建筑物老化病害的现状及应对措施

（一）建筑物老化病害的定义

水工建筑物或水利工程在设计合理、质量合格的情况下，应能满足安全、适用、耐久等功能的要求，即具有规范确定的“工程可靠性”。随着使用年限的增长，建筑物老化病害现象的出现与其功能逐渐降低是并存的。水利工程可靠性包括结构可靠性、地基可靠性、过流抗冲可靠性、抗渗可靠性等内容，均与建筑物的老化病害密切相关。

“结构可靠性”作为工程术语其含义是明确的。其定义是：可靠性是结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力。它包括结构的安全性、适用性和耐久性。当以概率度量时，称为“结构可靠度”。

上述定义中，规定时间一般指建筑物的设计基准期（设计寿命期）；规定条件系指正常的施工、使用和维修养护条件；安全性是指结构在正常施工和正常使用条件下，承受可能出现的各种作用的能力，以及在偶然事件发生后，仍保持必要的整体稳定性的能力；适用性是结构在正常使用条件下，满足预定使用要求的能力；耐久性则为结构在正常维护条件下，随时间变化仍能满足预定功能要求的能力。目前国内所开展的结构可靠度分析研究工作是以结构安全性为主，对结构的适用性与耐久性的研究工作也取得新进展。

1.水工建筑物老化的定义

如上所述，水工建筑物的老化现象导致其可靠性降低，但与可靠性相比，“工程老化”在学术上还没有形成一个公认的定义。根据对老化影响因素及表现形式的理解不同，可归纳为几类不同的提法。

（1）狭义地将老化作为高分子化合物材料的特有现象。如《辞海》解释为：老化是高分子化合物的性能逐渐变坏的过程，橡胶、塑料、纺织材料等长时间受周围环境条件，如光、热、空气的作用，化学结构遭受破坏，物理、机械性能下降。

（2）认为水工建筑物的老化主要是工程材料的老化，自然及人为因素均有影响。如有人定义为：老化是随着时间的推移和外界各种因素（包括人为和自然的因素）对建筑物的作用，发生几何形状和性能变化的一个由量变到质变的过程。通常说水工建筑物的老化表现在外观损坏、断裂、碳化、钢筋锈蚀、渗漏等方面，直到功能丧失。

（3）将老化作为耐久性概念的反义词，老化原因不包括人为和灾害性因素。日本耐久性委员会提出：老化是指由于物理、化学、生物等各种原因造成的建筑物性能的降低，但不包括地震、火灾等灾害原因。

（4）认为建筑物或工程老化不同于材料老化，对影响老化的因素，有的提法比较笼统，有的则明确认为不包括人为因素。

1）前苏联管理教材的提法为：建筑物或构件要求的运行质量的损失称为老化或损耗。它包括两个方面：物理老化——建筑物丧失原有的物理、技术性能（强度、稳定、水流消能保证率、抗渗性、抗冻性等）；无形老化——技术上不适应现代化要求及科技进步要求。但在水利工程中主要指物理老化，即有形老化。

2）有的明确提出工程老化与材料老化有区别，将工程老化定义为：水利工程或水工建筑物在外界各种因素作用下，随着时间的推移，逐渐降低甚至丧失其工作性能的现象。

3）也有的认为，由于将人为破坏造成的功能丧失称损坏，即老化影响因素不包括人为破坏。故将老化定义为：工程老化是建筑物、设备随着使用年限的延长，由于物质磨损和自然侵蚀导致的功能丧失过程。

分析对比以上各种提法，可得出以下几点认识。

1）目前水利工程所讨论的老化，主要指“物理老化”，不包括由于设备及技术上的落后造成的“无形老化”。

2）工程老化是指建筑物或设备功能衰减直至丧失的一种现象，而建筑物的功能包括安全性、适用性及耐久性三个主要方面。因此，除涉及材料性能及耐久性外，还应根据建筑物的用途不同考虑建筑物整体或构件以及地基的稳定性、抗渗性、过流能力、消能保证率等。由此可见，材料老化仅为建筑物老化的一个主要组成部分，不应将二者等同起来。

3）对既有建筑物，其老化影响因素主要指正常运行条件下的各种外界因素，即建筑物设计、校核情况下的各种荷载和作用，不包括超标准的特大洪水、地震等灾害性因素，也不包括人为破坏。

根据上述认识，一般认为水工建筑物的老化可定义为：水工建筑物随着使用年限的增加，在外界因素（不包括人为破坏和超标准的荷载）作用下，其预定功能即其工程可靠性逐渐降低直至失效的现象。(www.xing528.com)

2.水工建筑物老化病害的定义

老化及病害或“老化病害”泛指既有建筑物在使用期内，受各种自然因素和人为因素的作用，导致其预定功能降低的现象。

通常认为，建筑物的老化是病害产生的原因之一，其他由于人为因素及超标准灾害性作用等均是建筑物产生的病害的原因。实际工程中有些异常现象的原因较复杂，表现形式多样，很难严格区分哪些是老化引起的，哪些是非老化原因产生的。而且，由于历史原因，我国的灌区工程大多属于“三边”工程，缺乏合理的规划，建筑物设计标准低，施工质量差，管理水平不高，维修养护不够。就是所说的“先天不足，后天失调，未老先衰”。所以，用“老化病害”这一术语表达，虽较笼统，但能反映灌区建筑物实际情况，并已被社会广泛使用。

