水闸老化病害检测技术与加固策略探讨

摘要：水闸是水利工程的关键设施，其安全运行至关重要。本文阐述水闸常见老化病害类型，探讨相应检测技术，包括外观检查、无损检测、结构应力监测及地基检测等，提出如结构加固、耐久性修复、地基处理和设备更新改造等加固策略，旨在保障水闸安全运行与延长寿命，为水闸维护提供技术与决策参考，推动水利工程可持续发展。

关键词：水闸；老化病害；检测技术；加固策略

一、引言

水闸在水利枢纽中承担调控水位、宣泄洪水与引水灌溉等关键任务，其运行状况直接关联水利工程整体效益及周边地区的安全发展。然而，受水流冲刷、水位变化、干湿交替、冻融循环和荷载作用等多种因素长期影响，水闸结构易出现老化病害，若不及时检测与处理，将威胁水闸安全稳定，甚至引发工程事故，造成经济损失与社会影响。因此，研究水闸老化病害检测技术与加固策略意义重大且紧迫。

二、水闸常见老化病害类型

（一）结构裂缝

水闸结构裂缝是最为常见的病害之一，其产生原因较为复杂。可能是由于混凝土在浇筑过程中因温度应力、收缩应力未得到有效控制而产生裂缝；也可能是由于结构受力不均，如地基不均匀沉降、水压力过大等因素导致结构产生拉应力超过混凝土的抗拉强度而出现裂缝。裂缝的存在不仅会影响水闸的外观，更重要的是会降低结构的整体性和耐久性，为水分和侵蚀性介质进入结构内部提供通道，加速混凝土和钢筋的劣化。

（二）混凝土碳化与钢筋锈蚀

混凝土碳化是指空气中的二氧化碳与混凝土中的氢氧化钙发生化学反应，导致混凝土的碱性降低。随着碳化深度的增加，当碳化前沿达到钢筋表面时，钢筋表面的钝化膜遭到破坏，在有氧和水的条件下，钢筋开始发生锈蚀。钢筋锈蚀会使其体积膨胀，进一步导致混凝土开裂、剥落，严重削弱结构的承载能力和耐久性。

（三）地基沉降与滑移

水闸地基在长期荷载作用下以及受到地基土的性质、地下水位变化等因素影响，可能会出现沉降现象。如果地基沉降不均匀，将会引起水闸结构的倾斜、开裂，影响水闸的正常运行和安全。此外，在一些地基条件较差的地区，如软土地基，水闸还可能存在地基滑移的风险，这将对水闸的稳定性造成极大威胁。

（四）止水失效

水闸的止水装置用于防止闸室与上下游连接部位以及各结构缝之间的漏水。随着时间的推移，止水材料可能会因老化、磨损、变形或施工质量等问题导致止水失效，出现漏水现象。漏水不仅会造成水资源的浪费，还可能会引起水闸基础的冲刷和淘空，影响水闸的安全。

（五）闸门与启闭机老化

闸门在长期的使用过程中，可能会出现门体变形、腐蚀、磨损等问题，影响闸门的止水性能和开启关闭的灵活性。启闭机作为控制闸门升降的设备，其机械部件如齿轮、传动轴、制动器等可能会因磨损、疲劳、润滑不良等原因出现故障，电气控制系统也可能会出现老化、失灵等问题，从而危及水闸的正常运行和操作人员的安全。

三、水闸老化病害检测技术

（一）外观检查

外观检查是最基本、最直观的检测方法，通过对水闸的闸墩、底板、翼墙、闸门、启闭机等部位进行全面的目视检查，记录结构表面的裂缝分布、宽度、长度、深度（可结合简单的工具如裂缝测宽仪、深度仪等进行初步测量）、混凝土剥落、钢筋外露、止水装置损坏等情况。同时，检查水闸周围的地面是否有异常沉降、隆起或裂缝，以及上下游河道的冲刷、淤积情况等，为进一步的检测和分析提供基础资料。

（二）无损检测技术

1. 回弹法

回弹法是利用回弹仪测定混凝土表面的硬度，根据回弹值与混凝土抗压强度之间的相关性来推定混凝土的强度。该方法操作简便、快速，对结构无损伤，但检测结果受混凝土表面质量、碳化深度等因素影响较大，一般适用于混凝土强度的初步检测和大面积普查。

