探析水工建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵問(wèn)題

姚大偉

（邵陽(yáng)市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院　湖南省邵陽(yáng)市　422000）

1　水工建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概述

水工建筑是指通過(guò)修建堤壩、水閘、渡槽等水工建筑物對(duì)水資源進(jìn)行調(diào)控，通過(guò)這些水工建筑物的興建來(lái)預(yù)防或控制洪澇災(zāi)害和干旱災(zāi)害，滿足社會(huì)生產(chǎn)和人民生活的需要。水工建筑規(guī)模比較大，工期比較長(zhǎng)，相比其他建筑工程，水利工程的施工難度更大，在水利工程設(shè)計(jì)階段，需要對(duì)工程所在地的地形地貌、水文地質(zhì)條件、氣候條件、人文環(huán)境等各種情況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查。

2　水工建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題

2.1　水利工程建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)

水工建筑的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是對(duì)水工建筑物的整體框架進(jìn)行的設(shè)計(jì)與規(guī)劃，具體包括水閘和大壩以及一些配套設(shè)施，比如管理用房等。由于水工建筑本身具有的重要社會(huì)價(jià)值，設(shè)計(jì)人員在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中需要在詳細(xì)勘查項(xiàng)目所在地的基礎(chǔ)上，保證水工建筑總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)、合理、完整、配套，同時(shí)也要滿足國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)以及工程合同的要求，保證水工建筑物的實(shí)用性和適用性。在水工建筑的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，要重點(diǎn)關(guān)注水閘的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與規(guī)劃，水閘決定了水工建筑物是否能夠充分實(shí)現(xiàn)排水功能與止水功能，排水與止水功能是水工建筑物非常重要的功能。

2.1.1水閘設(shè)計(jì)

在進(jìn)行水閘設(shè)計(jì)時(shí)，首先要考慮對(duì)排水效果影響最大的消力池排水孔的設(shè)計(jì)，為了降低護(hù)坦排水壓力，要在護(hù)坦后面設(shè)置一定數(shù)量的排水孔，讓排水孔呈垂直分布狀態(tài)，在水流通過(guò)水閘時(shí)，水流壓強(qiáng)下降，這時(shí)的水流壓強(qiáng)是可控的。在水流通過(guò)排水孔時(shí)，水流壓力被吸出。

2.1.2排水孔的設(shè)計(jì)

排水孔的設(shè)計(jì)主要包括消力池排水孔設(shè)計(jì)和翼墻排水孔設(shè)計(jì)。

（1）設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行翼墻排水孔的設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于單一水頭水閘，可以在兩個(gè)位置上設(shè)置排水孔，一個(gè)是水流下流的翼墻位置，另外一個(gè)是水流周邊的護(hù)坡位置。同時(shí)需要注意將反滲層設(shè)計(jì)在擋土墻一邊的孔口位置，以確保水工建筑能夠高效排水。與此同時(shí)，要加強(qiáng)對(duì)翼墻的防滲處理，降低水流沖擊效果，可以考慮在水流進(jìn)口位置的翼墻多設(shè)置幾個(gè)排水口，以確保水工建筑水閘結(jié)構(gòu)的運(yùn)行效率。

（2）設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行消力池排水孔設(shè)計(jì)時(shí)，可以在護(hù)坦后面設(shè)計(jì)一定數(shù)量的垂直分布的排水孔，這種設(shè)計(jì)可以將水流在流經(jīng)水閘的過(guò)程中，將水流壓強(qiáng)降到可控范圍內(nèi)，由于水流在通過(guò)消力池排水孔時(shí)，會(huì)導(dǎo)致水流壓力被從孔中吸出，使消力池底板結(jié)構(gòu)被帶出，需要在設(shè)計(jì)時(shí)著重考慮減少消力池底部對(duì)水流壓強(qiáng)差與滲透壓力的影響。

2.1.3水閘位置的選擇問(wèn)題

設(shè)計(jì)師在進(jìn)行水利工程建筑水閘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，還要重點(diǎn)考慮水閘的位置設(shè)計(jì)問(wèn)題。在進(jìn)行水閘位置選擇時(shí)：①注意水閘結(jié)構(gòu)的外形要與其他水利工程建筑保持一致；②能夠滿足防洪要求，并能夠滿足周邊居民的生產(chǎn)生活用水的需求；水閘位置的設(shè)計(jì)要符合我國(guó)的相關(guān)法規(guī)和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的要求，與此同時(shí)也要滿足項(xiàng)目合同的約定。

2.2　混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

混凝土結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性、耐久性等特點(diǎn)，目前在我國(guó)的水工建筑中應(yīng)用比較廣泛，但由于我國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用于水利工程的時(shí)間并不長(zhǎng)，而且相關(guān)經(jīng)驗(yàn)也比較少，所以在具體進(jìn)行施工的過(guò)程中，可能會(huì)遇到一些問(wèn)題，比如混凝土材料的配比問(wèn)題、岔管設(shè)計(jì)不當(dāng)問(wèn)題、襯砌滲漏問(wèn)題、圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問(wèn)題、溫度濕度的控制問(wèn)題以及混凝土養(yǎng)護(hù)問(wèn)題等等。這些問(wèn)題一定程度上源于水利工程項(xiàng)目的基礎(chǔ)資料的不詳實(shí)以及前期對(duì)項(xiàng)目所在地的勘查工作不夠細(xì)致。因此混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提是要保證基礎(chǔ)資料的真實(shí)、準(zhǔn)確和完整。

