水工建筑结构设计关键问题探讨

李磊

摘 要：对水利设施设备进行保护并容纳是水工建设的主要作用，水工建筑结构的设计是确保其安全可靠的重要因素。通过对水工建筑物结构设计的重点进行深刻的探讨和分析，选取适合的水工建筑原料，着重設计裂缝和止水阀，为了充分了解其工作状态，要对水工建筑完工后进行有效监控，提出相关的建议并加以解决，以供人们参考。

关键词：水工建筑；结构设计；关键问题；探讨

中图分类号：TV331 文献标志码：A

0 前言

容纳和保护水利设施设备是水工建筑的主要作用，利用水利工程师或土木工程师来对其进行结构设计，所以，对于水工建筑物结构的功能设计来说，其具有稳定可靠的特点。但是从目前来看，虽然水利工程有整体上升的趋势，但是也面临着各种各样的问题。在个别结构设计中还有很多不足，例如，不能够普遍适用且不耐用，这在一定程度上影响着生产和生活，因此，应该对结构质量控制进行提高，确保水利能够更好地发展的同时还能够满足人们生活的需求。通过分析水利建筑工程结构设计，找到存在的问题并加以解决。

1 水木建筑材料

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。

2 水工建筑混凝土结构设计的根基

2.1 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。

2.2 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。

3 对水闸设计问题进行分析

水闸工程设计影响着水工建筑的排水和止水。对于水利工程来说，水闸被广泛适用其中。想要延长建筑物的使用年限，必须做好水闸的排水和止水工程。所以，我们通过分析水闸工程的消力池排水孔、翼墙排水孔以及止水伸缩缝，找出问题并加以解决。

3.1 消力池排水孔

水闸排水问题有很多，消力池的底板排水是其一，想要减少护坦下面的渗透压力，就应该把垂直排水孔安放在水平护坦的后半部分，并在孔的下面架设滤层。水流在出闸之后，利用平稳整流和陡坡断流，最终流向消力池水平的底部，与此同时，收缩水深会在陡坡段末尾与底板水平地方的交界处产生，因为此处的动能和流速水头都比较大，压强水头比较小。一旦在此处安装垂直排水孔，利用流速高和压强低或者是垂直排水孔下的细粒构造在底部大压力的影响下，非常容易从孔中吸出去，随着时间的流逝就会将底板挖空。所以，在消力池底部的末尾安装垂直排水孔，有利于将底板中的水量通过消力池的垂直排水孔流出，这在一定程度上降低了消力池底板渗透压力的影响。

3.2 翼墙排水孔

为了能排出渗水，可以将排水孔安装在单向水头水闸下游翼墙和护坡中，在挡土墙一端的孔口下安装反滤层。与此同时，应该在进口翼墙处安装水孔，加大渗水的口径，促使上流的水流能够径直从孔中渗透到墙后，这在一定程度上减少了翼墙防渗，降低了抗冲强度。如果想要绕渗垂直流入到插入河岸墙后，就应该缩小渗透口径，加大其渗流。

3.3 止水伸缩缝

在设置多空闸的闸室底板时，应该顺着垂直水流的方向来对其进行分段，同时在水流方向设置永久缝，这样有利于防止混凝土干缩、地基沉淀不均和由于温度而产生的裂缝等。在水利建筑水闸的过程中，止水伸缩缝会由于各种原因出现渗漏问题，这主要是由于施工导致。在施工时，止水片的水泥渣和油渍没有清理干净，导致和混凝土不能很好地连接而引起的渗漏。因此，要在模板安全之前设置脱模机，同时在仓外操作，还要按照标准要求来购买止水材料，除此之外，在金属片接缝焊接时，应该选用和母材相似的材料。对于在止水片处混凝土浇筑由于不紧密而导致渗漏的问题来说，必须认真振捣止水处混凝土，要求振捣工人具有娴熟的技术，欠振和烂振都不可以，另外，为了确保振捣细密，混凝土应该有很好的和易性。对于止水伸缩渗漏问题，应该积极预防，按照标准要求进行，这在一定程度上确保了水闸设计的质量要求。

4 安全监控

在水工建筑中有经济价值比较高、影响力比较大的工程，对其应该在施工后进行相应的安全监控。如果水工建筑在使用过程中出现损坏，一般都会有预兆，在日常中，及时监测水工建筑的每个方面，不停分析并计算监测数据，这样有利于更精准的评价其工作状况，一旦发现问题能够快速地进行解决，与此同时，数据的积累程度影响着今后的工作进展。水工建筑物的监控内容可以分为3个方面：一是对原型进行观察检测；二是对监控进行分析；三是评估建筑物的工作状态。利用在监测仪器上获取的数据，对其进行管理分析，这对水工建筑物的工作状况进行评估和预警有很好的促进作用。

结语

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。

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