水工建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵問(wèn)題初探

□胥畢遠(yuǎn)（畢節(jié)市七星關(guān)區(qū)水利局）

0.引言

水工建筑是一門(mén)跨專(zhuān)業(yè)的學(xué)科，是建筑業(yè)的分支，其設(shè)計(jì)主要用于容納和保護(hù)水利設(shè)施設(shè)備，工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常由水利工程師來(lái)進(jìn)行，因此，在水工建筑物結(jié)構(gòu)的功能設(shè)計(jì)上還是比較穩(wěn)定的。雖然水利工程目前呈現(xiàn)總體上升趨勢(shì)，但是也有局部矛盾存在。工程師在水工建筑的造型設(shè)計(jì)上缺乏藝術(shù)感觀，對(duì)建設(shè)周邊的環(huán)境缺乏一定的了解，此外，在部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上還存在一定的缺陷，對(duì)此必須合理布局、合理規(guī)劃、合理分析，提高結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制，以保證滿(mǎn)足水利發(fā)展的需求。

1.水工建筑整體設(shè)計(jì)

1.1 總平面設(shè)計(jì)

水工建筑的總平面設(shè)計(jì)包括主體建筑物和其配套設(shè)施，主體設(shè)施包括閘、壩等，配套設(shè)施包括生活用房、管理用房和綠化等?，F(xiàn)將以泵站為例，泵站樞紐通常所含的建筑物主要有泵房、配電房、辦公樓及食堂、員工宿舍、車(chē)庫(kù)等附屬建筑物。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，只對(duì)水工工程的位置圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，缺少配套建筑和環(huán)境全局的總體規(guī)劃設(shè)計(jì)，從而忽略了建筑的合理布局。通過(guò)現(xiàn)代調(diào)整后的設(shè)計(jì)模式來(lái)看，對(duì)于水利建筑的設(shè)計(jì)不僅僅滿(mǎn)足了必要的水利設(shè)備，更提升了水工建筑的藝術(shù)感觀，建立了建筑物之間良好的距離感和互通感，不僅有利于建筑物各功能之間的搭配，更強(qiáng)調(diào)了建筑的整體性和更好的使用內(nèi)容。

1.2 建筑平面設(shè)計(jì)

水工建筑的設(shè)計(jì)通常要提出專(zhuān)業(yè)設(shè)備布置要求，之后才能確定平面布置形式，以滿(mǎn)足在總圖布置中與交通的關(guān)系和規(guī)范的需求。水工建筑的結(jié)構(gòu)布局都是按設(shè)計(jì)規(guī)范來(lái)進(jìn)行操作，在專(zhuān)業(yè)配合上要多方面商討才可實(shí)施。從近幾年來(lái)看，水工結(jié)構(gòu)與建筑藝術(shù)的配合過(guò)程是一種相互促進(jìn)、相互協(xié)調(diào)、相互提高的過(guò)程，這樣的配合過(guò)程為水工景觀設(shè)計(jì)及現(xiàn)代化品質(zhì)的水工建設(shè)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1.3 造型設(shè)計(jì)

水工建筑設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)風(fēng)格的選擇和協(xié)調(diào)，反映了當(dāng)代技術(shù)的應(yīng)用及文化的內(nèi)涵。在實(shí)際建造過(guò)程中，必須考慮周邊的環(huán)境需求，并將傳統(tǒng)與現(xiàn)代相結(jié)合來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)的整體協(xié)調(diào)。但是應(yīng)該避免一味的追求時(shí)尚所帶來(lái)的低級(jí)趣味的建筑設(shè)計(jì)。建筑物應(yīng)該具有一定的個(gè)性，不能完全一樣，例如泵房的平面一般都是簡(jiǎn)單的矩形，高度高，體量大，對(duì)于此類(lèi)建筑，就必須在設(shè)計(jì)中做到粗中有細(xì)，通過(guò)開(kāi)窗方式、墻面與柱子的關(guān)系來(lái)豐富細(xì)化，使其在感觀上不顯得單調(diào)。

