水闸运行期的结构安全的探讨分析

一、前言

水闸是具有挡水和泄水功能的低水头水工建筑物。关闭闸门，可以拦洪、挡潮、抬高水位，以满足上游取水或通航的需要；开启闸门，可以泄洪、排涝、冲沙、取水或根据下游用水需要调节流量。按照功能常划分为：节制闸、进水闸、分洪闸、排水闸、挡潮闸等。水闸由闸室与上、下游连接段组成。闸室是水闸的主体，设有底板、闸门、启闭机、闸墩、胸墙、工作桥、交通桥等。上、下游连接段由防冲槽、护底、铺盖、护坦、海漫、两岸翼墙和护坡等组成。水闸大部分结构由混凝土浇筑而成。我省大中型水闸数量众多，为当地工农业生产提供了可靠安全保障，发挥了巨大的社会效益和经济效益。大部分水闸建造于20世纪七八十年代，经过几十年的运行，随着运行年限的增长，受自然环境(海风、潮水侵蚀等)与其它因素影响，水闸混凝土结构存在不同程度的老化破损问题，导致安全性与可靠度降低，对水闸正常运行带来隐患。为消除隐患保证水闸安全运行，依据《水闸安全鉴定规定》应对水闸混凝土结构进行安全检测。

二、水闸运行期结构安全的主要问题

水闸混凝土结构经过几十年的运行，不同程度存在安全问题，概括起来主要有以下几点：

1.混凝土碳化

混凝土碳化问题是水闸混凝土结构存在的主要问题之一，也是水闸混凝土结构产生老化破损的重要诱因。闸墩、闸底板、闸门等构件混凝土碳化深度总体较小，结构较为完好。排架柱、轨道梁、启闭机大梁等梁柱构件混凝土碳化深度相对较大，部分超过钢筋保护层厚度，导致外部混凝土脱落，钢筋锈蚀外露，结构破损严重。

2.钢筋保护层侵蚀

混凝土结构的钢筋保护层侵蚀也是水闸混凝土结构存在的主要问题之一。闸墩、闸底板、翼墙等构件钢筋保护层厚度普遍满足设计与规范要求。闸门、排架柱、轨道梁、启闭机大梁等构件实测钢筋保护层厚度普遍偏小，不满足现行规范要求。

3.钢筋锈蚀

混凝土结构的钢筋锈蚀问题也是水闸混凝土结构存在的主要问题之一，是加速破坏水闸混凝土结构的重要因素。排架柱、轨道梁等梁柱混凝土中的主筋与箍筋锈蚀情况较为普遍，当混凝土碳化深度超过保护层厚度时，钢筋表面碱性钝化膜便被破坏，导致钢筋与外界酸性潮湿环境接触发生锈蚀。一旦钢筋发生锈蚀，锈蚀产生的体积膨胀导致混凝土涨裂，从而加速钢筋锈蚀，锈蚀过程无法控制。有的水闸结构部位甚至处于严重锈蚀甚至锈损状态，对钢筋混凝土结构的承载能力和耐久性将产生严重的影响。

三、解决办法

水闸混凝土结构安全对于保证水闸运行极为重要，一旦水闸混凝土结构产生老化破损等病害问题，随之而来病害会逐步扩展加剧，导致整个混凝土结构被逐步破坏，从而严重降低水闸安全运行寿命。因此对水闸混凝土结构安全必须予以重视。近年来笔者通过对省内水闸混凝土结构的检测，总结了影响水闸混凝土结构安全的一些主要问题，这些问题具有普遍的代表性。由此引发出了如何消除这些问题、保证水闸混凝土结构安全、提高水闸运行寿命的思考，特提出以下几点设想，相信在今后的水闸建设过程中，如果建设、设计与施工等各方都能对此予以重视，则对保证水闸混凝土结构安全、提高水闸运行寿命将起到积极促进作用。

