农田水利工程建筑物的安全评价

纪军锋， 娄卫国

(山东省东明县水务局，山东 菏泽 274500)

0 引 言

水工建筑物是农田水利工程中不可缺少的组成部分，有利于保障水利功能的正常发挥。但就当前的农田水利工程而言，由于传统施工技术不强、外部环境变化复杂等，很容易导致建筑物的混凝土出现裂缝，影响水利工程的运行安全性。因此相关人员必须要深入研究农田水利工程建筑物出现安全问题的原因，并采取有效处理手段，进而实现水利工程的可持续发展。

1 影响农田水利工程建筑物安全性的主要因素

1.1 建筑物裂缝问题

影响农田水利工程建筑物安全的主要问题是裂缝。一般情况下，裂缝是因为混凝土自身出现变化而导致的。由于混凝土的原料包括水泥、粗骨料、砂石等，根据材料的特性，混凝土其实是一种具有较强脆性的物质。经过长时间的风化影响后，混凝土会出现明显的硬性结块，致使稳定性大幅下降。虽然混凝土具有较强的承压力，能够针对不良环境起到良好的抵御作用，但其也会因水分蒸发而出现微小孔隙，当有杂质渗入后，就会出现微裂缝，致使建筑物安全性受到严重影响[1]。

1.2 冻胀破坏问题

冻胀破坏也是农田水利工程建筑物常见的安全性问题，相比于裂缝病害，该问题的危害性更大、维护维修难度更高。其主要是受材料以及温度等因素的影响，比如混凝土材料质量较差，就会导致建筑物的安全性能有所下降。同时在水利工程水位出现季节性变化时，则会导致混凝土出现严重的冻融情况。所以在施工建设过程中，需要加强对冻胀破坏的预防以及治理，切实保障建筑物的安全性。

2 影响田水利工程建筑物安全性的主要原因

2.1 裂缝产生的主要原因

农田水利工程建筑物出现裂缝的原因，与水工混凝土材料质量、温度变化以及工程技术等存在密切关系。比如在施工环节中，混凝土中的水分较多，则会在表面形成大量的细小孔隙、裂痕等，一旦出现气温下降，则会造成混凝土的内部分子运动性不强，从而出现冻裂等情况，限制内部结构的发展。同时也会导致混凝土表面构造出现不规则的问题。另外，在建筑物某一局部区域，由于结构约束而产生大量的水化热作用，可能会促使混凝土发生沉降，在干缩、应激力反应缓慢的情况下，微观裂缝将会得到进一步扩大，并向两侧延伸，造成建筑物的裂缝面积增大[2]。

2.2 冻胀破坏产生主要原因

(1) 水泥品种、矿物成分、骨料等，都会对混凝土的性能产生较大的影响，其是促使建筑物产生冻胀破坏的重要因素。

(2) 在建筑物混凝土施工过程中，往往会添加一定量的外加剂，如引气剂、减水剂等，可能会对混凝土的内部结构产生影响。如果内部孔隙结构较好，则可起到防止冻胀的功能，而当其内部缺少合理孔隙结构，则会增大冻胀应力，受外部环境的干扰而出现性能下降的情况。

(3) 施工环节中的混凝土配合比不合理、施工操作不合规、硬化条件不符合标准，则是导致混凝土耐久性和抗冻性不足的主要原因。同时制备混凝土时单位用水量过多，也会诱发冻胀等安全问题。

3 提高农田水利工程建筑物安全性的主要措施

3.1 裂缝产生预防措施

3.1.1 结构夯实法

为有效解决农田水利工程建筑物安全性问题，可采用结构夯实法预防裂缝的产生。在实践操作中，首先施工人员需要严格按照施工图纸考察实际情况，明确容易出现裂缝病害的重点部位，再采取相应的加固措施。比如精准确定建筑物软土区域两端的边界位置，分别设置坚硬模板以起到固定效果，并在两板中间布置柱桩，通过土壤填埋的方式增加强度。另外为提高软土地基的稳定性，避免发生沉降，可采用薄膜覆盖松软土，达到良好保护的目的。除此，在搭建模板环节，应当严格控制冻土的问题，在其内部采用适当保温措施，防范出现裂缝问题。

3.1.2 预制混凝土比例

合理控制混凝土的预制质量，有助于提高建筑物的整体安全性。因此，施工人员先要结合设计要求，明确混凝土的整体化设计，确保混凝土内部的出水量可得到良好控制。在规划阶段应当以混凝土质量控制为导向，重点做好抗裂预防工作。比如可在低温试验环境下，反复测量混凝土的强度和韧性，调节配合比，促使伸缩值得到加强。同时在施工阶段，相关人员需要合理利用计量单位，保证混凝土配制的合理性，避免超出标准参数范围[3]。

