水工建筑结构设计部分关键问题探讨

文/秦亚楠，黔西南州大型灌区管理局

1 水工建筑结构设计的概述

水工建筑是指通过修建堤坝、水闸、渡槽等水工建筑物对水资源进行调控，通过这些水工建筑物的兴建来预防或控制洪涝灾害和干旱灾害，满足社会生产和人民生活的需要。水工建筑相比其他建筑工程，一般具有规模较大、工期较长、施工难度更大的特点，在水利工程设计阶段，需要对工程所在地的地形地貌、水文地质条件、气候条件、人文环境等各种情况进行详细调查，在此基础上进行严谨计算，综合比选。

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、水泥和外加剂等是混凝土结构的主要原材料。为了能够保证水工混凝土结构的施工质量，就应该在采用合适的混凝土原材料之前，严格检查水工混凝土的结构，想要选用其原材料，一定要让全部技术性能指标都能达到标准要求；碎石骨料的有害物质一旦超过标准，水泥的化学反应就会受到影响，混凝土构件的强度就会降低，骨料和水泥胶体的黏结就会削弱；将早强剂、缓凝剂和粉煤灰进行合理的投入，可以对混凝土的流动性进行改良，在一定程度上能够减少水化热。当混凝土进行搅拌施工时，质量控制管理人员需要按照现场检测的结果实时对原材料的调配进行完善。例如，在现场想要确定砂子的含水率时，就可以利用干炒的方式，按照现场检测的含水率实时调动混凝土配比中的实际用水量及集料调配比例。

3 水工建筑混凝土结构设计的根基

3.1 对水工混凝土的结构极限进行确定

承载能力和正常使用是极限的两种状态。对于承载力状态来说，它的标准是结构材料的强度要大于极限承载的破坏能力，或者由于严重变形而不能够再承载，其设计依据是在水工重力坝挡水的结构中受压破坏的极限承载力，最大拉应力要在小于规定的某一个比较低的应力限值内。所以，对于类似的水工结构来说，为了防止产生裂缝，要增加设计一个应力约束极限状态，对其混凝土的不连续点进行检测。

3.2 对裂缝进行控制

对裂缝进行控制是水工混凝土结构设计中的一个关键问题。因为水利工程中的大多数结构都是遭到裂缝宽度来控制的，和承载力没有关系，因此，为了防止产生裂缝，应该选取最佳的解决方法。由于耐久性对不同宽度的裂缝有不一样的要求，所以要通过综合考虑所处环境、荷载本质、水压力变化和结构使用的年限来将其辨别，对允许裂缝的宽度进行判定。从理论上来看，正常使用的耐久性指标会随着安全等级结构的不同而变化。当前，裂缝控制只对标准的弯拉构件有效，但是，大部分的水工建设结构都是不标准的杠杆系统，对于水工混凝土裂缝控制来说，怎样控制裂缝宽度是需要解决的问题。评估并计算钢筋混凝土构件的抗裂性，把断面的作用力变形造成的裂纹而出现的开度作为其制定设计的标准，并在其过程中要考虑到混凝土与钢筋在实际操作中的极限状态。

4 水工建筑结构设计的关键问题

4.1 水利工程建筑结构的整体设计

4.1.1 水闸设计

在进行水闸设计时，首先要考虑对排水效果影响最大的消力池排水孔的设计，为了降低护坦排水压力，要在护坦后面设置一定数量的排水孔，让排水孔呈垂直分布状态，在水流通过水闸时，水流压强下降，这时的水流压强是可控的。在水流通过排水孔时，水流压力被吸出。

4.1.2 排水孔的设计

排水孔的设计主要包括消力池排水孔设计和翼墙排水孔设计。设计人员在进行翼墙排水孔的设计时，对于单一水头水闸，可以在两个位置上设置排水孔，一个是水流下流的翼墙位置，另外一个是水流周边的护坡位置。同时需要注意将反渗层设计在挡土墙一边的孔口位置，以确保水工建筑能够高效排水。与此同时，要加强对翼墙的防渗处理，降低水流冲击效果，可以考虑在水流进口位置的翼墙多设置几个排水口，以确保水工建筑水闸结构的运行效率。设计人员在进行消力池排水孔设计时，可以在护坦后面设计一定数量的垂直分布的排水孔，这种设计可以将水流在流经水闸的过程中，将水流压强降到可控范围内，由于水流在通过消力池排水孔时，会导致水流压力被从孔中吸出，使消力池底板结构被带出，需要在设计时着重考虑减少消力池底部对水流压强差与渗透压力的影响。

4.1.3 水闸位置的选择问题

设计师在进行水利工程建筑水闸结构设计的过程中，还要重点考虑水闸的位置设计问题。在进行水闸位置选择时：注意水闸结构的外形要与其他水利工程建筑保持一致；能够满足防洪要求，并能够满足周边居民的生产生活用水的需求；水闸位置的设计要符合我国的相关法规和强制性标准的要求，与此同时也要满足项目合同的约定。

5 提升水工建筑结构设计水平的建议

5.1 确保相关设计资料的完整性、准确性和系统性

水工建筑设计人员要不断提升自身的专业水平与综合素质，并综合各种基础资料和项目所在地的实际情况来进行建筑结构设计。在进行水利工程建筑结构设计时，基础资料的完整和准确对水利工程设计起到了关键作用，只有在设计人员对项目所在地的地形地貌、气候条件、生态环境、周边居民的生产生活等各种因素进行详细的调查和分析的情况下，才能有效提升水工建筑的设计水平。

5.2 加强监管工作

水工建筑结构设计要严格按照国家相关规范和强制性标准来进行，相关管理部门要对水工项目加强监督和管理，设计文件要及时报相关部门进行审批备案。

6 结束语

综上所述，在水利工程生产和人们的日常生活中，水工建筑被普遍的运用，对水工建筑结构设计进行强化是非常重要的。由于水工建筑具有特殊性，在对其进行设计时，应该从多方面着手，将其安全性、耐久性以及适用性进行提升，同时还要选取合适的混凝土材料，对裂缝设计和止水闸设计进行强化，监测大型水工建筑物，确保其安全的同时评估其工作状况。