时间：2023-05-30 10:37:16
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇水工钢筋混凝土结构，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：钢筋混凝土结构；裂缝宽度；计算
Abstract: this article from the reinforced concrete crack width, the calculation with the basic theory, based on the concrete structure design rules "(GBS0010-2002) and the water supply and drainage engineering structures structure design rules" (GB50069-2002) concrete crack width in the comparison of the calculation method, this paper explains the above standard in the place of the similarities and differences of crack width, and combined with engineering example, the results calculated the analysis and comparison, water and wastewater engineering to explore the reinforced concrete structure crack width, the calculation model.
Keywords: reinforced concrete structure;crack width; calculation
中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：
给水排水工程中的各种构筑物，使用时主要处于盛水或潮湿的环境下，因此在结构设计过程中防渗、防漏和耐久性是必须考虑的重要因素。为了确保结构具备良好的防渗、防漏性能，满足设计要求的耐久性，《给水排水工程构筑物结构设计规范》对在正常使用极限状态下钢筋混凝土构筑物构件的最大裂缝宽度限值做了严格的规定。最大裂缝宽度的计算就成为给水排水构筑物结构设计中十分重要的一个内容。随着新修订的《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002)和《给水排水工程构筑物结构设计规范》(GB50069—2002)的颁布实施，两规范均对钢筋混凝土构件最大裂缝宽度计算模式进行了修订，本文将从钢筋混凝土裂缝宽度计算基本理论人手，对两种规范裂缝宽度验算模式进行比较，并结合具体的工程算例对计算结果进行比较分析，来探讨给水排水工程中钢筋混凝土结构裂缝宽度计算模式。
1裂缝宽度计算理论
1．1裂缝开展机制
由于混凝土抗拉强度很低，受拉性能较差，所以在荷载作用下极易开裂。由于受弯构件下部受拉钢筋与周围混凝土的受力情况类同轴心受拉构件，现以轴心受拉构件为例来研究裂缝开展机制。
最初混凝土受拉后，裂缝的形成是随机的。构件受力后，混凝土中拉应力超过几处薄弱截面混凝土的抗拉强度后就开裂，于是在裂缝处混凝土和钢筋之间产生滑移，混凝土应力为零，全部外力均由钢筋承受。在裂缝之间的混凝土仍能承受拉应力。这些拉应力是通过混凝土的黏结力从裂缝截面处的钢筋传递过去的。裂缝间的黏结应力分布情况及其大小就决定了裂缝之间钢筋和混凝土拉应力的分布。当外荷载继续增大时，在初始裂缝之间还可能形成新的裂缝，但裂缝间距只能缩短到一定限度为止。
1．2平均裂缝宽度计算
裂缝宽度是裂缝出现后，在两条裂缝之间受拉钢筋与相同水平处受拉混凝土伸长值的差值。因此，平均裂缝宽度即为该裂缝间钢筋平均伸长值与混凝土平均伸长值的差值，即
（1）
式中——平均裂缝宽度；
——纵向受拉钢筋截面重心水平处钢筋平均应变，；
——裂缝处钢筋的应变；
——裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数；
纵向受拉钢筋截面重心水平处混凝土平均应变；
——裂缝处受拉钢筋的应力；
——钢筋的弹性模量；
——混凝土自身伸长对裂缝宽度的影响系数，。
短期荷载作用下的最大裂缝宽度可由平均裂缝宽度乘以扩大系数求得，即
（2）
当考虑长期影响时，可再乘以长期影响扩大系数，即
（3）
1．3平均裂缝间距计算
假定两条初始裂缝位于截面A及C处，间距为，沿AB长度如能通过黏结力从钢筋中传递足够拉力到混凝土，使B处混凝土拉应力超过抗拉强度，则新裂缝在B处形成。可用下式表示
(4)
——有效受拉混凝土截面面积；
——混凝土开裂强度实测值；
——最小裂缝间距；
S——受拉钢筋横截面总周长；
——平均黏结应力。
从式(4)可知，当≥时，在B处会形成新裂缝，反之在B处不会形成新裂缝，说明裂缝间距在及之间变动，平均间距约为。
如果钢筋直径相同，，式中As是钢筋面积，d是钢筋直径，再用按混凝土受拉有效面积计算的配筋率代入（4），可得
（5）
试验表明，混凝土黏结强度大致与混凝土抗拉强度成正比。因此可取宁为常数，于是可得
(6)
式中是——经验系数。
在推导式(6)时，假定在即将出现裂缝的截面处，受拉区混凝土的拉应力是均匀的，然而实际的拉应力分布并不均匀。由于混凝土和钢筋的握裹，钢筋对受拉张紧的混凝土的回缩起着约束作用，离钢筋越远约束作用越小。因此，随着保护层厚度的增大，外表混凝土较靠近钢筋内芯混凝土所受的约束作用将越小。当出现第一条裂缝后，只有离开该裂缝较远处的外表混凝土拉应力才能增大到混凝土的抗拉强度，这时才可能出现第二条裂缝，亦即裂缝的间距和混凝土保护层的厚度有关。因此，在确定平均裂缝宽度时，必须考虑保护层厚度的影响。如果再计及钢筋表面特征因素u后，式(6)可变为
（7）
式中c——混凝土净保护层厚度；
k2——经验系数；
——与纵向钢筋表面特征有关的系数。
2两种规范裂缝宽度计算公式的比较
2.1《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002)的算法
钢筋混凝土受拉、受压、受弯构件，按荷载效应的标准组合并考虑长期作用影响的最大裂缝宽度按下式计算：
（8）
（9）
（10）
2．2《给水排水工程构筑物结构设计规范》(GB50069—2002)的算法
受弯、大偏心受拉或受压构件的最大裂缝宽度，按下式计算：
（11）
（12）
【关键词】卓越工程师 水工钢筋混凝土结构课程 教学改革
【中图分类号】 G 【文献标识码】 A
【文章编号】0450-9889（2015）06C-0071-03
教育部“卓越工程师教育培养计划”（以下简称“卓越计划”）是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010-2020年）》的重大改革项目，也是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措，是高等工程教育改革的里程碑。其宗旨是要培养、造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的、高质量的各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务。通过实施“卓越计划”，主要强化培养学生的工程意识、工程素质和工程创新理念，提升学生的工程实践能力、创新能力，培养一大批卓越的后备工程师。
广西大学的水利水电工程专业是国家特色专业，经80多年建设，已形成了“本―硕―博”的人才培养体系，在以宽口径、厚基础为培养目标以及“面向广西与东盟的水利水电工程专业人才培养模式创新试验区”的专业改革中，不仅积累了丰富的教学改革经验，与时俱进提升了教学质量，而且逐渐形成了显著的办学特色。为适应“卓越计划”新举措下的人才培养模式，以及继续强化专业基础、拓宽专业口径的培养目标的需要，对水利水电工程专业课程教学进行相应改革势在必行。本文在分析传统的水工钢筋混凝土结构课程教学存在不足的基础上，基于强化学生工程能力和创新能力培养的目的，分别从该课程的教学内容组织、教学方式应用两个方面对水工钢筋混凝土结构课程的教学改革进行探索。
一、传统课程教学存在的不足
水工钢筋混凝土结构属于专业基础课，由三部分的内容构成：一是理论性较强的“基本构件”部分，二是实践性极强的“结构设计部分”，三是水工钢筋混凝土结构设计计算中的若干特殊问题。因此，该课程是水利水电工程专业的最重要的专业基础课之一，是综合理论与试验来指导工程实践的课程，广泛应用于水工结构、港工结构以及房屋建筑结构的工程领域中，具有很强的理论性和实践性。课程的教学效果将直接关系到学生工程素质、工程技能和创新能力的培养水平，课程是“卓越计划”培养模式下的核心课程。
水工钢筋混凝土结构课程传统的教学方式注重传授系统的理论知识，有助于学生在短期内形成混凝土结构的知识架构与体系等，但由于传统的教学方式通常是以教师为主体，学生是被动地接受知识，甚至不乏“满堂灌”的情形，已不符合“卓越计划”的人才培养理念及要求。归纳起来，不足主要有：
第一，不利于充分挖掘或培育学生的创新能力。在培养目标上，重视传授知识，但对发展分析问题和解决问题能力的力度不足，且一般均设置统一的人才培养标杆，按单一模式培养学生，培养理念相对保守、封闭，不利于创新思维和创新能力的培养，已不能满足学生发展的需要和“卓越计划”的培养目标的要求。
第二，教学内容与工程实际的联系不够紧密。传统教学在教学内容组织上，教材基本上是学生唯一的学习内容，是学生知识的主要来源，如果教材结合工程实际或引进案例的程度不足，将会对“卓越计划”下的人才培养目标和要求产生不利影响。同时，水工钢筋混凝土结构是一门理论性和实践性较强的课程，教学内容纷繁复杂，跨度广、难度高，同时还涉及许多结构规范或规程，在“卓越计划”人才培养模式下，紧密与工程实际的联系力度、优化教学内容的组织势在必行。
第三，不能充分发挥学生的自主学习能力。在教学方法上，传统教学以“传递―接受”为渠道，强调的是教师怎样去“教”，不重视学生如何去“学”，往往以单一化的课堂教学为中心，课堂外教学不足，学生对知识的掌握主要以死记硬背为主，不利于学生探究基本原理的能力及灵活掌控公式运用能力的培养，不利于发挥学生的自主学习能力，调动学生学习的积极性。
二、教学改革探索
（一）课程教学内容的改革。水工钢筋混凝土结构含主讲教学学时70学时，课程设计1.5周，相对于教学内容，学时相对偏少。在对课程教学内容进行优化组织时，需综合“卓越计划”的要求以及该实际课时条件进行教学内容的调整改革。
1.强化基本原理内容，优化与相关课程知识的联系。构成水工钢筋混凝土结构课程的三部分内容中，基本构件部分包括钢筋混凝土结构材料性能、设计计算原理，以及拉、压、弯、剪、扭五大类基本构件和复合受力构件的受力机理、破坏形态、承载力计算和构造要求等内容，是本课程的基础内容，是学生学习后续的结构设计内容的基础和前提，也是夯实基础、拓宽专业口径的主要切入点之一，具有经验性和理论性强的特点。学生只有理解和把握了该内容的基本概念和基本原理，才能从源头上掌握钢筋混凝土结构的基本理论体系，从而为今后的工程灵活应用及工程创新打下坚实基础。因此，对课程教学内容的组织和优化，应确立基本概念和基本原理的核心地位，根据该部分知识的特点建立其理论主干线，并围绕主干线有序、有条理组织知识点，达到强化基本原理的目的。
