关于水工建筑设计与施工特点探析

2021-11-24 08:40梁宇斌
商品与质量 2021年42期
关键词:水工抗震建筑设计

梁宇斌

汕尾市水利水电建筑工程勘测设计室 广东汕尾 516600

在如今社会经济发展迅速,为了满足社会生产的需要,为人们创造良好的生活环境,各类水利水电工程的建设规模逐步扩大。其中,水工建筑的设计和施工会受到复杂环境的影响,因此需要充分结合现代设计理念和施工工艺,制定科学的方案。尤其是在现代社会发展理念和背景下,水工建筑工程的设计施工还需要考虑环境保护、生态平衡等方面的要求。所以,有必要针对水工建筑设计及施工特点进行深入的分析。

1 水工建筑设计及施工概述

1.1 水工建筑设计

水工建筑设计主要是指针对水工建筑选址、基础、结构、抗震等方面进行设计的过程,是水利水电工程前期筹备阶段的关键环节。设计思路及方案决定了工程的选址及建造方式,同时对其质量及功能的发挥也会产生重要影响。和其他建筑工程设计存在差异的是,水工建筑设计涉及到复杂的自然环境,尤其是水环境的影响,意味着水工建筑设计需要充分考虑地质地貌、水文条件,对随之而产生的渗水、侵蚀问题进行预防。水工建筑设计是一个对现场岩土勘察质量要求非常高的过程,需要参考大量反映现场地层结构、地貌、地形、水文条件的真实信息。唯有提升水工建筑设计质量,才能为后续的施工乃至工程价值的发挥打好可靠的基础[1]。

1.2 水工建筑施工

水工建筑施工是基于工程设计方案开展的建造施工活动,其一般包括基础施工、结构施工、防护加固施工等环节。多数情况下,为了更好的利用水资源,水工建筑项目的施工现场都位于环节复杂的地区,无论是复杂的地形地貌,还是控制难度高的环境因素,都会给施工造成巨大干扰。水工建筑施工通常涉及到大量先进的现代工程建设技术和工艺,同时由于对构筑物抗压能力、抗震能力的高要求,水工建筑施工用到的工程材料质量也十分关键。这要求施工单位从施工技术、材料到施工管理等多个方面做好组织协调和质量控制,以提升水工建筑质量和可靠性,便于其进一步发挥工程价值。

2 水工建筑设计和施工面临的挑战

2.1 建造环境复杂

前文提到,水工建筑项目的主要功能在于通过改造相关地区的地形、地貌或水文条件,以便更好的利用水资源,或是达到防灾减灾目的。因此,多数情况下的水工建筑选址都在复杂的自然环境中,这些地区具有复杂的地形地貌,同时涉及到河流、湖泊乃至海洋等复杂的水文环境。从设计的角度来讲,复杂环境意味着无论是项目的结构稳定性分析、受力分析都会受到大量干扰因素的影响,如果考虑存在欠缺,都会影响项目质量[2]。从施工的角度来讲,一方面这些工程施工地都位于比较偏远的地区,无论是工程材料还是设备的应用都存在局限性;另一方面,多数水工建筑工程施工规模大,不同阶段的施工环境也存在巨大差异,无论是质量控制还是安全管理都面临着诸多风险。

2.2 工艺复杂

由于水工建筑规模大,并且需要在水环境中长期发挥作用,因此在设计施工方面需要用到大量复杂的技术工艺。由于现代水工建筑工程相关技术工艺发展迅速,部分项目可能涉及到新旧技术工艺的应用,对整个项目的技术管理、组织计划及施工管理等方面都提出更高的要求。在实际施工中,如果存在技术工艺标准不合理、工艺质量不达标的问题,都可能会对项目的施工质量产生严重影响。值得一提的是,部分项目由于施工环境复杂,大型机械设备无法进入,如何平衡好机械工艺技术和人工技术之间的关系,也是相关设计施工单位需要考虑的。

2.3 人员管理问题

由于水工建筑工程施工周期长、建造难度高、施工环境条件恶劣,无论是设计人员还是施工人员都需要面临较大的工作压力。这意味着项目组在人力资源管理、人才引进以及组织设计方面面临着一些困难,尤其是对掌握现代水利工程知识、技术的人才利用,关系到整个项目的施工质量、进度及安全性。但是,目前部分水工建筑工程项目单位在组织设计、人员管理方面存在着一些问题,导致现场协调性不足、工作人员积极性不高,施工质量、效率得不到有效保障。

3 水工建筑设计思路及要点

3.1 建立宏观及系统化的设计理念

显然,水工建筑与社会生产、民生工程、生态保护等多方面都有重要的联系,同时其建造施工会对地区环境产生巨大的影响[3]。所以,关于水工建筑的设计需要设计单位建立宏观的设计理念,从多个角度对项目选址、建造方式进行综合考虑,再从时间线的角度,对具体施工过程进行动态化考虑,明确各个环节的设计细节。同时,为了更好的发挥水工建筑的作用,还需要从项目施工到项目运行两个环节,做好系统化的考虑。例如,除了考虑水工建筑大坝、泵站的设计以外,还要考虑项目正式投运之后涉及到的员工宿舍、食堂等建筑区域的设计。基于多方面的动态考虑,可以优化设计方案,提高资源利用率。另外,现代社会发展关于生态保护及可持续发展的理念有越来越高的要求,而水工工程作为会对区域生态环境造成影响的项目,更需要设计单位建立良好的生态理念,在降低环境影响的基础上,同时发挥水工建筑项目的生态价值。例如,在进行水电站大坝的设计时,需要对河流上下游足够广的区域进行环境勘察,明确周边地形地貌、植被、水文条件、生物条件等方面的情况,然后结合现代技术,对大坝建设的生态影响情况进行模拟分析。基于此,在大坝建造选址、结构造型、配套设施的设计,以及库区生态保护、生态恢复等方面进行科学考虑,使工程项目的建设具有良好的生态性。

