外部環(huán)境的干擾而出現(xiàn)性能下降的情況。

(3) 施工環(huán)節(jié)中的混凝土配合比不合理、施工操作不合規(guī)、硬化條件不符合標(biāo)準(zhǔn)，則是導(dǎo)致混凝土耐久性和抗凍性不足的主要原因。同時(shí)制備混凝土?xí)r單位用水量過(guò)多，也會(huì)誘發(fā)凍脹等安全問(wèn)題。

3 提高農(nóng)田水利工程建筑物安全性的主要措施

3.1 裂縫產(chǎn)生預(yù)防措施

3.1.1 結(jié)構(gòu)夯實(shí)法

為有效解決農(nóng)田水利工程建筑物安全性問(wèn)題，可采用結(jié)構(gòu)夯實(shí)法預(yù)防裂縫的產(chǎn)生。在實(shí)踐操作中，首先施工人員需要嚴(yán)格按照施工圖紙考察實(shí)際情況，明確容易出現(xiàn)裂縫病害的重點(diǎn)部位，再采取相應(yīng)的加固措施。比如精準(zhǔn)確定建筑物軟土區(qū)域兩端的邊界位置，分別設(shè)置堅(jiān)硬模板以起到固定效果，并在兩板中間布置柱樁，通過(guò)土壤填埋的方式增加強(qiáng)度。另外為提高軟土地基的穩(wěn)定性，避免發(fā)生沉降，可采用薄膜覆蓋松軟土，達(dá)到良好保護(hù)的目的。除此，在搭建模板環(huán)節(jié)，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制凍土的問(wèn)題，在其內(nèi)部采用適當(dāng)保溫措施，防范出現(xiàn)裂縫問(wèn)題。

3.1.2 預(yù)制混凝土比例

合理控制混凝土的預(yù)制質(zhì)量，有助于提高建筑物的整體安全性。因此，施工人員先要結(jié)合設(shè)計(jì)要求，明確混凝土的整體化設(shè)計(jì)，確保混凝土內(nèi)部的出水量可得到良好控制。在規(guī)劃階段應(yīng)當(dāng)以混凝土質(zhì)量控制為導(dǎo)向，重點(diǎn)做好抗裂預(yù)防工作。比如可在低溫試驗(yàn)環(huán)境下，反復(fù)測(cè)量混凝土的強(qiáng)度和韌性，調(diào)節(jié)配合比，促使伸縮值得到加強(qiáng)。同時(shí)在施工階段，相關(guān)人員需要合理利用計(jì)量單位，保證混凝土配制的合理性，避免超出標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)范圍[3]。

3.1.3 采用科學(xué)裂縫修補(bǔ)方法

對(duì)水工建筑物已經(jīng)出現(xiàn)的裂縫，需采取科學(xué)修補(bǔ)方法。比如應(yīng)用開(kāi)槽法進(jìn)行修補(bǔ)，即是在水泥以及砂石中摻入1/3的環(huán)氧樹(shù)脂橡膠。施工人員按照合理的順序開(kāi)展攪拌，并確保攪拌均勻后加入適量的細(xì)沙，從而進(jìn)一步擴(kuò)大混凝土的預(yù)制空間。然后加入丙酮，保證砂漿的密實(shí)度達(dá)到最佳效果。另外將事先調(diào)配好的環(huán)氧樹(shù)脂橡膠加入到混凝土槽中，在通風(fēng)口進(jìn)行30 min的晾曬。完成混凝土預(yù)制后，采用毛氈將混凝土外層覆蓋包住，避免混凝土出現(xiàn)裂縫。針對(duì)建筑物出現(xiàn)的微小裂縫，也可采用表面覆蓋法進(jìn)行修補(bǔ)，該技術(shù)的實(shí)施過(guò)程即是由相關(guān)操作人員在裂縫部分涂抹一層聚合性薄膜，然后對(duì)混凝土的外部結(jié)構(gòu)進(jìn)行打磨。再使用鋼絲刷子將聚合物水泥膏平鋪在裂縫表面，經(jīng)過(guò)晾曬后進(jìn)行清理，保證表面具有良好的平整度。最后在混凝土表面打造氣孔，使用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行填補(bǔ)，從而實(shí)現(xiàn)材料修復(fù)效果。

此外，還可采用低壓注漿法進(jìn)行裂縫修補(bǔ)。其一般是針對(duì)深度為0.4～0.6 mm的縫隙進(jìn)行修補(bǔ)，在溫度和內(nèi)部氣壓得到有效控制的前提下，實(shí)施漿灌注操作。具有施工程序如下：

(1) 采用白膠帶粘貼在出現(xiàn)裂縫的部位，并沿著縫隙邊緣使用窄毛刷進(jìn)行反復(fù)涂抹，避免裂縫出現(xiàn)延長(zhǎng)。

(2) 封閉裂縫的空隙，揭除四周白膠帶，經(jīng)過(guò)510 min晾曬后，可對(duì)裂縫進(jìn)行填補(bǔ)，灌注0.5 mm的砂漿即可。