同时，这些内容与概率统计理论、建筑材料、理论力学和材料力学等课程联系十分紧密，是以这些课程的知识为基础的。例如，设计计算原理讲授的极限状态设计法，其基于可靠度的设计表达式、荷载和材料强度的取值等，均以概率统计理论为基础；钢筋混凝土结构的钢筋（或型钢）、混凝土的力学性能与建筑材料课程的知识联系紧密；基本构件的受力分析、计算简图和平衡方程的建立则是理论力学、材料力学的基本原理的具体应用。因此，在本课程的教学计划中，在强化基本构件理论内容的同时，还需注重并合理组织与其他相关课程知识点的联系，并结合教学方法上的配套改革，综合实施教学内容的优化。
当然，由于教学学时的限制，在引进相关课程知识点的教学内容的组织上，必须注重引进或联系的方式。行之有效的方式，如将联系的知识点合理穿插于本课程的相关内容的教学中，即课堂插花方式，以及课前安排学生预习相关课程知识点、布置预习主题等，即课外延伸方式，这样不仅可以解决教学学时紧的问题，而且有利于发挥学生学习的积极性和主动性，提高学生的自主学习能力。
2.强化专业实践教学环节。为强化学生工程素质、工程技能和工程创新能力的培养，使学生能够在踏上工作岗位后很快进入角色，首先必须强化实践教学环节。作为富于实践性的专业基础课程，在水工钢筋混凝土结构教学内容中强化专业职业实践教学环节成为必然。这些专业职业实践教学环节，宜包括校内实践教学和校外企业工程实践环节两大部分。校内实践教学又可分为混凝土试验课教学环节、课程设计教学环节、钢筋混凝土结构主题的科学试验和研究环节，以及为满足各种职业资格考试（如注册建造师、注册土木工程师等考试）需要的、与该考试相关的钢筋混凝土结构知识的培训、混凝土结构专业设计软件实训等实践教学环节。校外企业工程实践环节主要有设计单位的工程设计实践环节、施工企业的工程施工实践环节、工程监控和检测的工程实践环节，等等。
（二）教学方式的改革。若改革和优化仅对教学内容进行，没有适当的教学组织形式、教学方法和技术配套跟进，将很难取得理想的教学成效和实现预期的培养目标。为达到强化基本原理和专业实践教学环节的教学内容的目的，以强化学生的工程能力和创新能力培养，采用讲授法与探究法有机结合、练习法与实验法有机结合、强化案例教学不失为可选和可行的教学方式。
1.讲授法与探究法有机结合，强化基本原理的教与学。水工钢筋混凝土结构课程内容繁杂，具有“六多”的特点，即概念多、原理多、公式多、参数多、条件多、构造多，且与多门课程的知识密切相关，内容综合性强，抽象难懂，初学者很难准确理解和把握，有必要先讲授，让学生对钢筋混凝土结构知识体系有所认识，然后再放手让学生探究学习。因此，在开始的前四章（包括钢筋混凝土结构材料性能、设计计算原理、受弯和受剪构件的承载力计算）的学习中，宜以讲授法为主，采用课堂讲授的方法给学生讲解基础性的基本概念和基本原理，使学生理解和掌握必备的钢筋混凝土结构基础知识，对钢筋混凝土结构的学习方法有所认识和感悟。讲授中，宜结合本课程的特点，以构件的“截面设计和截面承载力复核”为中心，以“试验研究―截面受力分析―破坏形态和破坏特征―基本假定―计算简图―公式推导―公式应用―总结”为主线，组织教学和展开讲解，并根据学生的实际情况、接受程度，采取启发式教学，突出重点和难点，因材施教。在第四章之后的内容的教学中，则可以采取讲授法和探究法相结合进行，并加大探究教学的比重。例如，对受压构件承载力计算的教学，有了受弯构件的知识基础，就可以分别以构件的破坏形态和破坏特征、受力分析和计算简图建立、界限破坏和界限受压区高度、承载力计算公式推导和公式应用为主题，放手让学生成为主体，观看轴心受压、偏心受压试件试验的视频，在老师的启发和引导下，主动地探索、分析、认识、构建和掌握上述主题的新知识，进而主动将原理和公式灵活应用于习题或工程实例的求解中，避免以继承为中心的教学模式的仅仅强调知识的记忆、模仿和反复练习带来的抑制学生的创新力的弊端，达到调动学生学习的主动性和积极性、培养和提高学生的动手能力和创新能力的目的。同时，学生通过主动学习构建的对知识的理解和掌握是自主的、本源性的，因此也是根深蒂固和融会贯通的，为今后的灵活工程应用和创新发展奠定了坚实基础，具有“可持续发展性”，达到了强化基本概念和原理的教与学的目的。
受限于教学学时，目前广西大学的水工钢筋混凝土结构课程仅开出了适筋梁的实验课，该实验从粘贴钢筋应变片―绑扎钢筋―浇筑混凝土―养护―刷白―划线―粘贴混凝土应变片―加载实验，全部由学生自主完成，而少筋梁和超筋梁的加载实验则是由老师主导完成。显然，实验的数量过少，不利于探究式教学的开展。采取的弥补措施有：一是组织学生现场观摩或参与研究生的构件实验。每年研究生都会进行大量的梁、柱、墙试件或结构体系的实验研究，实验室基本处在连续工作的状态中，这就给本科生的观摩学习提供了良机，部分同学甚至通过导师制培养机制直接参与到了实验研究中。另有部分同学通过各类本科生创新项目的申请立项，参与了实验研究创新实践。二是充分利用多媒体技术，组织学生观看结构实验的视频，并在观看后举行主题讨论活动，让学生探索构件的受力过程、截面的应力应变分布和破坏形态等。
2.强化解决工程实际问题的案例教学。在水工钢筋混凝土结构教学中，可强化的实践教学环节有校内、校外的多种实践教学环节。除了前面阐述的实验课教学环节、钢筋混凝土结构主题的科学实验环节之外，在该课程的课程设计和习题教学中，强化工程案例教学，也是强化实践教学、促进学生工程素养和工程能力提升的途径。通过案例教学并在其中强化对现行规范条文的学习和应用，有利于在理论知识和工程实际之间建立起联系的桥梁，促进实践教学与实际工作技能实现“无缝对接”。
案例教学的关键在于案例素材的组织。作为案例教学的核心，案例应具备工程背景性、典型性、启发性和实效性的特点，即案例应取材于实际工程，经精心筛选、比对后择优选用，具有代表性或一般性，能体现出同类构件或结构的工程特性，并可使案例教学取得实效。同时，应能提供从引入边界条件简化、建立内力计算简图的环节开始，逐步展开构件或结构的设计案例教学，启迪思路，并留给学生必要的多种设计方案的自主发挥空间。
《水工钢筋混凝土结构学》教材是高等学校水利类专业的经典教材，曾获原国家教委全国高校优秀教材奖和原水利电力部优秀教材一等奖。教材中，针对基本构件的截面设计和承载力复核编写的许多例题，均来源于实际工程，且问题的求解一般始于荷载分析和受力分析环节，十分有利于学生认识和了解工程实际状况，有利于将理论知识应用于求解工程实际问题的思路的构建，是实践教学与实际工作技能培养实现“无缝对接”的、很好的习题或案例素材组织形式。受教材启发，笔者选取了某水利枢纽工程的坝后式厂房坝段为工程实例，系统地将其坝顶人行道板、尾水平台板、厂房屋面板、吊车梁、屋面大梁集成为受弯、剪、扭构件案例，将厂房排架柱、启闭机排架柱、工作桥刚架柱等集成为偏心受压构件案例，应用于例题讲授和学生作业中，结果学生提出问题的现象增多了，课间讨论的现象增多了，激发了学生浓厚的学习和探究兴趣，也得到了学生的肯定。同时，为拓展学生的专业口径，在课程设计中，选取实际的工业厂房结构或较规则的低层建筑结构为题，促进学生对工业建筑和民用建筑结构的认识和了解，拓宽学生的专业视野。
总之，“卓越计划”下，水工钢筋混凝土结构教学内容的改革应以强化基本概念和基本原理、强化专业实践教学环节等为重点，并推行符合工程能力培养规律的教学方法，注重讲授法与探究法的有机结合、练习法与实验法的有机结合，强化案例教学环节。“卓越计划”培养模式下的水利水电工程教育教学改革是一项系统的工程，任重道远，课程的教学内容和教学方法的改革必须纳入到水利工程专业“卓越工程师”的总体培养方案和计划中，成为系统性的工程人才培养工程中结构得到优化的、起积极作用的“一根柱子”。
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【基金项目】2015年度广西高等教育本科教学改革工程立项项目（2015JGZ107）
【作者简介】蓝文武（1966- ），男，广西都安人，广西大学土木建筑工程学院副教授，硕士生导师，研究方向：混凝土结构、组合结构和工程抗震研究。
【关键词】钢筋混凝土结构；半电池电位法；钢筋锈蚀；评价标准；可靠性
一、钢筋锈蚀对结构的影响
水工混凝土中钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的一个重要问题，也是水工建筑物安全鉴定过程中经常遇到的问题。多年来，许多水利工程由于耐久性不良引起的工程损坏事例不断发生，由此带来的工程损失和处理费用也迅速增加，相应的经济损失已不可忽视。在水工建筑物安全鉴定过程中，常遇到大坝、水闸、渡槽、桥梁等钢筋混凝土结构因钢筋锈蚀引起的混凝土膨胀开裂，混凝土保护层脱落的现象很多，使得结构承载力下降，有些危及安全，必须引起高度重视。
钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构性能的影响主要体现在三方面。其一，钢筋锈蚀直接使钢筋截面减小，从而使钢筋的承载力下降，极限延伸率减少；其二，钢筋锈蚀产生的体积比锈蚀前的体积大得多（一般可达2～3倍），体积膨胀压力使钢筋混凝土产生拉应力，发生顺筋开裂，使结构耐久性降低；其三，钢筋锈蚀使钢筋与混凝土之间的粘结力下降。因此，钢筋锈蚀对结构的承载力和适用性都造成了严重影响，由此带来的维修与加固费用也是相当昂贵的。为此，结合水工建筑物安全检测实践，开展了水工混凝土中钢筋锈蚀检测技术及应用研究，目的是为水工建筑物的安全评价提供科学的依据。
二、检测原理及方法
1、检测原理
关于混凝土中钢筋锈蚀状态的无损检测，目前，国内外只能进行定性测量，常用的方法是半电池电位法。钢筋在混凝土中锈蚀是一种电化学过程。此时，在钢筋表面形成阳极区和阴极区。在这些具有不同电位的区域之间，混凝土的内部将产生电流。钢筋和混凝土的电学活性可以看作是半个弱电池组，钢的作用是一个电极，而混凝土是电解质，这就是半电池电位检测法的名称来由。
半电池电位法是利用“Cu＋CuSO4饱和溶液”形成的半电池与“钢筋＋混凝土”形成为半电池构成一个全电池系统。由于“Cu＋CuSO4饱和溶液”的电位值相对恒定，而混凝土中钢筋因锈蚀产生的化学反应将引起全电池的变化。因此，电位值可以评估钢筋锈蚀状态。
2、检测方法
检测前，首先配制Cu＋CuSO4饱和溶液。半电池电位法的原理要求混凝土成为电解质，因此必须对钢筋混凝土结构的表面进行预先润湿。采用20L饮用水加上100ml家用液体清洁剂充分混合构成的液体润湿海绵和混凝土结构表面。检测时，既要保持混凝土湿润，又要使砼结构表面不存有自由水。
将CANIN钢筋锈蚀测定仪的一端与混凝土表面接触，另一端与钢筋相连，当钢筋露出结构以外时，可以方便地直接连接。否则，需要首先利用钢筋定位仪的无损检测方法确定一根钢筋的位置，然后凿除钢筋保护层部分的混凝土，使钢筋外露，再进行连接。连接时要求打磨钢筋表面，除去锈斑。根据半电池电位法的测试原理，为了保证电路闭合以及钢筋的电阻足够小，测试前应该使用电压表检查测试区内任意两根钢筋之间的电阻小于1.
