水工建筑結構設計部分關鍵問題探討

文/秦亞楠，黔西南州大型灌區管理局

1 水工建筑結構設計的概述

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控，通過這些水工建筑物的興建來預防或控制洪澇災害和干旱災害，滿足社會生產和人民生活的需要。水工建筑相比其他建筑工程，一般具有規模較大、工期較長、施工難度更大的特點，在水利工程設計階段，需要對工程所在地的地形地貌、水文地質條件、氣候條件、人文環境等各種情況進行詳細調查，在此基礎上進行嚴謹計算，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。

3 水工建筑混凝土結構設計的根基

3.1 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。

3.2 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。

4 水工建筑結構設計的關鍵問題

4.1 水利工程建筑結構的整體設計

4.1.1 水閘設計

在進行水閘設計時，首先要考慮對排水效果影響最大的消力池排水孔的設計，為了降低護坦排水壓力，要在護坦后面設置一定數量的排水孔，讓排水孔呈垂直分布狀態，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 排水孔的設計

排水孔的設計主要包括消力池排水孔設計和翼墻排水孔設計。設計人員在進行翼墻排水孔的設計時，對于單一水頭水閘，可以在兩個位置上設置排水孔，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置幾個排水口，以確保水工建筑水閘結構的運行效率。設計人員在進行消力池排水孔設計時，可以在護坦后面設計一定數量的垂直分布的排水孔，這種設計可以將水流在流經水閘的過程中，將水流壓強降到可控范圍內，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，使消力池底板結構被帶出，需要在設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

設計師在進行水利工程建筑水閘結構設計的過程中，還要重點考慮水閘的位置設計問題。在進行水閘位置選擇時：注意水閘結構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生活用水的需求；水閘位置的設計要符合我國的相關法規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 提升水工建筑結構設計水平的建議

5.1 確保相關設計資料的完整性、準確性和系統性

水工建筑設計人員要不斷提升自身的專業水平與綜合素質，并綜合各種基礎資料和項目所在地的實際情況來進行建筑結構設計。在進行水利工程建筑結構設計時，基礎資料的完整和準確對水利工程設計起到了關鍵作用，只有在設計人員對項目所在地的地形地貌、氣候條件、生態環境、周邊居民的生產生活等各種因素進行詳細的調查和分析的情況下，才能有效提升水工建筑的設計水平。

5.2 加強監管工作

水工建筑結構設計要嚴格按照國家相關規范和強制性標準來進行，相關管理部門要對水工項目加強監督和管理，設計文件要及時報相關部門進行審批備案。

6 結束語

綜上所述，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。