水工建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分關(guān)鍵問(wèn)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(jì)的概述

水工建筑是指通過(guò)修建堤壩、水閘、渡槽等水工建筑物對(duì)水資源進(jìn)行調(diào)控，通過(guò)這些水工建筑物的興建來(lái)預(yù)防或控制洪澇災(zāi)害和干旱災(zāi)害，滿足社會(huì)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(zhǎng)、施工難度更大的特點(diǎn)，在水利工程設(shè)計(jì)階段，需要對(duì)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(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)計(jì)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(yán)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(biāo)都能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求；碎石骨料的有害物質(zhì)一旦超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，水泥的化學(xué)反應(yīng)就會(huì)受到影響，混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度就會(huì)降低，骨料和水泥膠體的黏結(jié)就會(huì)削弱；將早強(qiáng)劑、緩凝劑和粉煤灰進(jìn)行合理的投入，可以對(duì)混凝土的流動(dòng)性進(jìn)行改良，在一定程度上能夠減少水化熱。當(dāng)混凝土進(jìn)行攪拌施工時(shí)，質(zhì)量控制管理人員需要按照現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的結(jié)果實(shí)時(shí)對(duì)原材料的調(diào)配進(jìn)行完善。例如，在現(xiàn)場(chǎng)想要確定砂子的含水率時(shí)，就可以利用干炒的方式，按照現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的含水率實(shí)時(shí)調(diào)動(dòng)混凝土配比中的實(shí)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(jì)的根基

3.1 對(duì)水工混凝土的結(jié)構(gòu)極限進(jìn)行確定

承載能力和正常使用是極限的兩種狀態(tài)。對(duì)于承載力狀態(tài)來(lái)說(shuō)，它的標(biāo)準(zhǔn)是結(jié)構(gòu)材料的強(qiáng)度要大于極限承載的破壞能力，或者由于嚴(yán)重變形而不能夠再承載，其設(shè)計(jì)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(gè)比較低的應(yīng)力限值內(nèi)。所以，對(duì)于類似的水工結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，為了防止產(chǎn)生裂縫，要增加設(shè)計(jì)一個(gè)應(yīng)力約束極限狀態(tài)，對(duì)其混凝土的不連續(xù)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。

3.2 對(duì)裂縫進(jìn)行控制

對(duì)裂縫進(jìn)行控制是水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。因?yàn)樗こ讨械拇蠖鄶?shù)結(jié)構(gòu)都是遭到裂縫寬度來(lái)控制的，和承載力沒(méi)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(duì)不同寬度的裂縫有不一樣的要求，所以要通過(guò)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(lái)將其辨別，對(duì)允許裂縫的寬度進(jìn)行判定。從理論上來(lái)看，正常使用的耐久性指標(biāo)會(huì)隨著安全等級(jí)結(jié)構(gòu)的不同而變化。當(dāng)前，裂縫控制只對(duì)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)的杠桿系統(tǒng)，對(duì)于水工混凝土裂縫控制來(lái)說(shuō)，怎樣控制裂縫寬度是需要解決的問(wèn)題。評(píng)估并計(jì)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(kāi)度作為其制定設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，并在其過(guò)程中要考慮到混凝土與鋼筋在實(shí)際操作中的極限狀態(tài)。

4 水工建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題

4.1 水利工程建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)

4.1.1 水閘設(shè)計(jì)

在進(jìn)行水閘設(shè)計(jì)時(shí)，首先要考慮對(duì)排水效果影響最大的消力池排水孔的設(shè)計(jì)，為了降低護(hù)坦排水壓力，要在護(hù)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(guò)水閘時(shí)，水流壓強(qiáng)下降，這時(shí)的水流壓強(qiáng)是可控的。在水流通過(guò)排水孔時(shí)，水流壓力被吸出。

4.1.2 排水孔的設(shè)計(jì)

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

4.1.3 水閘位置的選擇問(wèn)題

設(shè)計(jì)師在進(jìn)行水利工程建筑水閘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，還要重點(diǎn)考慮水閘的位置設(shè)計(jì)問(wèn)題。在進(jìn)行水閘位置選擇時(shí)：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(jì)要符合我國(guó)的相關(guān)法規(guī)和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的要求，與此同時(shí)也要滿足項(xiàng)目合同的約定。

5 提升水工建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的建議

5.1 確保相關(guān)設(shè)計(jì)資料的完整性、準(zhǔn)確性和系統(tǒng)性

水工建筑設(shè)計(jì)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(xiàng)目所在地的實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在進(jìn)行水利工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，基礎(chǔ)資料的完整和準(zhǔn)確對(duì)水利工程設(shè)計(jì)起到了關(guān)鍵作用，只有在設(shè)計(jì)人員對(duì)項(xiàng)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(jìn)行詳細(xì)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(jì)水平。

5.2 加強(qiáng)監(jiān)管工作

水工建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要嚴(yán)格按照國(guó)家相關(guān)規(guī)范和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行，相關(guān)管理部門要對(duì)水工項(xiàng)目加強(qiáng)監(jiān)督和管理，設(shè)計(jì)文件要及時(shí)報(bào)相關(guān)部門進(jìn)行審批備案。

6 結(jié)束語(yǔ)

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(yùn)用，對(duì)水工建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行強(qiáng)化是非常重要的。由于水工建筑具有特殊性，在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該從多方面著手，將其安全性、耐久性以及適用性進(jìn)行提升，同時(shí)還要選取合適的混凝土材料，對(duì)裂縫設(shè)計(jì)和止水閘設(shè)計(jì)進(jìn)行強(qiáng)化，監(jiān)測(cè)大型水工建筑物，確保其安全的同時(shí)評(píng)估其工作狀況。