检测时，根据用钢筋定位仪测定的钢筋分布确定测线及测点，测点的间距为10～20cm.用CANIN钢筋锈蚀测定仪逐个读取每条测线上各测点的电位值，在至少观察5min时，电位读数保持稳定浮动不超过±0.02V时，即认为电位稳定，可以记录测点电位。
3评价标准
根据美国标准《混凝土中钢筋的半电池电位实验标准》（ANSI／ASMC76－80）和交通部公路研究院、中国建筑科学研究院等单位的研究成果以及大量的现场直观检查验证情况，混凝土中钢筋锈蚀状态判据如下：
（1）电位＞－150mV时，钢筋状态完好。
4应用实例
几年来，在水利工程结构安全无损检测中，应用CANIN钢筋锈蚀测定仪分别对新疆阜康市、和静县、布尔津县、多个溉渠系中的钢筋砼建筑物进行了无损检测。现将混凝土中钢筋锈蚀所处状态几种典型的检测结果分别介绍如下。
4.1处于完好状态的钢筋
阜康三宫河引水干渠渠首水闸边墩混凝土钢筋锈蚀电位测试，在检测结构表面抽检了25个测点，电位范围－28mV～－121mV，平均电位－69.5mV，钢筋处于完好状态。测试后对某一检测点进行了凿除对比检查，检查结果为钢筋状态完好，未锈蚀。
4.2处于局部锈蚀、全面锈蚀状态的钢筋
和静县莫乎查汗干渠渠首闸边墩下游混凝土钢筋锈蚀电位测试.在检测结构表面抽检了32个测点，电位范围－149mV～－255mV，平均电位－197mV，钢筋基本处于局部锈蚀状态，部分处于全部锈蚀状态。测试结果与现场实测的混凝土碳化深度、钢筋保护层厚度变化规律基本一致，即混凝土碳化深度越深，钢筋保护层厚度越薄，则混凝土钢筋锈蚀电位负值越大。
4.3处于全面锈蚀、严重锈蚀状态的钢筋
布尔津县干渠2号分水闸右闸墩混凝土钢筋锈蚀电位测试。在检测结构表面抽检了22个测点，电位范围－209mV～－338mV，平均电位－258.5mV，钢筋基本处于全面锈蚀状态，局部处于严重锈蚀状态。在钢筋处于严重锈蚀状态的地方混凝土表面疏松开裂，混凝土保护层很容易地剥落，打开混凝土保护层，里面钢筋锈蚀十分严重，钢筋锈蚀层较厚且容易剥落，经测量计算钢筋的有效截面积只为原始截面积的61%左右，已经存在结构安全隐患。
5问题商榷
半电池电位法在检测水工混凝土钢筋锈蚀状态已获得了广泛的应用，但要运用该方法很好地解决工程中的实际问题，还必须努力提高半电池电位法检测混凝土钢筋锈蚀状态的可靠性。结合工程安全检测实践作几点探讨。
关键词：水工钢筋混凝土；保护层；质量控制
中图分类号：TU375文献标识码：A
概述
水工钢筋混凝土结构它不但要承受一般外力的作用，还要受到一种特殊的力即水力的作用，要长期经受水冲击的考验，保护层的质量控制就尤为重要。
水工混凝土结构有受力和构造两种保护层厚度：一是受力主筋保护层厚度。如挡水墙的受力主筋外边缘至混凝土外缘之间的最小距离，即主筋外皮到结构构件外表面的尺寸。二是箍筋和构造筋的保护层厚度。如启闭机梁的箍筋外皮到结构构件表面的尺寸，以箍筋内净高尺寸控制。
2水工混凝土保护层的功能和作用
2.1 保证水工混凝土与钢筋两种材料有效结合，共同承担外部荷载
水工混凝土与钢筋的有效结合，是保证水工建筑物承担外部荷载的基础，当外部荷载作用于水工建筑物时，钢筋在水工钢筋混凝土承担弯矩，它的抗拉性和混凝土的抗压性一起保证水工建筑物功能。
水工混凝土和钢筋能够一起工作，是依靠混凝土与钢筋之间有足够的握裹力。握裹力主要由3种力构成。
（1）机械咬合力。它是钢筋表面与混凝土两种材料之间的咬合力。
（2）摩擦力。水工建筑物受力时，混凝土与钢筋之间产生的摩擦力。
（3）粘结力（粘着力）。它是混凝土与钢筋两种材料的粘结力，即两种材料能够很好的粘结在一起。
由机械咬合力、摩擦力、粘结力这3种力一起共同作用产生的握裹力，它决定着钢筋混凝土结构的性能和承载能力。
水工钢筋混凝土保护层，是保证混凝土和钢筋握裹力的必要条件，保护层过小，就不能充分发挥握裹力。保护层太大钢筋就不能发挥抗拉性能。
2.2加强钢筋外在质量控制，确保建筑物安全
水工钢筋混凝土中钢筋的质量对结构功能作用是非常重要的，和任何一种建筑材料一样，钢筋也存在着内在质量和外在质量。内在质量的控制首先要选定质量保证的厂家，其次对购买的钢筋取样检测，以保证钢筋的各种力学性能达到规范的要求。而钢筋的外在质量也是非常重要的，并且是容易被忽视的。
钢筋的外在质量存在的主要问题有：
（1）钢筋表面不干净，在运输、存放、安装过程中钢筋表面粘上的油渍、土尘及其他尘粒。
（2）钢筋表面存在咬痕、伤口等，使钢筋达不到应有的直径尺寸。
（3）钢筋折弯，是的一根钢筋圆心不在一条直线。
（4）钢筋锈蚀。
要解决钢筋表面质量存在的问题，就要从源头—运输—卸货—存放—加工—场内运输—安装绑扎—混凝土浇筑这几个环节控制。
首先，要加强源头钢筋外在的质量检查，在钢筋选购中往往重视钢筋厂家的资质及受力性能的取样检测，而忽视了源头钢筋外在质量的检查。要杜绝不合格的钢筋，就要派专人在经销商装货前，检查钢筋的表面质量，不合格的钢筋不得装货；其次，严禁野蛮卸货，在卸货过程中，保证钢筋不受损伤；第三，钢筋加工场要和其他加工场保持一定的距离；第四，钢筋加工场要进行场地硬化，场地要平整，保证钢筋不返潮，不被水浸泡；第五，从加工场在施工现场的运输，要使用专门的钢筋运输车进行运输，并加强对钢筋的保护；第六，在安装钢筋网过程中，一定要使仓内的工作面整洁，钢筋焊接要牢固、不咬边；第七，在浇筑混凝土过程中，要加强对钢筋网的保护。
3水工混凝土保护层主要质量问题
（1）钢筋在绑扎过程中，施工不规范使得混凝土保护层的厚度不合要求。
（2）钢筋网架立不牢固，容易变形和移位。
（3）混凝土垫块制作不规范，并且施工时随意摆放。
（4）质量检查工作不能落实到位。
4保护层质量问题的防止措施
（1）加强施工人员的质量培训。钢筋的加工和安装绑扎，并非全是有专业技能的技术工人，有相当一部分人是农民工，他们是放下农具，就拿起施工机具的特殊群体。在施工前，要专门对农民工进行技能培训，让他们知道干什么，怎么干，怎样才能干好。
（2）配备足够的质量检查员，质检员要从钢筋的安装绑扎到混凝土浇筑全过程检查，发现质量问题及时改正。
（3）钢筋安装前，做好测量工作，在绑扎钢筋网全过程，纵向和横向一定要挂工程线，保证外部尺寸符合设计要求。
（4）架立筋与钢筋网的连接、钢筋的绑扎、垫块的布设和固定一定要保证钢筋网的牢固性，不使钢筋网变形和移位，以保证保护层的厚度不变。
（5）砂浆垫块的尺寸要严格按照保护层的厚度进行制作，垫块制作前要预埋绑丝，将绑丝与钢筋网牢固地绑在一起，不是垫块脱落和移位。
（6）在混凝土浇筑全过程，钢筋组要派专人跟踪检查，发现问题及时解决。
【关键词】素混凝土；适筋混凝土；少筋混凝土；最小配筋率
中图分类号：TU71 文献标识码：A 文章编号：1006-0278（2013）08-186-01
一、概述
少筋混凝土结构是指配筋率低于普通钢筋混凝土结构的最小配筋率、介于素混凝土结构和钢筋混凝土结构之间的一种少量配筋的结构，简称少筋混凝土结构，也称为弱筋混凝土结构。这类结构在水利工程设计中是难于避免的，有时，它在某些水工混凝土工程结构中处于制约设计的重要地位。从逻辑概念讲，只要允许素混凝土结构的存在，必定会有少筋混凝土结构的应用范围，因为它毕竟是素混凝土和适筋混凝土结构之间的中介产物。
凡经常或周期性地受环境水作用的水工建筑物所用的混凝土称水工混凝土，水工混凝土多数为大体积混凝土，水工混凝土对强度要求则往往不是很高。在一般水工建筑物中，如闸墩、闸底板、水电站厂房的挡水墙、尾水管、船坞闸室等，在外力作用下，一方面要满足抗滑、抗倾覆的稳定性要求，结构应有足够的自重；另一方面，还应满足强度、抗渗、抗冻等要求，不允许出现裂缝，因此结构的尺寸比较大。若按钢筋混凝土结构设计，常需配置较多的钢筋而造成浪费，若按素混凝土结构设计，则又因计算所需截面较大，需使用大量的混凝土。
对于这类结构，如在混凝土中配置少量钢筋，在满足稳定性的要求下，考虑此少量钢筋对结构强度安全方面所起的作用，就能减少混凝土用量，从而达到经济和安全的要求。因此，在大体积的水工建筑物中，采用少筋混凝土结构，有其特殊意义。
二、规范对少筋混凝土结构的设计规定
对少筋混凝土结构的设计规定体现在最小配筋率规定上，这里将《水工混凝土结构设计规范》（SL/T191-96）（下文简称规范）有关最小配筋率的规定，摘录并阐述如下：
1.一般钢筋混凝土构件的纵向受力钢筋的配筋率不应小于规范表9.5.1规定的数值。温度、收缩等因素对结构产生的影响较大时，最小配筋率应适当增大。
2.大尺寸底板和墩墙的纵向钢筋最小配筋率。截面尺寸较大的底板和墩墙一类结构，其最小配筋率可由钢筋混凝土构件纵向受力钢筋基本最小配筋率所列的基本最小配筋率乘以截面极限内力值与截面极限承载力之比得出。例：
对墩墙（轴心受压或小偏心受压构件）的受压钢筋As’的最小配筋率可取为：p’min=p’Omin（规范9.5.2-1）
按上式计算最小配筋率时，由于截面实际配筋量未知，其截面实际的极限承载力Nu不能直接求出，需先假定一配筋量经283次试算得出。上列诸式中M、N――面弯矩设计值、轴力设计值；eθ――向力至截面重心的距离，eo=M/N；Mu、Nu――面实际能承受的极限受弯承载力、极限受压承载力；b、ho――截面宽度及有效高度；fy――筋受拉强度设计值；γd――筋混凝土结构的结构系数，按规范表4.2.1取值。采用本条计算方法，随尺寸增大时，用钢量仍保持在同一水平上。
3.特大截面的最小配筋用量。对于截面尺寸由抗倾、抗滑、抗浮或布置等条件确定的厚度大于5m的结构构件，规范规定：如经论证，其纵向受拉钢筋可不受最小配筋率的限制，钢筋截面面积按承载力计算确定，但每米宽度内的钢筋截面面积不得小于2500mm2。