1.4 建筑材料

水工建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的外部結(jié)構(gòu)所體現(xiàn)的感觀效果與色彩的運(yùn)用和材質(zhì)有關(guān)，但是不能單單只考慮美觀好看，水工建筑一般處于環(huán)境空曠的位置，受到風(fēng)沙侵蝕所帶來(lái)的清潔問(wèn)題較為明顯。同時(shí)，由于風(fēng)侵蝕表面會(huì)帶來(lái)坑洼、脫落和干化的現(xiàn)象，還必須考慮耐風(fēng)程度，而在雨天又會(huì)受到?jīng)_洗，所以耐水性能也要很好。在對(duì)水工建筑選材上，設(shè)計(jì)者會(huì)帶有一定主觀性，必須避免其因?yàn)閷?duì)材質(zhì)色彩的偏好進(jìn)行的有限選擇。

2.水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 確定水工混凝土結(jié)構(gòu)極限

極限狀態(tài)分為承載能力和正常使用兩種。承載力極限狀態(tài)的主要標(biāo)準(zhǔn)是指結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度超過(guò)破壞的極限承載力，或因?yàn)檫^(guò)度變形不應(yīng)繼續(xù)承載，在水工重力壩擋水結(jié)構(gòu)中應(yīng)將受壓破壞的極限承載狀態(tài)作為設(shè)計(jì)依據(jù)，對(duì)最大拉應(yīng)力要限制其不大于規(guī)定的某一較低的應(yīng)力限值。因而在此類(lèi)水工結(jié)構(gòu)中，應(yīng)該增設(shè)一個(gè)應(yīng)力約束極限狀態(tài)，從而測(cè)定混凝土的不連續(xù)點(diǎn)，盡量控制裂縫產(chǎn)生。

2.2 裂縫的控制

在水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，裂縫控制是最為重要的問(wèn)題之一。水利工程中有許多結(jié)構(gòu)是受到裂縫寬度控制而不是受控于承載力，所以必須采取根本性的解決辦法來(lái)控制裂縫產(chǎn)生。通過(guò)對(duì)所處的環(huán)境條件、荷載性質(zhì)、鋼筋種類(lèi)、構(gòu)件受力性質(zhì)以及結(jié)構(gòu)使用年限來(lái)進(jìn)行綜合考慮，區(qū)分耐久性對(duì)裂縫寬度的不同要求，確定出容許裂縫的寬度，從理論上說(shuō)，安全等級(jí)不同的結(jié)構(gòu)，正常使用的耐久性指標(biāo)也就不同。目前，裂縫控制僅僅適用于一些標(biāo)準(zhǔn)的彎拉構(gòu)件，但是水工建設(shè)的結(jié)構(gòu)大多是非桿件系統(tǒng)，如何控制裂縫寬度是水工混凝土裂縫控制的又一大問(wèn)題。對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件抗裂性進(jìn)行評(píng)估和計(jì)算，根據(jù)斷面的作用力變形所導(dǎo)致的裂紋形成的開(kāi)度而制定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，以及考慮混凝土和鋼筋在實(shí)際工作中的極限狀態(tài)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.水閘設(shè)計(jì)問(wèn)題分析

水閘工程設(shè)計(jì)對(duì)于水工建筑排水和止水來(lái)說(shuō)是相當(dāng)重要的。在水利工程中，水閘的應(yīng)用較為廣泛，水閘工程的排水和止水問(wèn)題決定了建筑物的使用壽命。因此，必須對(duì)水閘工程的消力池排水孔、翼墻排水孔和止水伸縮縫的問(wèn)題進(jìn)行深入分析及研究。

