水工建筑結構設計及施工質量控制研究

陳亮帆

（河海大學水利水電學院，江蘇 南京 210098）

現代水利工程建大多采用鋼筋混凝土結構，目的在于充分利用此種結構應對拉應力的優勢，從而整體提升建筑性能。與處于地面上方的建筑不同，水工建筑相當一部分區域常年處于水下環境，除了需要考慮傳統結構設計的影響因素，還應該結合施工地區水文情況的特點，制定出針對性的施工方案，使整體質量得到保證。

1 工程實例

某地擬建水泵房，為當地發電廠的機組設備的正常運轉提供充足用水，并且使該地區供水系統得到完善。經過實地勘探之后，預計沿著當地河岸選擇合適位置建造取水泵房。預設其長度為20.44m、寬度為12.44m、深度為19.40m、地上部分高度為11.3m。根據使用目的和自然條件，地下部分建筑結構擬通過混凝土澆灌工藝打造筒壁，結構兩側及岸邊相近側設置鋼筋混凝土結構墻壁，厚度不小于1m；與之對應的反向側同樣設置鋼筋混凝土墻壁，厚度不小于0.8m。地上結構主要采用混凝土澆灌框架，之后選擇合適的磚材進行填充。

技術人員反復測算相關參數后，預設取水泵房的取水口處長度為2.00m、寬度為1.50m、底部標高達18.00m。對每一層板頂開展標高測算后，分為地板、中層板兩種類型，具體參數值為16.00m、26.20m，且均為絕對標高。通過有關人員介紹、查閱資料、走訪當地居民，獲悉該地區河流水位常年處于22.5m左右，近10年最高水位達到26.80m、最低水位低于19m。

2 混凝土結構設計

水工建筑相關結構設計施工中，需要充分聯系水工建筑現實需求，加強結構強度控制，提高水工建筑整體穩定性。水工建筑施工中，需要立足于綜合角度進行結構設計，結合水環境因素和混凝土結構等因素的影響，降低混凝土結構的腐蝕概率，提高混凝土結構性能，延長水工建筑使用壽命。水工建筑實際設計時，需聯系水工建筑實際施工狀況和施工標準開展相關操作，做好對建筑結構的維護和檢測工作，保障結構設計質量。開始設計工作前，技術人員需要深入施工現場進行全面勘查，留夠工作面，對各種細節構件進行合理設計，保證構件穩定性[1]。

傳統的水工混凝土建筑結構過于注重強度，希望盡量抵抗水流的沖擊。但在現代水工建筑設計理念下，除強度之外，還應該重視使用過程中水下環境發生變化時，新生成的物質對混凝土結構的侵蝕。面對此種情況，水工混凝土建筑在設計時應該充分結合當地水文情況，考慮常見的影響因素，通過調整結構的方式，科學延長其使用壽命。此外，開展結構設計時，必須從全局角度出發，為后續施工預留充足的施工面，使工程總體質量得到保證。水工混凝土建筑受使用環境的影響，遭受侵蝕是不可避免的，故而設計的主要思路應該放在如何維持整體的穩定性和安全性。

3 水工建筑結構施工質量控制

3.1 現場控制

結合質量控制系統針對施工現場實施定期監測，從而能夠第一時間發現水工建筑結構施工中的問題，形成針對性的處理對策，實現水工建筑結構施工的質量控制目標。現場施工中的質量控制主要包括材料質量和工藝質量，其中工藝質量控制主要是利用目測方法進行，針對不同環節中的施工工序實施全面篩查，對機械運行狀態進行系統檢驗，認真記錄每天的檢驗狀況；材料質量控制方面，需要針對所涉及的各種材料實施檢驗分析和產品質量檢驗，保障分析結果的準確性，同時詳細記錄實際檢驗效果，為后期的施工勘查提供有效的參考信息[2]。

3.2 材料控制

水工建筑施工中選擇的施工材料會對整個工程質量產生直接影響，混凝土作為水工建筑中的核心材料，更是決定水工建筑施工質量的關鍵內容，必須加強控制。水工建筑結構中，在設計方面涉及多種原材料，涵蓋水、各種添加劑、水泥和砂石等，需要對各種材料的配置比例進行合理設計。想要保障水工建筑的施工質量，開始挑選混凝土材料前，需要進行實驗檢測，在材料滿足各種技術性能指標后才能正式應用。如果碎石骨料內相關有害物質含量超標，便會對水泥施工中所產生的水化反應造成不良影響，進一步削弱混凝土構件整體強度，降低水泥膠體和骨料之間的黏結性。

混凝土和其他材料在攪拌施工中，相關質量管理人員需要聯系現場實際測定結果，優化、調整原材料配比狀況。假如現場施工中通過干炒法對砂子內部含水率進行了快速測定，同時聯系現場所測得的砂子含水率，對混凝土中的集料配比與水資源用量進行合理調整。