规范对最小配筋率作了三个层次的规定，即对一般尺寸的梁、柱构件必须遵循规范表9.5.1的规定；对于截面厚度较大的板、墙类结构，则可按规范9.5.2计算最小配筋率；对于截面尺寸由抗倾、抗滑、抗浮或布置等条件确定的厚度大于5m的结构构件则可按规范9.5.3处理。设计时可根据具体情况分别对待。
经验算，按所建议的变化的最小配筋率配筋，其最大裂缝宽度基本上在容许范围内。对于处于恶劣环境的结构，为控制裂缝不过宽，宜将本规范表9.5.1所列受拉钢筋最小配筋率提高0.05%。大体积构件的受压钢筋按计算不需配筋时，则可仅配构造钢筋。
三、规范的应用举例
例1一水闸底板，板厚1.5m，采用C20级混凝土和II级钢筋，每米板宽承受弯矩设计值M=220kN/m（已包含γO、ф系数在内），试配置受拉钢筋As。
解：1.取lm板宽，按受弯构件承载力公式计算受拉钢筋截面面积As。
αs==0.012556 ζ=1-=1-=0.0126 As==591mm2
计算配筋率p===0.041%
2.如按一般梁、柱构件考虑，则必须满足p≥pmin条件，查规范表9.5.1，得pOmin=0.15%，
则As=pObhO=0.15%×1000×1450=2175mm2
3.现因底板为大尺寸厚板，可按规范9.5.2计算pmin，pmin=0.0779%：As=pminbh（M）.0779%×1000×1450=1130mm2；实际选配每米5φ18（As=1272mm2）
讨论：1.对大截面尺寸构件，采用规范9.5.2计算的可变的pmin比采用规范表9.5.1所列的固定的pomin可节省大量钢筋，本例为1：1130/2175=1：0.52。
2.若将此水闸底板的板厚h增大为2.5m，按规范9.5.2计算的pmin变为：
pmin==0.0461%则As=pminbh0=0.0461%×1000×2450=1130mm2
港口的大量建设有效的促进的社会经济的发展和进步，而且其也可以为人们提供非常方便的交通工具，所以，港口对于社会建设具有非常重要的作用。在进行港口工程施工建设的时候，其中的水工建筑物建设是非常关键的部分，因此，相关人员一定要针对水工建筑物的质量进行控制，确保水工建筑物在建设和施工的过程中不会出现任何质量问题。在对水工建筑物进行施工建设的时候，混凝土是主要施工材料，相关人员必须要确保混凝土的质量，保证其不会出现裂缝，进而提高港口水工建筑物的整体质量和使用性能。针对港口水工建筑物混凝土裂缝进行分级评估，并加以阐述。
关键词：
港口；水工建筑物；混凝土；裂缝；分级评估
在对港口水工建筑物进行日常检查的时候，一般都会对混凝土结构裂缝进行检测和分级评估，进而对其中的裂缝对整体水工建筑物的影响情况进行确定。因为混凝土中的产生裂缝的原因非常多，而且裂缝的状态和种类也比较多，其对于水工建筑物的安全以及使用性能的影响也不一致，并且也不是全部混凝土裂缝都会对水工建筑物的安全性和使用性能产生影响，因此，对混凝土裂缝进行分级评估是非常必要的。所以，相关技术人员在进行港口水工建筑物混凝土裂缝分级评估的过程中，一定要充分考虑安全性和耐久性，并不断提高分级评估的准确度，进而对港口水工建筑物的使用性能和质量进行保证。
1港口混凝土结构常见裂缝形式
1.1锈蚀裂缝
在海洋环境中的港口混凝土结构会一直处于一个非常潮湿的状态下，而且也会受到浪潮的侵袭，这样就会导致海水中的氯离子慢慢渗透到混凝土之中，对其中的钢筋材料进行侵蚀，如果氯离子的量足够的话，再存在一定的反应条件，就会导致混凝土中的钢筋表面的钝化膜损坏，钢筋中的铁元素会与海水中的氧成分和水分出现锈蚀反应，而且通过反应生成的氢氧化铁含量为原先的两倍到四倍，进而使钢筋的体积扩大，产生非常强大的应力作用，造成钢筋周围的混凝土结构的损坏，致使混凝土结构从内部出现裂缝，并逐渐向钢筋的伸长方向延伸，直至在混凝土外部结构上出现裂缝。在通常情况下，在高桩码头的浪贱区域，横梁上以及桩帽等基础设施上会产生因为氯离子造成的钢筋锈蚀裂缝，这种裂缝是钢筋先出现锈蚀反应，再逐渐开裂的，这也是港口水工建筑物混凝土结构的重要损坏因素，进而使水工建筑物的稳定性和安全性有所降低。
1.2受力裂缝
普通钢筋混凝土结构产生受力裂缝是正常的，但其宽度应加以限制，这个在《水运工程混凝土结构设计规范》中有明确规定。预制构件起吊安装吊点设置不合理、超出设计载荷使用、船舶撞击等都会使结构在荷载的作用下发生应力集中而产生受力裂缝，多表现为下宽上窄形。受力裂缝方向与主筋方向垂直或成一定的角度，在发生超载、偶然事故或冲击荷载的码头面板、纵梁、横梁、基桩、桩帽等构件中较为常见。
1.3收缩裂缝
水工建筑物的混凝土结构在浇筑完成之后，会进行缓慢的凝结，在其凝结的时候，混凝土的外部会比内部凝结的速度快上许多，这样就会造成混凝土的内部和外部产生的应力大小不一，如果产生的应力超出混凝土结构能够承受的范围的话，就会造成收缩裂缝出现。能够对混凝土收缩产生影响的条件非常多，比如说混凝土中的水泥含量、振捣情况、气候条件、养护措施、混凝土中的钢筋量等等。这种裂缝的状态各不相同，通常情况下在港口的面板、墙体之上比较容易产生，其主要形式是龟裂或者不规则裂缝等，收缩裂缝对水工建筑物的整体质量和安全性造成的影响比较小。
1.4温度裂缝
混凝土中产生温度裂缝的原因较多，但总的来说，主要是由于大体积混凝土施工水泥用量大，水泥水化反应产生大量的水化热，表面散热较快，内部温度不断上升且不易散发，使混凝土内部与表面形成较大温差，加上升降温变化和边界约束的影响，导致不均匀温度变形和温度应力，一旦拉应力超过混凝土的极限抗拉能力就会在混凝土内部或表面产生裂缝，是混凝土早期开裂的主要原因之一。温度裂缝在大体积结构中较多出现，如胸墙、墩台、方块等构件，且多表现为贯穿性裂缝，对结构的整体性、耐久性甚至承载力有不利影响。
2裂缝宽度限值
钢筋混凝土适筋构件从加荷至破坏，整个过程可以分为3个阶段：未裂阶段、裂缝阶段、破坏阶段，其中裂缝阶段是计算构件正常使用阶段的变形和裂缝宽度的依据，也在正常使用阶段混凝土是带裂缝工作的，但对裂缝的最大开展宽度应加以控制。因为当裂缝宽度较大时，一是会加快氯离子进入混凝土钢筋表面破坏钢筋表面钝化膜引起钢筋锈蚀，影响结构的耐久性；二是会使结构刚度减少、变形增加，影响结构的安全性，同时给人不安全感。《设计规范》规定结构构件设计时将裂缝控制等级划分为3个级别：1级：构件不出现拉应力；2级：构件虽有拉应力，但不超过混凝土的抗拉强度；3级：允许出现裂缝，但裂缝宽度不超过允许值。1级和2级抗裂要求的构件，一般要采用预应力才能实现，而普通钢筋混凝土构件要求为3级，允许带裂缝工作。因此，对允许出现裂缝的钢筋混凝土构件，裂缝宽度必须加以限制，要求使用阶段最大裂缝宽度小于允许裂缝宽度。港口工程钢筋混凝土结构裂缝控制等级为3级，其最大宽度根据构件所处的不同环境、水位条件规定。因为裂缝宽度沿裂缝深度并不相等，要验算的裂缝宽度是指受拉钢筋质心水平处构件侧表面上混凝土的裂缝最大宽度。
3结论
通过上文的分析可知，港口水工建筑物混凝土产生的大部分裂缝都会对其安全性和使用性能造成影响，因此，就需要对港口水工建筑物混凝土的裂缝等级进行评估，相关人二院在进行检查和评估的过程中，应对造成混凝土出现裂缝的原因以及类型、等级进行详细的查验，进而对水工建筑物的整体性能进行评估。如果水工建筑物中的某一个构件中出现了两种类型和等级的混凝土裂缝，那么应将级别比较低的裂缝作为其评估标准。在目前的相关规范标准中，对温度裂缝和收缩裂缝的等级评估进行了添加，对结构受力裂缝最大缝宽分级评估进行了确定。
参考文献：
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关键词：碳化;钢筋混凝土;结构耐久性;影响因素;治理
1混凝土碳化概念
混凝土的碳化又称为混凝土的中性化，几乎所有混凝土表面都处在碳化过程中。它是空气中二氧化碳与水泥石中的碱性物质相互作用，使其成分、组织和性能发生变化，使用机能下降的一种很复杂的物理化学过程。混凝土碳化本身对混凝土并无破坏使用，其主要危害是由于混凝土碱性降低使钢筋表面在高碱环境下形成的对钢筋起保护作用的致密氧化膜(钝化膜)遭到破坏，使混凝土失去对钢筋的保护作用，使混凝土中钢筋锈蚀，同时，混凝土的碳化还会加剧混凝土的收缩，这些都可能导致混凝土的裂缝和结构的破坏。
混凝土耐久性问题是公认的难题。水闸建成运行后,如何加强混凝土构筑物的保养、维修,提高其耐久性,是水利工程管理单位值得深入研究的问题[1]。由于钢筋混凝土构筑物长期暴露在自然环境中,空气中的CO2在适当的温度、湿度下浸入到硬化的水泥浆细孔中,与混凝土中Ca(OH)2 反应形成CaCO3,使混凝土碱度降低。这种CO2从混凝土表面浸入到混凝土内部的过程称为碳化。碳化使混凝土碱度降低,减弱对钢筋的保护作用,使钢筋容易锈蚀,锈蚀形成的铁锈体积膨胀(为原来的2~8倍),对混凝土保护层施加膨胀力。又由于碳化层产生的碳化收缩,对其内部形成压力,而表面碳化层产生拉力,也能够使结构表面产生微小裂纹。这种收缩裂纹成为空气和水的通道,加快了混凝土的碳化,当钢筋暴露在大气中时,锈蚀过程将加快,最后导致截面减小,严重降低结构强度,影混凝土建筑物的寿命[2]。
2混凝土碳化的主要影响因素
2.1混凝土含水量及周围介质的相对湿度
混凝土碳化过程与混凝土含水量及周围介质的相对湿度有关[3]。这是因为CO2与Ca(OH)2反应所释放的水必定要向外扩散,以保持混凝土内部大气之间的湿度平衡。如果外界湿度大或介质相对湿度接近100% 时,混凝土中的水向外扩散的速度大幅度降低或停止,混凝土中的微孔隙被水充满,则CO2向内部扩散的过程实际上终止,碳化也就很难进行。当空气湿度为50%~70%时,混凝土的孔隙尚未被水充满,CO2可以向混凝土内扩散,而混凝土孔隙的湿度不仅为Ca(OH)2向外扩散提供了必备条件,并且使化学反应进行较快。
2.2环境温度