3.1 消力池排水孔

消力池的底板排水是水閘排水問(wèn)題之一。為了將護(hù)坦底部的滲透壓力降低，可以在水平護(hù)坦的后半部設(shè)置垂直排水孔，并鋪設(shè)濾層于孔下。水流出閘后，會(huì)通過(guò)平穩(wěn)整流及陡坡段流向消力池水平底板，同時(shí)在陡坡段末端和底板水平位置的交接處形成收縮水深，此處的動(dòng)能和流速水頭最大，壓強(qiáng)水頭最小。如果在此處設(shè)置垂直排水孔，通過(guò)高流速和低壓強(qiáng)或垂直排水孔下的細(xì)粒結(jié)構(gòu)在底部大壓力的作用下，很有可能從孔中吸出，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)就會(huì)掏空底板。因此，為了使底板身下的水量可以從消力池的垂直排水孔排出，應(yīng)在消力池底板的后半段設(shè)置垂直排水孔，從而達(dá)到減小消力池底板滲透壓力的作用。

3.2 翼墻排水孔

在單向水頭的水閘下游翼墻和護(hù)坡設(shè)置排水孔，且將反濾層設(shè)置在擋土墻一側(cè)的孔口處，以達(dá)到排出滲水的目的。同時(shí)，為了可以降低翼墻防滲、抗沖的強(qiáng)度，也可在進(jìn)口翼墻位置同時(shí)設(shè)置水孔，增加滲徑，使上游的水流直接從孔中滲入到墻后。相反，要想繞滲垂直流入到插入河岸墻后，就必須減少滲徑，增加滲流。

3.3 止水伸縮縫

在水利建筑水閘工程中，止水伸縮縫會(huì)因設(shè)計(jì)、施工和材料的原因而發(fā)生滲漏的現(xiàn)象，此類(lèi)問(wèn)題大部分由施工引起。在施工過(guò)程中，由于止水片上的水泥渣、油漬等污物沒(méi)有得到干凈的清理，造成與混凝土結(jié)合不好，導(dǎo)致滲漏。對(duì)此，必須將模板上脫模劑安排在模板安全之前，且應(yīng)在倉(cāng)外進(jìn)行。由于止水片有砂眼、針孔，或者接縫不牢固而導(dǎo)致止水伸縮縫發(fā)生滲漏，在采購(gòu)止水片材料時(shí)，應(yīng)做到嚴(yán)格把關(guān)，其規(guī)格、品種和性能要滿(mǎn)足規(guī)范設(shè)計(jì)的要求，對(duì)于不合格的材料應(yīng)及時(shí)更換。另外，金屬片接縫必須采用與母材相似的材料焊接，保證焊縫質(zhì)量和牢固。在止水片處混凝土澆筑所造成不密實(shí)導(dǎo)致滲漏的問(wèn)題中，應(yīng)謹(jǐn)慎振搗止水處混凝土，振搗工要有熟練的技術(shù)，既不能欠振，也不能爛振，此外，混凝土要有良好的和易性，以保證易于振搗密實(shí)。止水伸縮縫滲漏，必須要以預(yù)防為主，嚴(yán)格規(guī)范操作，從而保證水閘設(shè)計(jì)的質(zhì)量要求。

4.結(jié)語(yǔ)

水利工程建筑應(yīng)該從單一的水利建設(shè)功能向全面功能的方向發(fā)展，利用適宜的地理位置和自然環(huán)境為其自身謀得經(jīng)濟(jì)利益，關(guān)注水工建筑物結(jié)構(gòu)上存在的一些問(wèn)題，采取相應(yīng)的控制措施，提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)水利工程的實(shí)用功能。此外，還必須考慮到水工建筑物的外觀設(shè)計(jì)，進(jìn)一步利用環(huán)境資源，優(yōu)化外觀，達(dá)到休閑觀賞的目的，保證對(duì)水利事業(yè)功能轉(zhuǎn)換新的思維方式，建立市場(chǎng)化模式，適應(yīng)市場(chǎng)化方向，以達(dá)到使用功能和美化環(huán)境的共同目標(biāo)。