水工建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計部分關(guān)鍵問題探討

文/秦亞楠，黔西南州大型灌區(qū)管理局

1 水工建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的概述

水工建筑是指通過修建堤壩、水閘、渡槽等水工建筑物對水資源進行調(diào)控，通過這些水工建筑物的興建來預(yù)防或控制洪澇災(zāi)害和干旱災(zāi)害，滿足社會生產(chǎn)和人民生活的需要。水工建筑相比其他建筑工程，一般具有規(guī)模較大、工期較長、施工難度更大的特點，在水利工程設(shè)計階段，需要對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)境等各種情況進行詳細調(diào)查，在此基礎(chǔ)上進行嚴謹計算，綜合比選。

2 水木建筑主要材料的分析

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(jié)構(gòu)的主要原材料。為了能夠保證水工混凝土結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，就應(yīng)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(jié)構(gòu)，想要選用其原材料，一定要讓全部技術(shù)性能指標都能達到標準要求；碎石骨料的有害物質(zhì)一旦超過標準，水泥的化學(xué)反應(yīng)就會受到影響，混凝土構(gòu)件的強度就會降低，骨料和水泥膠體的黏結(jié)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(dāng)混凝土進行攪拌施工時，質(zhì)量控制管理人員需要按照現(xiàn)場檢測的結(jié)果實時對原材料的調(diào)配進行完善。例如，在現(xiàn)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(xiàn)場檢測的含水率實時調(diào)動混凝土配比中的實際用水量及集料調(diào)配比例。

3 水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的根基

3.1 對水工混凝土的結(jié)構(gòu)極限進行確定

承載能力和正常使用是極限的兩種狀態(tài)。對于承載力狀態(tài)來說，它的標準是結(jié)構(gòu)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(shè)計依據(jù)是在水工重力壩擋水的結(jié)構(gòu)中受壓破壞的極限承載力，最大拉應(yīng)力要在小于規(guī)定的某一個比較低的應(yīng)力限值內(nèi)。所以，對于類似的水工結(jié)構(gòu)來說，為了防止產(chǎn)生裂縫，要增加設(shè)計一個應(yīng)力約束極限狀態(tài)，對其混凝土的不連續(xù)點進行檢測。

3.2 對裂縫進行控制

對裂縫進行控制是水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一個關(guān)鍵問題。因為水利工程中的大多數(shù)結(jié)構(gòu)都是遭到裂縫寬度來控制的，和承載力沒有關(guān)系，因此，為了防止產(chǎn)生裂縫，應(yīng)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(huán)境、荷載本質(zhì)、水壓力變化和結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的不同而變化。當(dāng)前，裂縫控制只對標準的彎拉構(gòu)件有效，但是，大部分的水工建設(shè)結(jié)構(gòu)都是不標準的杠桿系統(tǒng)，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(gòu)件的抗裂性，把斷面的作用力變形造成的裂紋而出現(xiàn)的開度作為其制定設(shè)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(tài)。

4 水工建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵問題

4.1 水利工程建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計

4.1.1 水閘設(shè)計

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

4.1.2 排水孔的設(shè)計

排水孔的設(shè)計主要包括消力池排水孔設(shè)計和翼墻排水孔設(shè)計。設(shè)計人員在進行翼墻排水孔的設(shè)計時，對于單一水頭水閘，可以在兩個位置上設(shè)置排水孔，一個是水流下流的翼墻位置，另外一個是水流周邊的護坡位置。同時需要注意將反滲層設(shè)計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，要加強對翼墻的防滲處理，降低水流沖擊效果，可以考慮在水流進口位置的翼墻多設(shè)置幾個排水口，以確保水工建筑水閘結(jié)構(gòu)的運行效率。設(shè)計人員在進行消力池排水孔設(shè)計時，可以在護坦后面設(shè)計一定數(shù)量的垂直分布的排水孔，這種設(shè)計可以將水流在流經(jīng)水閘的過程中，將水流壓強降到可控范圍內(nèi)，由于水流在通過消力池排水孔時，會導(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)計時著重考慮減少消力池底部對水流壓強差與滲透壓力的影響。

4.1.3 水閘位置的選擇問題

設(shè)計師在進行水利工程建筑水閘結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，還要重點考慮水閘的位置設(shè)計問題。在進行水閘位置選擇時：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；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)計要符合我國的相關(guān)法規(guī)和強制性標準的要求，與此同時也要滿足項目合同的約定。

5 提升水工建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計水平的建議

5.1 確保相關(guān)設(shè)計資料的完整性、準確性和系統(tǒng)性

水工建筑設(shè)計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)資料和項目所在地的實際情況來進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計。在進行水利工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，基礎(chǔ)資料的完整和準確對水利工程設(shè)計起到了關(guān)鍵作用，只有在設(shè)計人員對項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)生活等各種因素進行詳細的調(diào)查和分析的情況下，才能有效提升水工建筑的設(shè)計水平。

5.2 加強監(jiān)管工作

水工建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要嚴格按照國家相關(guān)規(guī)范和強制性標準來進行，相關(guān)管理部門要對水工項目加強監(jiān)督和管理，設(shè)計文件要及時報相關(guān)部門進行審批備案。

6 結(jié)束語

綜上所述，在水利工程生產(chǎn)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(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計時，應(yīng)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(shè)計和止水閘設(shè)計進行強化，監(jiān)測大型水工建筑物，確保其安全的同時評估其工作狀況。