2. 超声法

超声法是通过测量超声波在混凝土中的传播速度、波幅、频率等参数，来推断混凝土的内部缺陷（如空洞、裂缝、疏松等）、密实度以及强度等情况。超声法检测精度较高，能够检测到混凝土内部较深处的缺陷，但对检测人员的技术水平和经验要求较高，且需要事先建立相应的波速与混凝土性能之间的关系曲线。

3. 雷达法

雷达法利用高频电磁波对混凝土结构进行扫描，根据电磁波在不同介质中的反射特性来探测混凝土内部的钢筋分布、缺陷以及结构厚度等信息。雷达法具有检测速度快、分辨率高、对结构无损伤等优点，能够实现大面积的快速检测，但对于含水量较高的混凝土以及深层缺陷的检测效果可能受到一定限制。

（三）结构应力监测

为了掌握水闸结构在运行过程中的受力状态，可在关键部位如闸墩、底板、闸门等布置应力传感器，实时监测结构的应力变化情况。应力监测方法包括电阻应变片法、光纤光栅传感技术等。电阻应变片法是将应变片粘贴在结构表面，通过测量应变片电阻值的变化来计算结构的应变和应力，该方法技术成熟、精度较高，但存在长期稳定性差、易受环境因素影响等缺点；光纤光栅传感技术则具有抗电磁干扰、耐腐蚀、灵敏度高、可实现分布式测量等优点，在水闸结构应力监测中得到了越来越广泛的应用。

（四）地基检测方法

1. 沉降观测

在水闸基础及周边设沉降观测点，用测量仪器定期测高程变化，直观反映地基沉降，为判断地基稳定性与水闸安全提供依据。

2. 地基承载力检测

对怀疑承载力不足的地基，可用静载荷试验、动力触探试验检测。静载荷试验逐级加荷测沉降确定承载力；动力触探试验依探头入土情况判断地基土密实度与承载力。

四、水闸加固策略

（一）结构加固方法

1. 增大截面法

在原结构构件表面增钢筋混凝土层，提高承载能力与刚度。工艺简单成熟，适用于多种构件，但会增自重，影响基础，设计施工需考虑并采取措施。

2. 粘贴碳纤维法

将碳纤维材料用粘结剂贴在构件受拉表面，利用其高强度、高模量提高承载与抗裂性能。优点多，适用于对自重和外观要求高的场合，但防火性能差，需注意防火。

3. 预应力加固法

对结构施加预应力，抵消外荷载效应，提高承载与抗裂性能。适用于大跨度、动荷载大及变形控制要求高的结构，但技术要求高，预应力损失控制关键。

（二）耐久性修复措施

1. 混凝土表面防护

混凝土表面碳化、剥落轻微时，可涂刷防护涂料或用聚合物水泥砂浆修补，阻止侵蚀介质侵入，提高密实度与耐久性。

2. 钢筋锈蚀修复

钢筋锈蚀轻，可用除锈剂处理后涂防锈漆或阻锈剂；锈蚀重，需更换或补筋加固，同时修复混凝土，确保粘结性能。

（三）地基处理措施

1. 灌浆加固法

将浆液注入地基土，填充孔隙裂隙，改善物理力学性质，提高承载力与稳定性，适用于地基土松散、空洞等问题及防渗处理，施工需选好浆液与参数。

2. 桩基础加固法

对沉降大、承载力不足的水闸，设桩基础将荷载传至深部地层。桩型依地质和工程选，施工难、成本高，但加固效果好，能解决地基稳定性问题。

五、结论

水闸老化病害问题严峻，关乎水利工程安全与可持续发展。运用先进检测技术能及时发现病害，为加固策略提供依据。针对不同病害采取相应加固措施，可提高水闸性能与寿命，确保其发挥作用。实际工程中应综合考虑多因素选最优方案，加强日常维护管理与检测评估，建立制度预防病害。未来，检测与加固技术将持续创新完善，如新型无损检测更精准高效，智能化加固材料与技术应用，基于新技术的水闸健康监测管理系统发展，将为水闸安全运行提供更强有力保障，推动水利事业进步。

参考文献：

[1] 赵海涛， 黄伟. 水闸病害检测与评估技术综述[J]. 水利水运工程学报， 2022（03）： 120-128.

[2] 张帆， 陈宏. 基于无损检测技术的水闸混凝土结构病害诊断[J]. 人民长江， 2021， 52（09）： 187-191.