水工建筑結構設計關鍵問題探討

李磊

摘 要：對水利設施設備進行保護并容納是水工建設的主要作用，水工建筑結構的設計是確保其安全可靠的重要因素。通過對水工建筑物結構設計的重點進行深刻的探討和分析，選取適合的水工建筑原料，著重設計裂縫和止水閥，為了充分了解其工作狀態，要對水工建筑完工后進行有效監控，提出相關的建議并加以解決，以供人們參考。

關鍵詞：水工建筑；結構設計；關鍵問題；探討

中圖分類號：TV331 文獻標志碼：A

0 前言

容納和保護水利設施設備是水工建筑的主要作用，利用水利工程師或土木工程師來對其進行結構設計，所以，對于水工建筑物結構的功能設計來說，其具有穩定可靠的特點。但是從目前來看，雖然水利工程有整體上升的趨勢，但是也面臨著各種各樣的問題。在個別結構設計中還有很多不足，例如，不能夠普遍適用且不耐用，這在一定程度上影響著生產和生活，因此，應該對結構質量控制進行提高，確保水利能夠更好地發展的同時還能夠滿足人們生活的需求。通過分析水利建筑工程結構設計，找到存在的問題并加以解決。

1 水木建筑材料

混凝土是水木建筑的主要材料，而碎石、砂、水泥和外加劑等是混凝土結構的主要原材料。為了能夠保證水工混凝土結構的施工質量，就應該在采用合適的混凝土原材料之前，嚴格檢查水工混凝土的結構，想要選用其原材料，一定要讓全部技術性能指標都能達到標準要求；碎石骨料的有害物質一旦超過標準，水泥的化學反應就會受到影響，混凝土構件的強度就會降低，骨料和水泥膠體的黏結就會削弱；將早強劑、緩凝劑和粉煤灰進行合理的投入，可以對混凝土的流動性進行改良，在一定程度上能夠減少水化熱。當混凝土進行攪拌施工時，質量控制管理人員需要按照現場檢測的結果實時對原材料的調配進行完善。例如，在現場想要確定砂子的含水率時，就可以利用干炒的方式，按照現場檢測的含水率實時調動混凝土配比中的實際用水量及集料調配比例。

2 水工建筑混凝土結構設計的根基

2.1 對水工混凝土的結構極限進行確定

承載能力和正常使用是極限的兩種狀態。對于承載力狀態來說，它的標準是結構材料的強度要大于極限承載的破壞能力，或者由于嚴重變形而不能夠再承載，其設計依據是在水工重力壩擋水的結構中受壓破壞的極限承載力，最大拉應力要在小于規定的某一個比較低的應力限值內。所以，對于類似的水工結構來說，為了防止產生裂縫，要增加設計一個應力約束極限狀態，對其混凝土的不連續點進行檢測。

2.2 對裂縫進行控制

對裂縫進行控制是水工混凝土結構設計中的一個關鍵問題。因為水利工程中的大多數結構都是遭到裂縫寬度來控制的，和承載力沒有關系，因此，為了防止產生裂縫，應該選取最佳的解決方法。由于耐久性對不同寬度的裂縫有不一樣的要求，所以要通過綜合考慮所處環境、荷載本質、水壓力變化和結構使用的年限來將其辨別，對允許裂縫的寬度進行判定。從理論上來看，正常使用的耐久性指標會隨著安全等級結構的不同而變化。當前，裂縫控制只對標準的彎拉構件有效，但是，大部分的水工建設結構都是不標準的杠桿系統，對于水工混凝土裂縫控制來說，怎樣控制裂縫寬度是需要解決的問題。評估并計算鋼筋混凝土構件的抗裂性，把斷面的作用力變形造成的裂紋而出現的開度作為其制定設計的標準，并在其過程中要考慮到混凝土與鋼筋在實際操作中的極限狀態。