（二）渠首建筑物的老化病害现状

灌区水工建筑物主要包括渠首建筑物和渠系建筑物。由于缺乏近几年的调查统计资料，这里仅以1992年“全国大型灌区工程老化损坏调查、评估及对策研究”的有关数据，就足以说明我国灌区建筑物的老化病害的现状。

渠首工程是灌区的龙头工程，在灌区工程中处于头等重要的地位。我国渠首工程的型式多种多样，其组成主要包括壅水建筑物、泄水建筑物和取水建筑物等。壅、泄水建筑物主要有壅水坝、拦河闸和冲沙闸，引水建筑物主要有进水闸、隧洞和涵管，少数渠首工程中还有一些专门建筑物，如水电站等，也称为其他建筑物。

根据1992年对全国136处有效灌溉面积大于30万亩的大型灌区中373座渠首建筑物的调查，老化病害十分严重。具体情况见表1-2。

表1-2　渠首建筑物老化病害情况统计表

这些建筑物老化病害的主要症状有基础沉陷、坝体混凝土冲蚀与剥蚀、闸坝下游冲刷、结构（坝体、闸墩和底板）裂缝等。如陕西省的泾惠渠、洛惠渠、宝鸡峡、石头河、石门等渠首的拦河坝已被冲成沟槽、坑窝麻面等。洛惠渠大坝已有27 条横向裂缝。河北省滏阳河灌区几座大闸均已运行多年，闸墩开裂、砌石严重风化、底板冲蚀严重，曾多次遭受洪水冲坏，因资金短缺而仅做了简易修复，已完全没有抵抗洪水的能力。又如辽宁省的灯塔灌区，拦河坝曾三次被冲毁，直接影响防洪安全。山西省6处大型灌区中，普遍存在消力池消能不充分，海漫太短，造成下游基础淘刷，建筑物下沉，结构裂缝，严重影响闸坝的结构安全与整体稳定性。

（三）渠系建筑物的老化病害现状

渠系建筑物主要有水闸、渡槽、倒虹吸管、隧洞、涵洞、跌水与陡坡、公路桥及农桥等。

根据1992年对全国136处大型灌区干支渠上的主要渠系建筑物（流量大于1m3/s或控制灌溉面积大于1 万亩）225570 座进行的调查统计，其老化病害情况见表1-3。

表1-3　渠系建筑物老化病害情况统计表

在这8 种主要的渠系建筑物中，老化病害最为严重的是水闸，在其老化病害的症状中，尤以闸墩和闸门的病害最为严重，占老化病害水闸的44.68%。其次是农桥，在其老化病害的症状中，主要部位是基础，占老化病害农桥的41.8% ，传力结构占24.4% ，桥面板占24.4%。渡槽工程在山丘区灌区中的数量很大，由于历史的原因，相当一部分为钢丝网或钢筋混凝土薄壳槽身，也有一定数量的装配式微弯板槽身，由于保护层很薄，混凝土碳化至钢丝网或钢筋，造成钢丝网或钢筋锈蚀，混凝土保护层剥落，杆件断裂，漏水严重，绝大部分钢丝网渡槽已报废或接近报废。另外，由于当时钢材缺乏，甚至有的小型渡槽中用竹子代替钢筋（称为竹筋渡槽），这些渡槽早已垮塌。

渠系建筑物是灌区中的骨干工程，尤其是水闸、渡槽、倒虹吸管等，在灌区中常常是渠系的咽喉和控制设施，其老化病害对灌区的威胁最大。有70%～80%的渡槽进出口沉陷严重，如湖北省徐家河灌区的方家湾渡槽，进口段沉陷达78cm，致使相邻槽底形成78cm的坎，严重影响过流能力，且引起边跨基础的下沉，使纵梁呈悬臂而断裂。许多渡槽填方段的排架，在土体侧推力的作用下，排架柱断裂。农桥虽不是输、配水建筑物，但由于其量大，设计标准低，老化病害严重，已给灌区人民生产和生活带来很大的困难和不便。北方灌区的大部分建筑物都存在不同程度的冻害。隧洞大多无衬砌或局部衬砌，不少有穿顶、冲蚀和衬砌断裂等现象，甚至无法进洞检查。不少涵洞是红砖砌成，已严重剥落或垮塌。

总之，我国修建灌区水工建筑物已有几千年的历史，历史悠久而又最有代表性的是都江堰工程，其近乎完美的程度使掌握了现代水力科技的水利工作者仍感到无可挑剔，是受到世界水利工作者来华考察最多的水利工程。但是，和其他工程建设的情况一样，灌区水工建筑物的建设同样也有这样和那样的问题和失败。在大量的灌区建筑物中，容光焕发体格健壮，饱经风霜却老当益壮者虽然不少，但是更有一些先天不足的带有残疾，缺医少药的病体缠身，未老先衰，超负荷运行而苦苦挣扎者却也不在少数，也有一些貌似强壮却病入膏肓者，亭亭玉立却弱不禁风者，命运不济的半路夭折者。尽管近几年国家和地方给予了相当大的投入，但也仅有部分灌区的部分建筑物得以改建或加固，大多数老化病害工程仍在带病运行，超负荷运行，严重制约着工程效益的发挥。灌区建筑物老化病害的严重程度，超出了一般人们的想像，已成为严重制约农业及相关产业迅速发展的重要条件，因此采取必要的工程及管理措施已迫在眉睫。