混凝土碳化速度与温度有关[4]。当温度较低时,水变成冰,化学反应无法进行,碳化实际上停止,随温度的升高,碳酸的扩散易于进行,Ca(OH)2及CO2的扩散速度和化学反应速度均加大,从而使混凝土的碳化过程加快。
3工程治理实例
3.1工程概况
引滦工程尔王庄管理处联结井闸自运行以来,由于先天的混凝土强度偏低、振捣不实、保护层厚度不足等原因致使混凝土保护层疏松脱落,箍筋部分锈蚀,碳化深度4~6 cm,普遍出现了箍筋、顺筋锈胀裂缝,回弹仪测强为11~22 MPa。因其耐久性问题比较严重,列为2000年尔王庄管理处维修加固的重点。
3.2施工工艺
工程的治理原则是:治理后具备原有承载力、整体性和耐久性,防止进一步损坏结构和构件,尽量避免大动大补,并尽可能保持原有结构外观。处理方法以实际出发,在安全可靠的前提下,力求简单易行、经济合理。
3.2.1工艺流程。凿除混凝土钢筋除锈基层清理刷MCI迁移性钢筋防锈剂(2020)刷界面剂(第1遍)抹钢纤维砂浆(第1遍)化学灌浆刷界面剂(第2遍)抹钢纤维砂浆(第2遍)刷界面剂(第3遍)抹钢纤维砂浆(第3遍)养护刷MCI2021刷防碳化涂料(3遍)。
3.2.2修补材料。①钢纤维砂浆。配比为水泥∶砂∶钢纤维∶硅粉∶减水剂∶水=1∶1.5∶0.08∶0.1∶0.05∶0.38。钢纤维砂浆是一种性能优良的新型复合材料。乱向分布的短纤维阻碍内部裂缝的扩展和宏观裂缝的发生,从而使抗拉、抗弯、抗剪强度等显著提高。其抗冲击、抗疲劳、耐久性也有较大改善。掺入硅粉和减水剂的钢纤维砂浆可以提高砂浆的密实性、抗压强度、抗渗性、耐久性,改善混凝土拌合物的和易性。②MCI―2020迁移性钢筋防锈剂。MCI―2020是一种通过涂抹在混凝土表面,可自行渗透扩散至内部钢筋表面,形成单分子保护膜,保护钢筋不被腐蚀。即使它不与钢筋直接接触,也能在混凝土中渗透扩散一定距离,达到钢筋表面,从而有效抑制钢筋腐蚀,延长结构的使用寿命。③界面剂。ZV型混凝土修补胶与水泥调和而成,其配比为1∶1。使用时均匀涂抹在混凝土表面,力求薄而不淌,待浆液不粘手时,即可进行下一道工序。
3.3化学灌浆
对于联接井闸南侧的4棵机架桥柱,由于其内部混凝土强度低于C15,且有蜂窝、孔隙,直接影响了钢筋混凝土柱的承载力,必须采取化学灌浆处理。①灌浆压力。0.35~0.45 MPa。②灌浆材料。环氧树脂∶固化剂=2∶1(体积比)。③预埋灌浆嘴。灌浆嘴用“水不漏”预埋,2~3个嘴子内部架桥(预留通道),用来排气。
3.4混凝土表面涂料涂覆
在混凝土表面涂料涂覆,可使混凝土与CO2、Cl-、O2和H2O隔离,是防止钢筋混凝土结构钢筋锈蚀的一种常用的有效措施。一般在预测到钢筋混凝土结构将受到锈蚀损害时采用,也可以在经局部修补的较轻微锈蚀的钢筋混凝土结构上起保护作用。目前在我国水利工程中使用较普遍的为环氧树脂厚浆涂料。在此项联结井闸补强加固工程中,根据钢筋混凝土的不同损坏程度,采用化学灌浆、钢纤维砂浆、MCI迁移性钢筋防锈剂等综合治理方法。因此,在混凝土表面涂料涂覆时,采用一般的外檐涂料,并在涂料中掺入BC01胶,使其更牢固、不褪色。
关键词：水工、钢筋混凝土、腐蚀、防治
中图分类号：TU375 文献标识码：A 文章编号：
引言
随着我国环保事业的发展，近年来我国东部沿海地区许多滨海环境下的污水处理厂已经或正在兴建。滨海环境的地下水，由于受海水的影响，大多富含氯离子、硫酸根离子、镁离子等对钢筋混凝土有害的物质，在一些紧邻海岸线，地基土层透水性较强时，地下水水质甚至等同于海水。如何解决滨海环境侵蚀性地下水对钢筋混凝土构筑物腐蚀问题，关系到工程的耐久性，目前已经成为水处理行业结构工程专业关注的焦点问题之一。
滨海环境侵蚀性地下水对钢筋混凝土结构的腐蚀机理
分析和研究钢筋混凝土结构遭受腐蚀的原因进而采取相应的措施提高其抗侵蚀性是提高钢筋混凝土结构耐久性，延长构筑物使用寿命的重要措施。
1.1滨海环境侵蚀性地下水对混凝土的腐蚀机理
1）溶出蚀
当混凝土长期与一些暂时硬度较小的水（如雨水、蒸馏水、重碳酸盐含量少的江河湖水）接触时，水泥石中的Ca(OH)2溶解析出，当为静水和无压水时，溶出反应仅限于混凝土表面，影响不大，但在流水及压力水作用下，会不断流失，随着浓度不断降低，水泥石中的C-S-H凝胶等水化产物也会分解溶出，使得混凝土内的孔隙增加、强度降低，进而造成混凝土中钢筋的腐蚀加剧。
2）离子交换腐蚀
滨海环境地下水中的镁盐（如MgCl2）与水泥石中的Ca(OH)2发生反应
Ca(OH)2+MgCl2 CaCl2+Mg(OH)2
生成的CaCl2 易溶于水，Mg(OH)2疏松无胶凝性。当地下水中含有较多的CO2或混凝土处于干湿交替环境时，混凝土会发生碳化，使混凝土的碱性降低。
Ca(OH)2+CO2 +H2O CaCO3+2H2O
CaCO3+ CO2 +H2O Ca(HCO3)2
Ca(HCO3)2易溶于水, 混凝土中的Ca(OH)2减少，使得水化产物进一步分解，混凝土内的孔隙增加、强度降低，进而造成混凝土中钢筋的腐蚀加剧。
3）结晶腐蚀
当地下水中含有较多的钾、钠、镁等硫酸盐时，能与混凝土发生中和反应
Ca(OH)2+MgSO4 +2H2OCaSO4·2 H2O + Mg(OH)2
4CaO·Al2O3·12H2O·2 H2O +3CaSO4+20H2O3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O + Ca(OH)2
MgSO4起镁盐和硫酸盐的双重腐蚀作用，Mg(OH)2疏松无胶凝性，同时高硫型水化硫铝酸钙含有大量结晶水，且难溶于水，比原体积膨胀1.5倍以上，在混凝土内产生很大的膨胀应力，从而导致混凝土的开裂。
4）强碱腐蚀
铝酸盐含量较大的硅酸盐水泥混凝土，在强碱（如NaOH）作用下也会发生破坏
3CaO.Al2O3+6NaOH 3Na2O.Al2O3+3Ca(OH)2
生成的铝酸钠易溶于水。当混凝土被NaOH侵透后，与空气中的CO2反应
2NaOH+CO2 Na2CO3+H2O
生成Na2CO3，从化学性质上对混凝土并无腐蚀性，但在干湿交替环境下，Na2CO3能渗入混凝土的毛细孔内结晶沉淀生成含水碳酸钠，体积膨胀导致混凝土开裂。
1.2滨海环境侵蚀性地下水对钢筋的腐蚀机理
钢筋锈蚀的过程就是阳极反应和阴极反应不断进行，并在钢筋表面析出Fe(OH)2的过程，其化学反应过程如下所示。
Fe Fe2+ + 2e-(阳极反应)
2H2O +O2 + 4e- 4OH-(阴极反应)
2Fe +2H2O +O2 2Fe(OH)2
在水和氧气存在的条件下，Fe(OH)2会继续氧化
4Fe(OH)2 + 2H2O +O2 4Fe(OH)3
以上对钢筋混凝土结构的腐蚀机理的分析表明，钢筋混凝土的表面既有水又有氧气和二氧化碳时，钢筋混凝土将会遭受腐蚀，水中对混凝土有害物质的存在，会加速腐蚀的过程。
2．提高钢筋混凝土结构抗腐蚀性的方法
2.1 合理选择水泥品种
不同品种的水泥，其化学成分及制成混凝土后的性能不同，其耐腐蚀程度也不相同，因此正确选择混凝土的水泥品种十分重要。
2.2 合理选择混凝土添加剂
在混凝土中掺加减水剂，可以减少拌合水量，可以达到提高混凝土密实性的目的；掺入引气剂，可以在混凝土搅拌过程中产生大量均匀分布的微小气泡，改善混凝土的和易性，提高混凝土的抗渗性能，达到抑制腐蚀的目的
对于污水处理厂的给排水构筑物，平面尺寸经常会超出规范伸缩缝的允许尺寸，设计上为防止混凝土开裂，有时会要求在混凝土中添加膨胀剂。不同使用目的下多种添加剂并用时，一定要采取谨慎的态度，根据施工现场试验结果决定添加剂的种类和配比，以期达到最佳的工程效果。
2.3 严格控制氯离子含量
我国现行规范GB50010-2002根据使用年限、环境类别规定混凝土中的最大氯离子含量为0.06~1.0%。当混凝土外加剂、骨料、水等原材料的氯离子含量超标时，不得使用，否则必须采取技术措施。而外部环境的渗透则靠提高混凝土密实度、提高抗渗性、加大保护层厚度等措施来防止。
2.4 严格控制水灰比、水泥用量、提高混凝土强度等级
同一水泥品种的混凝土抗侵蚀性随着水灰比的减小而增强。水泥水化时所需得结合水，一般只占水泥质量的23%左右，混凝土硬化后，多余的水分就残留在混凝土中形成水泡或蒸发形成毛细孔，因此水灰比过大，则混凝土密实性降低，但水灰比过小，则无法保证混凝土浇筑质量，易出现蜂窝、麻面等质量问题。滨海环境受侵蚀性地下水作用的钢筋混凝土构筑物，混凝土的水灰比不宜大于0.5，最好不大于0.45。
2.5 加大保护层厚度
保护层厚度直接影响钢筋的使用寿命，同样条件下（环境介质、水泥用量、水灰比、水泥品种、添加剂、振捣和养护方法等）加大混凝土保护层，能延缓钢筋混凝土的腐蚀。我国现行规范GB50010-2002根据使用年限、环境类别、混凝土强度等级及构件类别对混凝土保护层厚度分别作了规定，设计时应合理选择，施工时应严格控制。但应当注意，加大保护层厚度意味着加大了结构断面的尺寸，同时当保护层超过一定厚度时，还应采取防止混凝土表面裂缝的构造措施。
2.6用环氧树脂涂层钢筋
环氧树脂涂层具有很高的化学稳定性和耐腐蚀性，且膜层具有不渗透性，能阻止水、氧、氯盐等腐蚀介质与钢筋接触。且环氧树脂涂层的弹性和耐摩擦性良好。《混凝土结构设计规范》GB50011-2002 规定：“三类环境下，钢筋混凝土结构宜采用环氧树脂涂层钢筋”。
2.7混凝土表面涂覆防腐涂层
根据混凝土的高碱性、含水性和多孔性特点，防腐涂层应具备耐碱性、耐久性和浸渍性的性能并且与混凝土有良好的结合力，同时涂料必须是安全、无毒和环保型的。但对地下工程来说，外加防腐涂层的防腐蚀方法应用范围有时会受到限制，如桩基础等；且防腐涂层有效时限短、一般寿命为5~6年，维护困难且费用大。