3 對水閘設計問題進行分析

水閘工程設計影響著水工建筑的排水和止水。對于水利工程來說，水閘被廣泛適用其中。想要延長建筑物的使用年限，必須做好水閘的排水和止水工程。所以，我們通過分析水閘工程的消力池排水孔、翼墻排水孔以及止水伸縮縫，找出問題并加以解決。

3.1 消力池排水孔

水閘排水問題有很多，消力池的底板排水是其一，想要減少護坦下面的滲透壓力，就應該把垂直排水孔安放在水平護坦的后半部分，并在孔的下面架設濾層。水流在出閘之后，利用平穩整流和陡坡斷流，最終流向消力池水平的底部，與此同時，收縮水深會在陡坡段末尾與底板水平地方的交界處產生，因為此處的動能和流速水頭都比較大，壓強水頭比較小。一旦在此處安裝垂直排水孔，利用流速高和壓強低或者是垂直排水孔下的細粒構造在底部大壓力的影響下，非常容易從孔中吸出去，隨著時間的流逝就會將底板挖空。所以，在消力池底部的末尾安裝垂直排水孔，有利于將底板中的水量通過消力池的垂直排水孔流出，這在一定程度上降低了消力池底板滲透壓力的影響。

3.2 翼墻排水孔

為了能排出滲水，可以將排水孔安裝在單向水頭水閘下游翼墻和護坡中，在擋土墻一端的孔口下安裝反濾層。與此同時，應該在進口翼墻處安裝水孔，加大滲水的口徑，促使上流的水流能夠徑直從孔中滲透到墻后，這在一定程度上減少了翼墻防滲，降低了抗沖強度。如果想要繞滲垂直流入到插入河岸墻后，就應該縮小滲透口徑，加大其滲流。

3.3 止水伸縮縫

在設置多空閘的閘室底板時，應該順著垂直水流的方向來對其進行分段，同時在水流方向設置永久縫，這樣有利于防止混凝土干縮、地基沉淀不均和由于溫度而產生的裂縫等。在水利建筑水閘的過程中，止水伸縮縫會由于各種原因出現滲漏問題，這主要是由于施工導致。在施工時，止水片的水泥渣和油漬沒有清理干凈，導致和混凝土不能很好地連接而引起的滲漏。因此，要在模板安全之前設置脫模機，同時在倉外操作，還要按照標準要求來購買止水材料，除此之外，在金屬片接縫焊接時，應該選用和母材相似的材料。對于在止水片處混凝土澆筑由于不緊密而導致滲漏的問題來說，必須認真振搗止水處混凝土，要求振搗工人具有嫻熟的技術，欠振和爛振都不可以，另外，為了確保振搗細密，混凝土應該有很好的和易性。對于止水伸縮滲漏問題，應該積極預防，按照標準要求進行，這在一定程度上確保了水閘設計的質量要求。

4 安全監控

在水工建筑中有經濟價值比較高、影響力比較大的工程，對其應該在施工后進行相應的安全監控。如果水工建筑在使用過程中出現損壞，一般都會有預兆，在日常中，及時監測水工建筑的每個方面，不停分析并計算監測數據，這樣有利于更精準的評價其工作狀況，一旦發現問題能夠快速地進行解決，與此同時，數據的積累程度影響著今后的工作進展。水工建筑物的監控內容可以分為3個方面：一是對原型進行觀察檢測；二是對監控進行分析；三是評估建筑物的工作狀態。利用在監測儀器上獲取的數據，對其進行管理分析，這對水工建筑物的工作狀況進行評估和預警有很好的促進作用。

結語

在水利工程生產和人們的日常生活中，水工建筑被普遍的運用，對水工建筑結構設計進行強化是非常重要的。由于水工建筑具有特殊性，在對其進行設計時，應該從多方面著手，將其安全性、耐久性以及適用性進行提升，同時還要選取合適的混凝土材料，對裂縫設計和止水閘設計進行強化，監測大型水工建筑物，確保其安全的同時評估其工作狀況。

參考文獻

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