2.2.1材料配比問(wèn)題

混凝土是由粗骨料、細(xì)骨料、水泥、水等多種原料攪拌振搗而成的復(fù)合建筑材料，有時(shí)為了具體施工的需要還會(huì)添加各種混凝土添加劑，比如引氣劑、緩凝劑、速凝劑等。在實(shí)際施工過(guò)程中，根據(jù)不同的施工要求，對(duì)于混凝土的各種材料的配比也各不相同，比如水分的增加，而水泥減少，則會(huì)導(dǎo)致最終配置的混凝土標(biāo)號(hào)降低，在施工中出現(xiàn)麻面和氣孔等情況，進(jìn)而影響混凝土結(jié)構(gòu)的安全性。

2.2.2岔管設(shè)計(jì)問(wèn)題

由于我國(guó)目前還沒(méi)有比較完善的岔管設(shè)計(jì)規(guī)范，這使得施工人員很難把握岔管設(shè)計(jì)的承壓能力，特別是在地形地貌比較復(fù)雜的情況下，經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)計(jì)不合理的狀況，甚至對(duì)水利工程建筑物的整體安全性與可靠性造成影響。

2.2.3襯砌滲漏問(wèn)題

襯砌滲漏的主要原因是由于混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了裂縫，如果不能有效解決滲漏問(wèn)題，將會(huì)對(duì)水利工程建筑物造成嚴(yán)重影響，裂縫問(wèn)題主要由以下幾個(gè)原因引起。

（1）混凝土模板設(shè)計(jì)的不合理，在進(jìn)行模板的安裝和拆卸工作時(shí)，沒(méi)有按照標(biāo)準(zhǔn)流程和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

（2）通道位置設(shè)計(jì)問(wèn)題，在通道施工的過(guò)程中，通道上方出現(xiàn)沉降就會(huì)對(duì)襯砌產(chǎn)生較大壓力，導(dǎo)致混凝土裂縫出現(xiàn)。

（3）混凝土運(yùn)輸時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，混凝土的和易性受到影響，沒(méi)有嚴(yán)格按照初凝和終凝時(shí)間對(duì)混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。混凝土使用前，沒(méi)有充分?jǐn)嚢韬驼駬v，造成離析，影響混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（4）混凝土沒(méi)有進(jìn)行科學(xué)的養(yǎng)護(hù)。混凝土標(biāo)準(zhǔn)的養(yǎng)護(hù)時(shí)間為28d，濕度不低于95%。在混凝土養(yǎng)護(hù)的過(guò)程中，要重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)溫度和濕度的控制，減少混凝土表面暴露時(shí)間，防止水分快速蒸發(fā)。把混凝土的里表溫差和表面降溫速度控制在合理的范圍內(nèi)，最終達(dá)到控制混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量，優(yōu)化混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的。

2.2.4襯砌的優(yōu)化設(shè)計(jì)

襯砌設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員要根據(jù)工程設(shè)計(jì)要求和圍巖承載力來(lái)確定襯砌方式。襯砌可分為開裂和抗裂兩種，通過(guò)襯砌與圍巖進(jìn)行聯(lián)合作用模擬，形成二次應(yīng)力，把襯砌配筋量控制在合理的范圍內(nèi)，達(dá)到最佳支撐效果。

2.2.5大體積混凝土溫度和濕度問(wèn)題

對(duì)于水工建筑大體積混凝土結(jié)構(gòu)的溫度計(jì)算主要包括應(yīng)力、抗裂性、溫度場(chǎng)三個(gè)方面。一般運(yùn)用限元法和差分法進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算與溫度場(chǎng)計(jì)算，在應(yīng)力計(jì)算的過(guò)程中，要綜合考慮混凝土變化而產(chǎn)生的應(yīng)力松弛問(wèn)題。不同配比的情況下需要進(jìn)行試驗(yàn)值與計(jì)算值的比較分析。

3　提升水工建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的建議

3.1　確保相關(guān)設(shè)計(jì)資料的完整性、準(zhǔn)確性和系統(tǒng)性

水工建筑設(shè)計(jì)人員要不斷提升自身的專業(yè)水平與綜合素質(zhì)，并綜合各種基礎(chǔ)資料和項(xiàng)目所在地的實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在進(jìn)行水利工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，基礎(chǔ)資料的完整和準(zhǔn)確對(duì)水利工程設(shè)計(jì)起到了關(guān)鍵作用，只有在設(shè)計(jì)人員對(duì)項(xiàng)目所在地的地形地貌、氣候條件、生態(tài)環(huán)境、周邊居民的生產(chǎn)生活等各種因素進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查和分析的情況下，才能有效提升水工建筑的設(shè)計(jì)水平。

3.2　加強(qiáng)監(jiān)管工作

水工建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要嚴(yán)格按照國(guó)家相關(guān)規(guī)范和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行，相關(guān)管理部門要對(duì)水工項(xiàng)目加強(qiáng)監(jiān)督和管理，設(shè)計(jì)文件要及時(shí)報(bào)相關(guān)部門進(jìn)行審批備案。

4　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，由于水利工程對(duì)于人類社會(huì)的生產(chǎn)生活和生態(tài)環(huán)境改善具有重要作用，社會(huì)各界對(duì)于水利工程項(xiàng)目的關(guān)注程度在不斷提高，水利工程建筑在項(xiàng)目設(shè)計(jì)與施工中還存在一些問(wèn)題，需要進(jìn)一步的研究和探討以及相關(guān)技術(shù)的不斷提高和完善，進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)的水利事業(yè)發(fā)展，為構(gòu)建環(huán)境友好型、資源節(jié)約型社會(huì)提供基本保障。

[1]朱建生.水工建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵問(wèn)題探討[J].河南水利與南水北調(diào)，2018，47（01）：62～63.

[2]馬光怡.水利工程建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題及對(duì)策[J].黑龍江科技信息，2017（12）：223.