近年来随着钢筋混凝土防腐蚀问题研究的不断深入，也有一些电化学的防腐蚀方法，考虑到给水排水工程结构的适用性，本文不再多作论述。
3．结束语
钢筋焊接网是通过专用设备在工厂加工，纵向钢筋和横向钢筋分别以一定间距垂直叠交排列，全部交叉点均通过全自动智能化的GWC型钢筋焊接网生产线用电阻熔接法点焊（低电压、高电流，焊接接触时间一般不超过0.5s）在一起形成的钢筋网片。是一种代替传统人工制作、绑扎的新型、高效、优质的钢筋混凝土结构的建筑钢筋。钢筋焊接网是建设部重点推广应用的新技术之一。
钢筋焊接网即可用于制作钢筋混凝土预制构件，也可用于现浇混凝土结构，大量用于工业与民用建筑的墙板、楼板、屋面板等。在市政、水利工程领域如:混凝土路面、桥面铺装、桥涵挡墙和基础混凝土以及污水处理池、水库等工程中也有广泛用途。焊接网也可利用弯网机弯成各种不同的形状来适应不同构件的需要。目前，焊接网的应用范围已从板类构件为主扩大到包括梁、柱类构件的多种类型结构。
2．钢筋焊接网在国内外的应用与发展
钢筋焊接网是20世纪初在欧洲产生的,德国、美国、意大利、奥地利、法国等欧美国家20世纪初，就对钢筋焊接网混凝土构件的结构性能进行了较多的试验研究，并相继制定了钢筋焊接网标准、图集、规程、使用手册。经近百年的应用与发展,在国外已被建筑界广泛采用。目前德国钢筋混凝土结构中钢筋焊接网的用量己占钢筋总用量的50~65%以上，并且还在继续增长。
在亚太地区钢筋焊接网的应用也得到一定发展。日本、澳大利亚、新加坡等国的焊接网应用较早，在上世纪50年代就制订了焊接网产品标准，并在钢筋混凝土结构规范和设计手册中对焊接网的构造要求等作了专门规定。焊接网已大量用在现浇混凝土板类构件和构筑物中，目前焊接网的产量大约占35%以上。
钢筋焊接网技术是20世纪八十年代末九十年代初引入我国的，10年多来，特别是近几年，得到迅速发展，成为建设部重点推广的新钢种。冷轧带肋钢筋的迅速发展，为焊接网的发展提供良好条件。我国焊接网产品首部标准已于1995年12月起实施，对于指导生产、保证产品质量具有重要的意义。据不完全统计，截止2000年10月，国内应用焊接网的民用与工业房屋建筑工程有500多项。主要用在高层及多层住宅、办公楼、宾馆、医院、学校、仓库、厂房等建筑的楼板、屋面板、墙体、地坪、地下室墙壁、基础以及游泳池的池壁、池底等部位。工程主要分布在珠江三角洲、上海市、江苏省、北京及两湖地区。同期，国内钢筋焊接网在道路、桥梁中的应用也达180多项。
目前，水利系统钢筋焊接网的应用还比较少，我院在南水北调济平干渠工程、胶东地区引黄调水工程等水利工程设计中，引用了这项新技术。经在济平干渠工程的应用，效果良好。在即将开工的胶东调水倒虹吸和暗渠工程中的应用也将进一步验证这项技术的优良性能。
3．钢筋焊接网的特点：
3.1改善混凝土结构性能、提高钢筋工程质量
钢筋焊接网片是在工厂加工而成，网格间距尺寸、钢筋数量准确，克服了传统人工绑扎时由人工摆放钢筋造成间距尺寸误差大、绑扎质量出现漏扎、缺扣的现象。焊接网的网格尺寸非常规整，远超过手工绑扎网。网片刚度大，弹性好，浇注混凝土时钢筋不易局部弯折、不产生变位，混凝土保护层厚度均匀、易于控制，明显提高钢筋工程质量。由于采用纵、横钢筋点焊成网状结构，达到共同均匀受力起粘结锚的目的，加上钢筋断面的横肋变形、增强了与混凝土的握裹力，使得所形成的混凝土结构受弯构件的结构性能得到改善，有效地防止了混凝土裂缝的产生，提高了钢筋混凝土的内在质量。试验研究分析表明：在混凝土路面内配置焊接网铺装层时，可有效减少70％左右的由于荷载或湿度引起的混凝土表面龟裂。对于混凝土受弯板类构件，使用焊接网可以提高板刚度50％左右，提高抗裂性能约30％，有效减少裂缝宽度约50％。
3.2提高生产效率、加快施工进度
钢筋焊接网将原来现场制作的全部工序及90％以上的绑扎成型工序全部进行了工厂化生产，除保证钢筋制作、绑扎的质量外，还可大量降低钢筋安装工时，减少用工数量。从济平干渠使用焊接网的南大沙河倒虹吸与采用普通绑扎网的田山沉沙池倒虹吸的比较看，使用焊接网比绑扎网少用人工60％左右，提高钢筋制作安装速度50％左右，大大缩短了工程的施工周期，节约了施工排水费用。即将开工的胶东供水工程，排水问题也是工程施工的难点，钢筋焊接网的使用，将会给工程的顺利进展创造良好的条件。
3.3节约钢材、净化施工环境
由于焊接钢筋是一种规模化连续生产方式，可以最大限度减少对钢筋加工过程的损耗，据统计，扣除单元搭接所增加的用钢量后还可以节省钢材2％左右。由于采用工厂化专业化生产，按施工进度运到现场后即吊运至作业面，现场不必设钢筋加工场地，即节约了场地又提高了现场管理水平。同时，还可以解决调直钢筋时所产生的噪音污染等问题，促进了现场文明施工。
3.4方便质量控制和工程验收
采用按照产品标准生产的合格焊接网，在安装和验收过程中，只要严格控制和检查网片的搭接长度和锚固长度就可以保证安装质量。安装简单，检查方便。可以有效避免因人为影响而造成的钢筋根数误差和规格错误。免去了验收时检查钢筋规格、间距、钢筋漏扎、绑扎不牢固和错扎等大量的繁琐工作。
4．在水利工程中推广使用尚需合理解决的问题
钢筋焊接网作为钢筋工程的技术进步的确有许多优点，钢筋施工走焊接网道路是世界钢筋工业发展的潮流。焊接网既是一种新型、高性能结构材料，也是一种高效施工技术，是钢筋施工由手工操作向工厂化、商品化的根本转变。目前，该技术在建筑、道路等领域中的应用，已趋于成熟。在水利工程中推广使用时，尚需处理好以下几点：
（1）深入了解钢筋焊接网的性能特点，选择能充分发挥其优势的工程进行合理应用。可由易到难，先在远距离调水工程的倒虹吸、暗渠及桥面铺装等构件上应用。注意总结经验，同时积极准备在其它构件中试点应用。
【关键词】钢筋混凝土；检测；加固
一、前言
目前，钢筋混凝土材料已成为受力结构的主要材料，在工程中已经被广泛的应用，钢筋混凝土因为具有耐久性高、整体性好、抗压强度高等优点，被广泛用于土建、桥梁、港口以及特种结构等工程领域。但是同时，钢筋混凝土又具有自重大、抗裂性差、钢筋锈蚀等缺点，往往造成建筑结构安全等危害，经济损失也非常严重。因此，对钢筋混凝土的检测和加固就显得尤为重要。建筑结构状况的检测是对其结构及部件的材料质量和工作性能方面所存在的缺损状况进行详细检测、试验、判断和评价的过程。而检测技术是对建筑物鉴定所依赖的重要工程技术，它们的开发和应用在相当程度上决定着建筑物可靠性鉴定的水平。
二、钢筋混凝土结构的检测
1、构件损伤的检测
（1）裂缝。裂缝可能出现于施工阶段，也可能出现于使用阶段，通常按基本成因将其划分为受力裂缝和非受力裂缝，其影响因素包括材料、施工、荷载、变形、环境等。由于混凝土构件开裂的原因比较复杂，而且实际的裂缝也往往不是由单一的因素造成的，因此在检测和分析裂缝的过程中，必须结合具体情况，确定裂缝形成的主要原因。裂缝检测包括对裂缝大小、走向、长度、宽度、深度等的检查和测量。在检测裂缝的分布、走向时，应侧重于分析裂缝的性质和成因，检测裂缝长度、宽度、深度时，则侧重于判定构件开裂的程度以及裂缝对构件性能的影响。裂缝长度可用钢尺测量，宽度宜用放大镜或塞尺测量，深度可用超声脉冲波测量。检测中应绘制裂缝分布图，并标注裂缝的长度、宽度等。在特殊情况下，也可在裂缝处钻取芯样，直接观察裂缝内部的情况。（2）混凝土腐蚀。腐蚀主要原因是混凝土碳化。碳化指空气中的二氧化碳气体扩散进入混凝土内部，与混凝土中的碱性物质发生化学反应，导致混凝土碱度下降和化学成分变化的物理化学过程。对于一般的建筑物而言，碳化成为导致混凝土耐久性降低的最常见的原因。检测内容主要包括混凝土材料的化学成分及构成，混凝土的含水量和渗透性等物理量，腐蚀物的侵蚀程度。测试方法主要有化学分析、电学分析、红外光谱分析、X 衍射分析、差热分析、微波分析及电镜分析等。
2、结构性能检验和工作应力测试
（1）结构性能检验。结构性能检验的重要手段是载荷试验，它可以更直观地反映结构的实际性能，但是由于试验过程中被检构件可能出现永久性的损伤或遭受破坏，因此应用的场合有限，一般多用于校准其他的检测方法。目前的检验方法主要适用于预制构件，对于钢筋混凝土预制构件和允许出现裂缝的预应力混凝土预制构件，可对其进行承载力、挠度和裂缝宽度检验；对于不允许出现裂缝的预应力混凝土预制构件，可进行承载力、挠度和抗裂检验。（2）工作应力的测试，混凝土结构的工作应力可采用刻槽法测定。主要方法是根据电阻应变计的数值变化，并估计材料的弹性模量和泊松比，可计算出测区原先主应力的数值及方向。这种方法一般只适用体积较大的混凝土构件的测定。
3、施工缺陷的检测
（1）外观缺陷。混凝土构件的缺陷包括露筋、蜂窝、孔洞、夹渣、缺棱掉角、麻面、起砂等现象。它们会使有害物质容易侵入构件内部，导致钢筋锈蚀和耐久性下降。当孔洞、夹渣等出现在构件的节点、受力最大的位置时，还会影响构件承载力，使构件破坏。当缺陷出现在防渗要求高的地下室围墙及屋面时，易造成渗漏现象，影响建筑物的使用功能。导致混凝土构件出现这些缺陷的原因是多方面的，主要包括：骨料级配、混凝土配合比不合理，和易性欠佳，搅拌不匀，浇筑离析，振捣不实，模板不善，钢筋过密，钢筋移位，雨水冲刷等。对外观缺陷的检测不宜采取抽样检测的方式，应全数检测。对于一般的外观缺陷，可采取肉眼检查的方式，需测量缺陷的大小、深度等，绘制缺陷分布图，并根据其对结构性能和使用功能的影响判定为严重缺陷或一般缺陷。（2）内部缺陷。混凝土构件的内部缺陷可采用超声脉冲或地下雷达检测法。主要采用的是超声波脉冲检测法，其测试原理：超声脉冲波的传播速度与材料的密实度有直接的关系。对于原材料、配合比、龄期及测试距离一定的混疑土构件来说，混凝土密实，声速则高；当存在空洞或裂缝时，超声脉冲波将绕过空洞或裂缝传播，因此传播的路程大，声时长，声速低。同时，由于空气的声阻抗率远小于很凝土的声阻抗率，脉冲波在缺陷的界面处会发生反射和散射，使声能衰减，特别是高频波，最终接受到的波幅、频率都将明显降低，并且由于反射和散射，波形还会出现畸变。因此，通过测试超声波在混凝土中的声时、声速以及接收波的振幅、频率等声学参数，可判定混凝土中的缺陷。