3.1.3 采用科学裂缝修补方法

对水工建筑物已经出现的裂缝，需采取科学修补方法。比如应用开槽法进行修补，即是在水泥以及砂石中掺入1/3的环氧树脂橡胶。施工人员按照合理的顺序开展搅拌，并确保搅拌均匀后加入适量的细沙，从而进一步扩大混凝土的预制空间。然后加入丙酮，保证砂浆的密实度达到最佳效果。另外将事先调配好的环氧树脂橡胶加入到混凝土槽中，在通风口进行30 min的晾晒。完成混凝土预制后，采用毛毡将混凝土外层覆盖包住，避免混凝土出现裂缝。针对建筑物出现的微小裂缝，也可采用表面覆盖法进行修补，该技术的实施过程即是由相关操作人员在裂缝部分涂抹一层聚合性薄膜，然后对混凝土的外部结构进行打磨。再使用钢丝刷子将聚合物水泥膏平铺在裂缝表面，经过晾晒后进行清理，保证表面具有良好的平整度。最后在混凝土表面打造气孔，使用环氧树脂进行填补，从而实现材料修复效果。

此外，还可采用低压注浆法进行裂缝修补。其一般是针对深度为0.4～0.6 mm的缝隙进行修补，在温度和内部气压得到有效控制的前提下，实施浆灌注操作。具有施工程序如下：

(1) 采用白胶带粘贴在出现裂缝的部位，并沿着缝隙边缘使用窄毛刷进行反复涂抹，避免裂缝出现延长。

(2) 封闭裂缝的空隙，揭除四周白胶带，经过510 min晾晒后，可对裂缝进行填补，灌注0.5 mm的砂浆即可。

(3) 开展注浆作业时，应在高温时段进行，保证浆液的填充速度得到提升。并利用适当的缝补器将浆液注入到裂缝口中，在两端采用焊钉实施加固[4]。

3.2 冻胀破坏预防措施

3.2.1 预防措施

对于农田水利工程建筑物冻胀破坏的预防措施，可从三个方面入手。首先，在混凝土施工环节，按照现场实际情况，尽量选择含有不同矿物成分、不同性能的水泥、骨料以及外加剂等，从而提高材料性能，确保混凝土具有较好的耐久性。其次，应当严格管控混凝土的配合比，即按照结构类型、环境条件等，开展试验试配，确定最终的关键参数；同时注重降低混凝土的水灰比，即限制单位用水量，避免含水量过多而导致冻胀破坏。最后，施工人员需要对建筑物混凝土构件周边环境条件进行优化，尽可能地改善混凝土的冻胀条件，提高建筑物的安全性[5]。

3.2.2 治理措施

如果现有水工建筑物出现冻胀情况，应当采取有效的治理措施。比如针对轻微的表层破坏，可实施水泥砂浆修补。对于高速水流区混凝土表面出现损坏，可实施预缩砂浆修补方法，做法是将拌和好的砂浆归堆放置30～90 min后，形成干硬性砂浆再进行填补。如果建筑局部区域出现比较严重的冻胀破坏，可开展喷浆修补。在操作中利用高压喷射设备将混凝土注入到裂缝位置，其密度以及抗渗性能相比于一般混凝土效果要好。另外，环氧材料修补是近年来一种常用的水工建筑物修补方法。通过利用环氧基液、环氧砂浆、环氧混凝土等，提高修补部位的强度以及抗渗能力。但由于该方法目前实施成本较高、工艺较为复杂。因此应当结合其他上述方法进行治理。按照农田水利工程建筑物所处环境、位置以及发生冻胀破坏的程度，选择适当的修补治理技术，尽可能提高建筑物安全性能。

3.2.3 渠系建筑物冻胀破坏应对措施

农田水利工程中的渠系建筑物发生冻胀破坏，则是由寒冷季节的持续负温、土壤中存在自由水和毛细水、土壤自身物理性质等因素引起的。因此，为有效应对渠系建筑物的冻胀破坏，应当切断冻土地基在冻结前后的水分补给。在实际操作过程中主要是采用高填或者排水等设施，以减少水分的补给。同时要重视毛细水的作用，当其上升到地下水面上2～3 m平面时，对渠系建筑物也会造成一定的冻胀破坏[6]。不过由于细颗粒土体的特性，无法实现完全切断水分补给，因此需要合理改善地基土的结构。比如对地基土实施换填，采用大颗粒土体替换细颗粒土体。在施工中应保障换填深度超过冻土深度，在实践操作中适用于冻土深度较小的区域。

4 结束语

综上所述，农田水利工程在当前社会发展进程中，可发挥良好的基础服务作用。为保障其功能的正常、高效发挥，必须要保障水工建筑物的安全性，从而有序开展各项水利服务活动。当前水利工程建筑物主要存在的安全问题是裂缝和冻胀破坏，相关人员需要深入分析其产生原因和影响因素，采取有效的预防和治理措施，从而最大限度地提高农田水利工程运行质量。