(3) 開(kāi)展注漿作業(yè)時(shí)，應(yīng)在高溫時(shí)段進(jìn)行，保證漿液的填充速度得到提升。并利用適當(dāng)?shù)目p補(bǔ)器將漿液注入到裂縫口中，在兩端采用焊釘實(shí)施加固[4]。

3.2 凍脹破壞預(yù)防措施

3.2.1 預(yù)防措施

對(duì)于農(nóng)田水利工程建筑物凍脹破壞的預(yù)防措施，可從三個(gè)方面入手。首先，在混凝土施工環(huán)節(jié)，按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，盡量選擇含有不同礦物成分、不同性能的水泥、骨料以及外加劑等，從而提高材料性能，確?；炷辆哂休^好的耐久性。其次，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格管控混凝土的配合比，即按照結(jié)構(gòu)類型、環(huán)境條件等，開(kāi)展試驗(yàn)試配，確定最終的關(guān)鍵參數(shù)；同時(shí)注重降低混凝土的水灰比，即限制單位用水量，避免含水量過(guò)多而導(dǎo)致凍脹破壞。最后，施工人員需要對(duì)建筑物混凝土構(gòu)件周邊環(huán)境條件進(jìn)行優(yōu)化，盡可能地改善混凝土的凍脹條件，提高建筑物的安全性[5]。

3.2.2 治理措施

如果現(xiàn)有水工建筑物出現(xiàn)凍脹情況，應(yīng)當(dāng)采取有效的治理措施。比如針對(duì)輕微的表層破壞，可實(shí)施水泥砂漿修補(bǔ)。對(duì)于高速水流區(qū)混凝土表面出現(xiàn)損壞，可實(shí)施預(yù)縮砂漿修補(bǔ)方法，做法是將拌和好的砂漿歸堆放置30～90 min后，形成干硬性砂漿再進(jìn)行填補(bǔ)。如果建筑局部區(qū)域出現(xiàn)比較嚴(yán)重的凍脹破壞，可開(kāi)展噴漿修補(bǔ)。在操作中利用高壓噴射設(shè)備將混凝土注入到裂縫位置，其密度以及抗?jié)B性能相比于一般混凝土效果要好。另外，環(huán)氧材料修補(bǔ)是近年來(lái)一種常用的水工建筑物修補(bǔ)方法。通過(guò)利用環(huán)氧基液、環(huán)氧砂漿、環(huán)氧混凝土等，提高修補(bǔ)部位的強(qiáng)度以及抗?jié)B能力。但由于該方法目前實(shí)施成本較高、工藝較為復(fù)雜。因此應(yīng)當(dāng)結(jié)合其他上述方法進(jìn)行治理。按照農(nóng)田水利工程建筑物所處環(huán)境、位置以及發(fā)生凍脹破壞的程度，選擇適當(dāng)?shù)男扪a(bǔ)治理技術(shù)，盡可能提高建筑物安全性能。

3.2.3 渠系建筑物凍脹破壞應(yīng)對(duì)措施

農(nóng)田水利工程中的渠系建筑物發(fā)生凍脹破壞，則是由寒冷季節(jié)的持續(xù)負(fù)溫、土壤中存在自由水和毛細(xì)水、土壤自身物理性質(zhì)等因素引起的。因此，為有效應(yīng)對(duì)渠系建筑物的凍脹破壞，應(yīng)當(dāng)切斷凍土地基在凍結(jié)前后的水分補(bǔ)給。在實(shí)際操作過(guò)程中主要是采用高填或者排水等設(shè)施，以減少水分的補(bǔ)給。同時(shí)要重視毛細(xì)水的作用，當(dāng)其上升到地下水面上2～3 m平面時(shí)，對(duì)渠系建筑物也會(huì)造成一定的凍脹破壞[6]。不過(guò)由于細(xì)顆粒土體的特性，無(wú)法實(shí)現(xiàn)完全切斷水分補(bǔ)給，因此需要合理改善地基土的結(jié)構(gòu)。比如對(duì)地基土實(shí)施換填，采用大顆粒土體替換細(xì)顆粒土體。在施工中應(yīng)保障換填深度超過(guò)凍土深度，在實(shí)踐操作中適用于凍土深度較小的區(qū)域。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，農(nóng)田水利工程在當(dāng)前社會(huì)發(fā)展進(jìn)程中，可發(fā)揮良好的基礎(chǔ)服務(wù)作用。為保障其功能的正常、高效發(fā)揮，必須要保障水工建筑物的安全性，從而有序開(kāi)展各項(xiàng)水利服務(wù)活動(dòng)。當(dāng)前水利工程建筑物主要存在的安全問(wèn)題是裂縫和凍脹破壞，相關(guān)人員需要深入分析其產(chǎn)生原因和影響因素，采取有效的預(yù)防和治理措施，從而最大限度地提高農(nóng)田水利工程運(yùn)行質(zhì)量。