二、钢筋混凝土结构的加固措施
1、钢筋混凝土结构的加固注意的原则
（1）可能使加固措施发挥综合效应：如加固性能好，施工周期短，材料消耗少，工艺简单劳动强度低等等。（2）尽可能保留和利用原结构构件，发挥原结构的潜力，避免不要的拆除和更换。（3）尽可能减小对建筑物使用功能的影响。（4）避免或尽可能减小设计方案的负面效应，充分考虑加固措施对结构体系未加固构件、地基等可能造成的不利影响。（5）应采取可靠措施保证新旧材料的共同工作，尽可能通过合理安排新旧构件的拆装顺序，通过临时卸载、临时支顶或采取预应力加固的方法等，减小应力滞后现象，充分发挥新增部分的作用。（6）应对施工过程提出明确要求，避免拆除、安装、加固的过程中对需保留的构件和连接件造成不必要的损伤；同时，应严格禁止可能危及结构安全或降低结构性能的行为。
2、筋混凝土结构的加固措施
（1）加大截面加固法。加大截面加固法是采用同种材料即混凝土和钢筋对水工程原结构进行加固补强的一种施工技术。施工工艺简单、适应性强，并具有成熟的设计和施工经验；适用于梁、板、柱、墙和一般构造物的混凝土的加固，该方法适用于水工程中病险的梁、板、柱、墙等钢筋混凝土结构的加固。在钢筋混凝土受弯构件受压区加混凝土现浇层，可增加截面有效高度，扩大截面面积，从而提高构件正截面抗弯，起到加固补强的作用。（2）外包钢加固法。外包钢加固法分湿式与干式两种情况。干式外包钢施工较为简便，湿式外包钢加固施工较为复杂。但承载力提高量、整体工作性能及受力特点干式外包钢不如湿式外包钢有效。如在钢筋混凝土柱的四角，设置角钢，并用缀板将角钢连成一体，采取一些技术措施保证角钢参与工作，这样就起到了对柱子的加固作用。（3）粘贴钢板加固法是混凝土构件加固中采用较多的一种方法。主要有粘钢加固法和纤维加固法两种。粘钢加固法是在构件表面用特制的建筑结构胶粘贴钢板，以提高结构件承载力的一种加固方法。这种加固方法具有施工方便、周期短、占用空间不大、对环境影响小，是一种适用面广的先进加固方法，不仅建筑，而且公路桥梁也普遍采用。纤维增强复合材料加固法是把高性能的纤维织物，如玻璃纤维、碳纤维和阿拉米德纤维等，放置在环氧树脂等基材上，经胶合凝固后形成的，保证其形成整体均匀受力。（4）增设构件加固法。设构件加固法是在原有构件之间增加新的构件，如两棍屋架间加设一副新屋架，在两根梁之间增加一道新梁，在两根柱子之间增加一个新柱等，以减少原有构件的受荷面积，减少荷载效应，达到结构加固的目的。该方法对原有建筑的建筑功能可能会有影响。所以该方法一般适合于增加构件后不影响使用要求的民用建筑梁柱等的加固。（5）卸载加固法。采用新型轻质材料置换原有建筑分隔和装饰材料，如用轻质墙板置换原有砖隔墙等，通过减少荷载提高结构的可靠性，达到结构加固的目的。
参考文献：
[1]陈瑜，王琦.混凝土主体结构改造的评估鉴定和加固补强.建筑结构，2004，（9）
［关键词］西塬湖水库；水库工程；分洪工程；排水工程；运城市
1工程概况
运城市盐池是我省重要的化工基地之一，西塬湖水库是运城市盐池西部防汛的重要设施之一。西塬湖水库位于运城市西南20km处的盐湖区解州镇西北部，属涑水河流域，库区现状为硝池滩，其东侧紧邻北门滩，南侧为南同蒲铁路。汛期缓洪、滞洪，非汛期调蓄城市排水，促进周边水生态环境恢复，与盐城西端的北门滩、运城市主城区的泄洪骨干工程之一常硝渠、三级排水泵站及排水渠构成防洪系统。西塬湖水库库容6800m3，水位337.5m。工程由水库工程、排水工程和分洪工程组成。
2工程存在的主要问题
2.1水库大坝为三类坝
西塬湖水库大坝兴建于50年代，没有溢洪道和泄洪洞等泄洪设施，排水能力不足，长期高水位运行，防洪能力不足，堤坝年久失修，局部变形塌陷，坝体抗滑及抗震稳定安全系数不满足规范要求，防浪墙破损严重，下游未设排水设施，部分坝段和坝基存在渗流安全隐患，泵站老化，机电设备与金属结构报废。依据山西省水利厅的安全鉴定结论核查，综合评价西塬湖水库大坝为三类坝。
2.2现状防洪安全形势紧迫
水库排水能力不足，高水位运行，防洪能力不满足防洪标准要求。经实地工程勘察测量，西塬湖水库现状情况下维持336.7m的高水位运行，对应库容5233万m3，最大库容为6547万m3，现状情况下汛期来临时有效蓄洪库容仅为1314万m3，无法容纳50年一遇最大3日洪量2907万m3、100年一遇最大3日洪量3201万m3，不满足防洪安全要求，到汛期有洪水进入硝池滩时，将会形成洪涝灾害。
2.3泵站抽排能力不足
西塬湖水库原为运城市滞洪区，是一片封闭的洼地，现状库内存水排泄分为两种方式：一是通过三级排水泵站抽排至姚暹渠再经涑水河、伍姓湖排入黄河；二是经分洪闸向下游的北门滩、盐池自流排泄。由于北门滩、盐池容量有限，需要依靠排水泵站及渠道抽排，现状最大排泄流量仅为2.33m3/s，且各级排水泵站年久失修，三级排水渠道经2013年应急改造后渠道设计流量为8.0～9.3m3/s左右。依照现状的泵站设计流量2.33m3/s，排空50年一遇最大3日洪量2907万m3需要288天，需要将近一年的时间，排空时间太长，根本无法在汛期及时腾空库容迎接连续发生的洪水。
3工程应急加固改造设计
西塬湖水库应急加固改造工程由水库工程、分洪工程和排水工程等组成。水库工程包括水库东侧现有大坝段的加固改造、常硝渠调节闸和溢洪道。分洪工程包括北门滩连通闸、北门滩分洪闸以及长约1.1km的分洪渠。排水工程包括三级排水泵站、引水渠（0.95km）以及沿线交叉建筑物等。引水渠在原渠道基础上通过清淤、衬砌减糙等工程措施实现引水功能。三级泵站均在原址拆除重建。
3.1水库工程设计
3.1.1大坝加固设计西塬湖水库汛限水位334.60m，正常蓄水位335.40m，设计洪水位336.63m，校核洪水位336.73m。本次设计仅对现有大坝进行加固改造，大坝总长2.68km，其中与南同蒲铁路平行段长0.68km、临北门滩段长2.0km。现状坝顶路面为泥结碎石路面，经过多年运行，路面坑洼不平,本次改造为混凝土路面，与铁路平行段路面宽4.0m、临北门滩段路面宽6.0m。经方案比较，大坝加固改造推荐格宾石笼护坡方案，即上游坝坡在335.0m以下碾压抛石护坡护脚，高程335.0m以上堆放格宾石笼护坡，复合土工膜（两布一膜）防渗，格宾石笼与复合土工膜之间设置砂砾料保护层,现有浆砌石护坡采用水泥砂浆抹面，防止损坏土工膜。格宾石笼堆放的平均坡比为1∶2.0。坝顶高程为338.80m～339.2m。坝顶上游侧设置0.8～1.2m高浆砌石防浪墙，防浪墙顶高程340.0m，坝顶路面铺为混凝土路面。下游坝坡坡比为1∶2，高程334.4m以下碾压抛石，高程334.4m以上生态砖护坡。3.1.2常硝渠调节闸常硝渠调节闸退水闸位于库区东北，承担常硝渠入库和水库开闸分洪的任务，其中心线垂直于坝轴线，位于大坝桩号2+306.00处。正常情况下水流由常硝渠流入水库，超过50年一遇设计洪水需要分洪时，水流由水库通过常硝闸溢洪道排入北门滩。常硝渠调节闸设置3孔平面铸铁闸门，闸门尺寸3.0m×3.0m。闸底板高程335.00m，闸室段长10.6m，宽13.1m，闸墩顶高程（检修平台高程）339.00m，启闭平台高超343.40m。闸底板厚0.6m、闸墩厚1.0m、过坝段顶板厚0.6m，采用C25钢筋混凝土结构整体浇筑。启闭平台至检修平台间为排架柱，设钢梯连接。闸室段进口设5m长铺盖，采用C20素混凝土结构；进口两侧设八字形翼墙与大坝上游坝坡连接，平面扩散角35°。3.1.3溢洪道溢洪道布置在常硝渠调节闸东南侧，溢洪道（包括常硝渠调节闸）全长65m，其中：桩号溢0-005.00～溢0+000.00为常硝渠调节闸铺盖；桩号溢0+000.00～溢0+010.60为常硝渠调节闸闸室段；桩号溢0+010.60～溢0+033.40为结合段；桩号溢0+033.40～溢0+039.40为溢洪道闸室段，采用C25钢筋混凝土整体浇筑，2孔，每孔净宽3.0m，闸室段长6.0m，宽9.1m，底板高程335.00m，闸墩顶高程（检修平台高程）339.00m，启闭平台高程343.40m，底板厚0.8m、闸墩厚1.0m。启闭平台至检修平台间为排架柱，设钢梯连接；桩号溢0+039.40～溢0+055.00为泄槽段，矩形断面，底宽7m，纵坡1/100，两侧C25钢筋混凝土边墙，墙顶高程338.00m～337.044m，墙顶宽0.6m，C25混凝土浇筑；桩号溢0+055.00～溢0+060.00为防护段，设800mm厚格宾石笼防护。3.1.4大坝安全监测现状大坝无观测设施，除规范要求的巡视检查外，本次设计布置大坝外部变形观测和水位观测。西塬湖水库大坝外部变形观测包括坝面竖向位移观测和垂直坝轴线的水平位移观测。大坝坝顶长2680m，坝轴线不是一条直线，且临北门滩段大坝上下游均有水，因此，外部变形观测断面布设6个，桩号分别为0+200、0+600、1+000、1+300.0、1+700和2+200。大坝变形观测每个断面布设2个点：坝顶上游侧防浪墙顶部设1个、坝顶下游坝肩外2.0m设1个。在大坝两侧2～3km范围内布设2个水准基点。共设测点12个，水准基点2个。另外，大坝桩号0+600.0、1+300.0、0+1700.0断面分别设置一个水位标尺，库区范围内现有北门滩抽水泵站、常硝渠调节闸和引水渠进口处各设置一个水位标尺。
3.2分洪工程设计