1.混凝土工艺

混凝土是水闸不同结构部位的重要组成基础，良好的混凝土工艺可以显著提高水闸混凝土结构的安全性。分析水闸不同结构部位混凝土碳化原因如下：闸墩、闸底板、闸门等构件多处在水位下或水位变化区，表面易生有青苔或者其它寄生物，长久下来在混凝土结构表面形成一种保护，有效阻止了混凝土碳化，因此碳化较小。梁柱等构件长期暴露在外，混凝土表面直接与外界大气、雨水等环境接触更容易产生碳化，久而久之导致混凝土结构表面涨裂，钢筋锈蚀外露，并加速结构破坏。梁构件的破损特点主要是中间部位混凝土碳化、破损，钢筋锈蚀严重，而两端较轻，也就是破损主要产生在结构内部应力较大的部位，这更加降低了梁构件的安全性。因此可以从混凝土工艺方面考虑，提高水闸混凝土耐久性以有效阻止混凝土碳化。选择混凝土原材料与配合比是其中的重要环节。在水闸混凝土施工前期必须应优选水泥、骨料及外加剂等原材料，并进行严格的原材料配合比试验，保证原材料各项指标满足规范要求，为水闸混凝土施工提供科学的配合比试验资料。在施工过程中需严格控制原材料质量、水灰比与水泥用量。随着科技的发展，越来越多的新材料新工艺不断应用于混凝土中，随之而产生了高性能混凝土。通过掺人硅粉、粉煤灰、高炉矿渣中的一种或多种掺料，起到增大混凝土的密实度、改善混凝土的孔结构、细化孔隙的作用，明显提高混凝土结构的耐久性，因此水闸施工可采用高性能混凝土。

2.保证足够的钢筋保护层厚度

钢筋保护层厚度对结构的使用年限起主要影响作用，较大的钢筋保护层厚度可以显著提高水闸混凝土结构的安全性。通过我省一些运行几十年的大中型水闸进行安全检测，发现水闸钢筋保护层厚度均存在重要问题，即部分结构钢筋保护层厚度普遍较小，不满足规范要求。水闸的混凝土结构依据混凝土方量与断面尺寸等，可分为大体积混凝土结构与小体积混凝土结构，其中闸底板、闸墩与翼墙属于大体积结构，而梁、柱、闸门等属于小体积混凝土结构。从施工方面考虑，大体积混凝土结构在钢筋绑扎定位方面较容易控制保护层厚度满足规范要求，而小体积混凝土结构如果在钢筋绑扎定位方面控制不严格，则很容易造成底面或侧面钢筋保护层厚度偏小，因此相对难以控制保护层厚度满足规范要求。很多水闸混凝土结构检测结果也表明梁柱构件保护层厚度很小，远不满足规范要求，较小的钢筋保护层厚度造成混凝土结构安全运行年限明显降低。因此要以此为警示，对于新建水闸，在施工过程中，必须严格控制施工质量，保证水闸各个部位的钢筋保护层厚度符合规范要求。

3.混凝土表面涂层保护

采用一些防护材料涂盖在混凝土结构表面上，能有效阻止空气中的二氧化碳、水、盐及酸性介质向混凝土中渗透和扩散，延缓混凝土碳化和防止钢筋的进一步腐蚀，亦可以提高水闸混凝土结构的安全性。混凝土表面涂层可用无机材料与有机材料，无机材料覆盖层有水泥砂浆、石膏等；有机防腐涂料有环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸树脂及氯化橡胶等，它们都有优良的防腐性能，切密封性与稳定性能好，使用周期长，施工方便。

四、结语

我省内的大中型水闸数量众多，而水闸混凝土结构方面问题一般在长期运行之后逐步显现，给水闸正常运行带来隐患。笔者认为如果在水闸建设初期能采取一些相应的措施，如提高水闸混凝土施工工艺、保证足够的钢筋保护层厚度、混凝土表面涂层保护等，则可以有效改善水闸混凝土结构的安全并延长水闸正常运行年限。