如果水工建筑原材料的配合比錯誤，會降低建筑結構整體強度，尤其是細骨料砂子的含泥量與含水率方面的變化，以及碎石內部含粉量的改變。在混合材料攪拌中，不同級碎石骨料之內存在相應的超粒徑顆粒，同時骨料中的含水率也遠遠高于飽和面干狀態，為此需要充分聯系現場施工現狀，對骨料粒徑變化波動和砂石表層含水率進行準確測量，把試驗配合比變為混凝土現場施工配合比。由于在水工建筑施工中，容易受到場地等條件的影響，因此通過實驗室確定的混凝土配合比可能無法滿足實際施工要求，使現場坍落度發生改變。為了保證混凝土滿足水工建筑現場施工條件，可以適當搭配各種外加劑，促進混凝土配合比的全面優化，同時需要在確保水灰比相同條件下，適當調整用水量和混凝土含水率。加強材料的和易性控制，可從黏聚性、保水性以及流動性等方面入手，如果混凝土拌制后不滿足相應的和易性要求，便會出現混凝土離析、振搗不實等問題，從而降低混凝土質量；和易性控制中，主要是對低水量和低坍落等問題進行控制，提高混凝土保水性與可塑性，消除混凝土施工中的質量問題[3]。

3.3 澆筑控制

水工建筑結構施工中，通常是針對大體積混凝土開展澆筑工作。正式開展澆筑前，需要合理進行組織規劃，按照相應的走向、順序以及面積，針對混凝土實施分段、分層的澆筑，預防留下較為突出的施工縫。墩臺等大面積的混凝土結構中，需要開展分層、分區澆筑，對各層混凝土的澆筑厚度進行合理控制，將其限制在標準振搗深度范圍內，于下層混凝土初凝前，停止上層混凝土的澆筑工作。通常條件下，水工建筑結構施工中，分層澆筑的混凝土厚度需要限制在30cm以下。如果是擋土墻等長條形的建筑結構，需要實施分層、分散澆筑，保障各段均滿足混凝土時澆筑條件，大部分情況下，實施分段澆筑中，需要建筑具體長度應該低于10～15m。不管建筑結構形式如何，在澆筑施工中都需要一次性連續澆筑，假如澆筑施工中的間斷時長大于初凝時間，應該根據施工要求對其中的接縫位置進行有效處理。

水工建筑澆筑中，需要保證結構構件所有部位的充分振搗，避免出現漏振現象，具體可以從以下內容入手，開展質量控制：（1）采用插入振搗設備施工中，振搗器的插入間距需要控制在振搗器施工半徑的1.5倍之內，避免留下四角問題。（2）通過插入振搗器開展振搗操作時，相關插入深度和模板之間需要維持50～100mm的距離，避免振搗器觸碰模板，形成共振問題，從而降低水工建筑結構的施工質量。在結束上下層混凝土的分層澆筑后，對上層混凝土進行振搗施工時，振搗器插入深度應在下層混凝土內深入50mm左右，從而提高上下層混凝土之間的完整性和連續性。（3）結合平板振搗器開展施工作業時，需要充分覆蓋混凝土平面。移動過程中，需要重疊振搗100mm。（4）結合附著式振搗裝置開展施工操作時，振搗順序以及振搗位置需要聯系模板結構實際架設狀況以及振搗器自身性能進行合理設置，同時開展實驗測試及校準[4]。

結合相關施工經驗，若出現以下3種狀況可停止混凝土的振搗工作：（1）混凝土表面結構始終維持相同的高度狀態；（2）混凝土基本停止冒泡現象，通常情況下，中部先冒出氣泡，隨后從四周冒出，最后再停止；（3）混凝土結構表面呈現出泛漿和發亮的特征，其表面較為平坦光滑。

3.4 變形控制

在水工建筑施工中，經常可以看到構件裂縫及結構裂縫等問題，這也是水工建筑結構中的常見病癥。為此，在水工建筑結構施工中，可以結合以下內容開展相關質量控制工作：（1）水工建筑中相關結構需要進行合理設計，在滿足整體結構性能條件下，對變形縫進行科學設置。在對結構受力狀況進行計算分析的過程中，需要針對斷面問題進行準確驗算，并對維修施工、超載、抗裂以及應力狀況實施驗算，優化設計。（2）對原材料和半成品等材料進行控制，保證水泥滿足相應的穩定性要求，選擇級配良好的砂石，同時還需要把砂石的相關石粉及泥土比例控制在標準范圍之內。通過試驗的方法進一步確定混凝土的配合比，同時，結合現場骨料條件實施調整和換算，聯系施工現場環境溫度狀態，選擇水化熱條件適中的水泥產品。（3）加強混凝土的施工管理。準確控制混凝土原材料配合比，并進行充分攪拌，均勻拌和。對于大體積混凝土的澆筑施工，還需按照相應的順序實施合理分區、分層和分段施工，選擇適合的振搗與澆筑方法，維持均勻的澆筑速度，避免出現速度過快或過慢等問題。振搗施工中，為保證混凝土密實度，模板和振搗裝置之間需維持在標準距離內，避免出現模板過度變形問題，甚至產生漏漿和漏水等問題。結束混凝土澆筑后，還需進行合理養護，避免混凝土受凍。與此同時，關注環境濕度變化所產生的不良影響和施工中的地基變形問題。

4 結束語

混凝土結構已經成為水利工程建設中不可或缺的重要環節，在一些極特殊的水文環境下，對建筑結構進行合理的調整，能夠全面提升建筑的綜合性能。若要切實達成此目的，必須將施工過程中的所有環節充分聯系，及時發現并清除一切安全隱患，使水工建筑維持高效率運轉的同時，延長其使用壽命。