北门滩连通闸布置在西滩至中滩之间的S239公路中部，设计流量为9.0m3/s。设置1孔平面铸铁闸门，孔口尺寸3.0m×2.9m，闸底板高程332.00m，顶、底板厚0.8m、闸墩厚1.0m。北门滩分洪闸布置于北门滩东滩大坝东北端，后接分洪渠，由西向东将洪水排至运城盐池。分洪闸设计流量为9.0m3/s，设置为1孔平面铸铁闸门，孔口尺寸3.0m×3.4m，开敞式结构，闸底板高程331.50m，底板厚0.8m、顶板厚0.6m、闸墩厚1.0m。北门滩分洪渠长1.137km，设计流量9.0m3/s，梯形断面，底宽2.0m，渠深2.0m，边坡1∶1，对现状土渠进行清淤，M7.5浆砌石衬砌，尽量不占用耕地。分洪渠沿线更新改造3座机耕桥。3.3排水工程设计现有排水泵站及排水渠建于上世纪60年代，为三级提排，排水渠东起水库西侧盐湖区底张村，西至永济市土桥村，长13.11km，包括引水渠总长0.95m和一、二、三级排水渠渠道长12.16km。3.3.1引水渠引水渠渠道改造方式受占地范围限制，改造方式为清淤、混凝土面板衬砌降糙，最大限度增加现有渠道过流能力，以满足水库排洪要求。引水渠设计流量为8.0m3/s，长0.95km，设计纵坡1/5000，进口底高程334.00m，出口底高程333.81m。根据渠道现状，引水渠横断面型式为梯形，底宽4.0m，边坡1∶1.5，设计水深1.42m，设计渠深2.20m。渠底及设计渠深范围内边坡采用100mm厚C25混凝土衬砌，在混凝土衬砌层下铺设复合土工膜加强渠道防渗，土工膜采用一布一膜。引水渠每8.0m设一道变形缝，缝宽20mm，采用沥青砂浆勾缝。3.3.2排水泵站三级排水泵站均在原站址处拆除旧泵站重建，建筑物布局基本相同，各级泵站上游至下游均由进水闸、进水池、拦污栅、厂房、压力管道、出水池等建筑物组成，泵站进、出水均为正向，装机流量均为10.0m3/s，布置5台机组，单机设计流量均为2.0m3/s，各级泵站的结构布置基本相同，仅在厂房层间高度、进水池和出水池深度、特征水位等方面略有差别，故仅以一级排水泵站为例。进水建筑物：排水泵站进水建筑物包括进水闸、进水池和拦污栅。进水闸布置于上游渠道末端，钢筋混凝土结构，平板铸铁闸门。进水闸设计流量8.0m3/s。闸室段长4.0m，宽9.0m，检修平台与启闭平台高差为3.0m，其间设钢梯连接。进水闸上游均设8.0m长渐变段与引水渠（或上一级排水渠）连接，由渠道的梯形断面渐变到闸室的矩形断面。进水池顶部开敞，采用钢筋混凝土结构，池底高程332.4m，池顶高程337.4m，底板厚0.6m。建筑物基础均座落于低液限粘土上，地基设0.5m厚夯插片石和碎石垫层。主厂房设计：主厂房上部为单层框架结构，平面轴线尺寸26.15×6.9m，安装间高程为室内地坪高程339.0m，安装间地面至厂房主梁底面净距8.0m，主梁高0.8m。厂房内布置5台立式轴流泵，从右至左分别为1#～5#机组，机组间距分别为4.1m、4.2m、4.2m、4.1m。机组中心线至上、下游墙轴线距离均为3.45m。安装间布置于主厂房左侧，宽3.9m；主厂房大门位于左侧边墙中部，门宽3.6m，高4.2m。主厂房基础座落于低液限粘土上，地基设1.0m厚夯插片石，碎石找平层。副厂房设计：副厂房位于主厂房下游侧，平行于主厂房布置，单层砖混结构，长26.15m，进深6.0m，高4.9m，布置中控室、高压开关室、电容器室等。副厂房室内地面高程与主厂房地面齐平。副厂房为普通砖混结构，370mm砖墙，上下游侧墙基础为钢筋混凝土（兼做镇墩），其余采用钢筋混凝土条形基础，底部和顶部各设一道圈梁，屋面板为现浇钢筋混凝土板，厚150mm，梁、柱及屋面板混凝土强度等级均为C25。副厂房室内地面采用C20素混凝土地面，屋面保温、防水作法与主厂房相同。压力管道：本工程各级泵站均为排水泵站，具有扬程低、流量大、出水管道长度短等特点，因此，本工程各泵站压力出水管道均选用钢管。根据各泵站水泵机组配置和管路损失计算结果，各级泵站均布置5根压力出水管道，管道直径为1.0m。出水池：出水池位于主厂房下游侧，开敞式梯形钢筋混凝土结构，上游池壁固定泵站压力出水管道，下游与排水渠道连接。出水池总长10.0m，净宽由12m渐变为3.0m，渐变段底板纵坡1∶5。水池底板厚0.6m，边墙顶厚0.5m，均为现浇钢筋混凝土结构，混凝土强度等级C25，抗渗等级W4，抗冻等级F50。出水池末端通过扭面与下游梯形渠道衔接。
4结语
［关键词］ 钢筋焊接网 水利工程 应用
一、引言
钢筋焊接网是通过专用设备在工厂加工，纵向钢筋和横向钢筋分别以一定间距垂直叠交排列，全部交叉点均通过全自动智能化的GWC型钢筋焊接网生产线用电阻熔接法点焊（低电压、高电流，焊接接触时间一般不超过0.5s）在一起形成的钢筋网片。是一种代替传统人工制作、绑扎的新型、高效、优质的钢筋混凝土结构的建筑钢筋。钢筋焊接网是建设部重点推广应用的新技术之一。
钢筋焊接网即可用于制作钢筋混凝土预制构件，也可用于现浇混凝土结构，大量用于工业与民用建筑的墙板、楼板、屋面板等。在市政、水利工程领域如:混凝土路面、桥面铺装、桥涵挡墙和基础混凝土以及污水处理池、水库等工程中也有广泛用途。焊接网也可利用弯网机弯成各种不同的形状来适应不同构件的需要。目前，焊接网的应用范围已从板类构件为主扩大到包括梁、柱类构件的多种类型结构。
二、钢筋焊接网在国内外的应用与发展
钢筋焊接网是20世纪初在欧洲产生的,德国、美国、意大利、奥地利、法国等欧美国家20世纪初，就对钢筋焊接网混凝土构件的结构性能进行了较多的试验研究，并相继制定了钢筋焊接网标准、图集、规程、使用手册。经近百年的应用与发展,在国外已被建筑界广泛采用。目前德国钢筋混凝土结构中钢筋焊接网的用量己占钢筋总用量的50~65%以上，并且还在继续增长。
在亚太地区钢筋焊接网的应用也得到一定发展。日本、澳大利亚、新加坡等国的焊接网应用较早，在上世纪50年代就制订了焊接网产品标准，并在钢筋混凝土结构规范和设计手册中对焊接网的构造要求等作了专门规定。焊接网已大量用在现浇混凝土板类构件和构筑物中，目前焊接网的产量大约占35%以上。
钢筋焊接网技术是20世纪八十年代末九十年代初引入我国的，10年多来，特别是近几年，得到迅速发展，成为建设部重点推广的新钢种。冷轧带肋钢筋的迅速发展，为焊接网的发展提供良好条件。我国焊接网产品首部标准已于1995年12月起实施，对于指导生产、保证产品质量具有重要的意义。据不完全统计，截止2000年10月，国内应用焊接网的民用与工业房屋建筑工程有500多项。主要用在高层及多层住宅、办公楼、宾馆、医院、学校、仓库、厂房等建筑的楼板、屋面板、墙体、地坪、地下室墙壁、基础以及游泳池的池壁、池底等部位。工程主要分布在珠江三角洲、上海市、江苏省、北京及两湖地区。同期，国内钢筋焊接网在道路、桥梁中的应用也达180多项。
三、钢筋焊接网的特点
1.改善混凝土结构性能、提高钢筋工程质量
钢筋焊接网片是在工厂加工而成，网格间距尺寸、钢筋数量准确，克服了传统人工绑扎时由人工摆放钢筋造成间距尺寸误差大、绑扎质量出现漏扎、缺扣的现象。焊接网的网格尺寸非常规整，远超过手工绑扎网。网片刚度大，弹性好，浇注混凝土时钢筋不易局部弯折、不产生变位，混凝土保护层厚度均匀、易于控制，明显提高钢筋工程质量。由于采用纵、横钢筋点焊成网状结构，达到共同均匀受力起粘结锚的目的，加上钢筋断面的横肋变形、增强了与混凝土的握裹力，使得所形成的混凝土结构受弯构件的结构性能得到改善，有效地防止了混凝土裂缝的产生，提高了钢筋混凝土的内在质量。试验研究分析表明：在混凝土路面内配置焊接网铺装层时，可有效减少70％左右的由于荷载或湿度引起的混凝土表面龟裂。对于混凝土受弯板类构件，使用焊接网可以提高板刚度50％左右，提高抗裂性能约30％，有效减少裂缝宽度约50％。
2.提高生产效率、加快施工进度
钢筋焊接网将原来现场制作的全部工序及90％以上的绑扎成型工序全部进行了工厂化生产，除保证钢筋制作、绑扎的质量外，还可大量降低钢筋安装工时，减少用工数量。从使用焊接网与采用普通绑扎网的比较看，使用焊接网比绑扎网少用人工60％左右，提高钢筋制作安装速度50％左右，大大缩短了工程的施工周期，节约了施工排水费用。并且在工程施工中的排水问题也是工程施工的难点，钢筋焊接网的使用，将会给工程的顺利进展创造良好的条件。
3.节约钢材、净化施工环境
由于焊接钢筋是一种规模化连续生产方式，可以最大限度减少对钢筋加工过程的损耗，据统计，扣除单元搭接所增加的用钢量后还可以节省钢材2％左右。由于采用工厂化专业化生产，按施工进度运到现场后即吊运至作业面，现场不必设钢筋加工场地，即节约了场地又提高了现场管理水平。同时，还可以解决调直钢筋时所产生的噪音污染等问题，促进了现场文明施工。
4.方便质量控制和工程验收
采用按照产品标准生产的合格焊接网，在安装和验收过程中，只要严格控制和检查网片的搭接长度和锚固长度就可以保证安装质量。安装简单，检查方便。可以有效避免因人为影响而造成的钢筋根数误差和规格错误。免去了验收时检查钢筋规格、间距、钢筋漏扎、绑扎不牢固和错扎等大量的繁琐工作。
四、在水利工程中推广使用尚需合理解决的问题
钢筋焊接网作为钢筋工程的技术进步的确有许多优点，钢筋施工走焊接网道路是世界钢筋工业发展的潮流。焊接网既是一种新型、高性能结构材料，也是一种高效施工技术，是钢筋施工由手工操作向工厂化、商品化的根本转变。目前，该技术在建筑、道路等领域中的应用，已趋于成熟。在水利工程中推广使用时，尚需处理好以下几点：
1.深入了解钢筋焊接网的性能特点，选择能充分发挥其优势的工程进行合理应用。可由易到难，先在远距离调水工程的倒虹吸、暗渠及桥面铺装等构件上应用。注意总结经验，同时积极准备在其它构件中试点应用。
2.做好合理的设计，目前，水工专业还没有使用焊接网的技术标准，可参照《钢筋焊接网混凝土结构技术规程》进行设计计算，选择合理的钢筋焊接网规格和铺设方向，解决好焊接网片的搭接处理。由于焊接网生产企业企业加工装备原因，目前还难以做到任意定制规模尺寸的钢筋焊接网，仍存在最经济规格尺寸的问题。
