探析水工建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵問題

姚大偉

（邵陽市水利水電勘測設(shè)計院　湖南省邵陽市　422000）

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。水工建筑規(guī)模比較大，工期比較長，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。

2　水工建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵問題

2.1　水利工程建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計

水工建筑的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計是對水工建筑物的整體框架進行的設(shè)計與規(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價值，設(shè)計人員在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中需要在詳細勘查項目所在地的基礎(chǔ)上，保證水工建筑總體結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學、合理、完整、配套，同時也要滿足國家強制標準以及工程合同的要求，保證水工建筑物的實用性和適用性。在水工建筑的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，要重點關(guān)注水閘的結(jié)構(gòu)設(shè)計與規(guī)劃，水閘決定了水工建筑物是否能夠充分實現(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

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。

2.1.2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。

（1）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。

（2）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。

2.1.3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：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。

2.2　混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計

混凝土結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性、經(jīng)濟性、耐久性等特點，目前在我國的水工建筑中應(yīng)用比較廣泛，但由于我國混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用于水利工程的時間并不長，而且相關(guān)經(jīng)驗也比較少，所以在具體進行施工的過程中，可能會遇到一些問題，比如混凝土材料的配比問題、岔管設(shè)計不當問題、襯砌滲漏問題、圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問題、溫度濕度的控制問題以及混凝土養(yǎng)護問題等等。這些問題一定程度上源于水利工程項目的基礎(chǔ)資料的不詳實以及前期對項目所在地的勘查工作不夠細致。因此混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的前提是要保證基礎(chǔ)資料的真實、準確和完整。

2.2.1材料配比問題

混凝土是由粗骨料、細骨料、水泥、水等多種原料攪拌振搗而成的復合建筑材料，有時為了具體施工的需要還會添加各種混凝土添加劑，比如引氣劑、緩凝劑、速凝劑等。在實際施工過程中，根據(jù)不同的施工要求，對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，則會導致最終配置的混凝土標號降低，在施工中出現(xiàn)麻面和氣孔等情況，進而影響混凝土結(jié)構(gòu)的安全性。

2.2.2岔管設(shè)計問題

由于我國目前還沒有比較完善的岔管設(shè)計規(guī)范，這使得施工人員很難把握岔管設(shè)計的承壓能力，特別是在地形地貌比較復雜的情況下，經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)計不合理的狀況，甚至對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題，將會對水利工程建筑物造成嚴重影響，裂縫問題主要由以下幾個原因引起。

（1）混凝土模板設(shè)計的不合理，在進行模板的安裝和拆卸工作時，沒有按照標準流程和規(guī)范標準進行。

（2）通道位置設(shè)計問題，在通道施工的過程中，通道上方出現(xiàn)沉降就會對襯砌產(chǎn)生較大壓力，導致混凝土裂縫出現(xiàn)。

（3）混凝土運輸時間過長，混凝土的和易性受到影響，沒有嚴格按照初凝和終凝時間對混凝土進行養(yǎng)護?；炷潦褂们?，沒有充分攪拌和振搗，造成離析，影響混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（4）混凝土沒有進行科學的養(yǎng)護?；炷翗藴实酿B(yǎng)護時間為28d，濕度不低于95%。在混凝土養(yǎng)護的過程中，要重點加強對溫度和濕度的控制，減少混凝土表面暴露時間，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)計的目的。

2.2.4襯砌的優(yōu)化設(shè)計

襯砌設(shè)計過程中，設(shè)計人員要根據(jù)工程設(shè)計要求和圍巖承載力來確定襯砌方式。襯砌可分為開裂和抗裂兩種，通過襯砌與圍巖進行聯(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)，達到最佳支撐效果。

2.2.5大體積混凝土溫度和濕度問題

對于水工建筑大體積混凝土結(jié)構(gòu)的溫度計算主要包括應(yīng)力、抗裂性、溫度場三個方面。一般運用限元法和差分法進行應(yīng)力計算與溫度場計算，在應(yīng)力計算的過程中，要綜合考慮混凝土變化而產(chǎn)生的應(yīng)力松弛問題。不同配比的情況下需要進行試驗值與計算值的比較分析。

3　提升水工建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計水平的建議

3.1　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。

3.2　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。

4　結(jié)語

綜上所述，由于水利工程對于人類社會的生產(chǎn)生活和生態(tài)環(huán)境改善具有重要作用，社會各界對于水利工程項目的關(guān)注程度在不斷提高，水利工程建筑在項目設(shè)計與施工中還存在一些問題，需要進一步的研究和探討以及相關(guān)技術(shù)的不斷提高和完善，進一步促進我國的水利事業(yè)發(fā)展，為構(gòu)建環(huán)境友好型、資源節(jié)約型社會提供基本保障。

[1]朱建生.水工建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵問題探討[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)計存在的問題及對策[J].黑龍江科技信息，2017（12）：223.