3.2 优化项目建筑布局

如今水工建筑工程的功能越来越复杂,尤其是后期运维方面的要求越来越多,无论是单体建筑还是多个建筑的空间布局都很有讲究。为此,水工建筑设计单位需要结合现场环境情况和项目规划要求,对水工建筑进行科学布局。在此基础上,还要综合考虑水工建筑涉及到的抗震、消防安全要求及标准,确保项目建设达到国家相关规定。另外,进行建筑布局时,还要考虑水工建筑后期运行、管理方面的需求,在安全管理、消防管理、内部交通等方面,为建筑的后期运行管理提供便利。

3.3 强化结构安全及抗震设计

水工建筑通常需要建造在涉水的复杂地形之中,一方面其本身要适配复杂的地形条件,另一方面其要能够承受蓄水带来的直接荷载、次生荷载以及长期水流侵蚀产生的影响。如果水工建筑设计及施工存在质量问题,很容易导致建筑出现开裂、沉陷等问题,严重时还会出现垮塌、溃坝等严重事故。而一旦水工建筑出现问题,将会给大范围区域内人民的生命财产安全产生严重威胁。因此,在水工建筑设计中,安全设计是重中之重。具体来讲,水工建筑的安全设计,一方面要确保其能够承受自重和外部环境施加的荷载,另一方面其要能够抵抗水荷载以及地震、山体滑坡带来的冲击。

例如,在地基设计方面,要充分考虑水工建筑所在地区的地层结构、岩层年龄及地震风险。基于此,如果存在蓄水需求,还要考虑蓄水体量产生的荷载,以及因此可能诱发的库区地震。然后,结合地质构造,做好基础设计。比如某些地区存在大量的软土地基,则需要采用灌注桩或群桩的地基结构方式,提升水工建筑基础稳定性。值得一提的是,通常以地下部分为主体的水工建筑结构具有更好的稳定性和抗震性。这主要是因为建筑物的基础和稳定的岩层能够形成可靠的整体,其力学稳定性和抗震能力更强。在结构设计方面,需要考虑建筑物的功能特征,结合现场地形条件,选择合适的构造方案。在整体结构设计期间,还需要结合多方面考虑,对水工建筑进行抗震加固设计。该环节的主要目的是,采取一些额外的工程配置或工艺,进一步提升构筑物的稳定性和耐用性。

4 水工建筑施工特点及质量控制措施

4.1 需要充分考虑环境因素,做好组织设计

水工建筑的施工场地环境复杂,在施工前要对勘察报告进行全面详细的了解,结合图纸及现场考察制定科学的施工方案。考虑到施工环境的复杂性,需要利用BIM技术模拟的可视化三维图纸,对现场地形地貌、植被分布情况及水文条件进行评估,进而做好整个施工流程的安排。基于此,由设计、施工负责人、技术负责人、监理等牵头,做好图纸及施工方案审核,完成技术交底,明确施工过程的技术标准和风险因素。基于全方位的风险识别体系,制定有效的风险规避及应对措施,并将责任落到实处[4]。在此基础上,对施工技术、材料、设备、人员等进行优化配置,做好整个施工项目的组织安排,为正式施工的质量控制、安全管理等打下可靠基础。

4.2 要重视设备材料管理,保证施工现场秩序

水工建筑工程施工规模大、对环境的影响也比较大,施工中需要用到大量的设备、工具、材料,这意味着施工现场的管理十分重要。为此,施工单位需要充分结合设计图纸及施工计划,对各个环节需要用到的设备、工程材料进行合理安排,加强施工现场管理。设备方面,要根据施工计划和质量要求,严格要求相关人员持证上岗,结合现场条件及施工安排,做好设备的协调。对工程材料的进场进行管理,严格做好材料质量的检查和规范管理,避免质量不达标或存在变质的材料应用到具体施工中。针对现场的人员管理,要协调好各个分项工程及施工环节的关系,明确施工计划和质量控制要点,做好施工过程的人员监督。

4.3 重视抗震加固施工,提高防水质量

水工建筑工程的施工中,抗震加固和防水施工是非常关键的环节,需要充分结合设计图纸,确保这些施工项目质量达到要求。抗震加固方面,需要协调好施工机械及材料,在水工建筑基础、结构部分做好抗震分析,结合混凝土浇筑、钢筋混凝土桩等方式,进一步提升建筑结构的稳定性和可靠性。在防水施工方面,需要对存在液化风险的位置进行混凝土浇筑,在工程结构表面采用防水砂浆喷涂的方式,提高结构的防渗防水性能,减少水对结构质量的影响。另外,在进行抗震加固及防水施工时,需要借助现代无损监测技术,判断结构体内部是否存在损伤及病害风险,及时进行处理,杜绝相关隐患。

5 结语

综上所述,水工建筑是现代水利水电工程的核心部分,其具有环境影响大、设计难度高、施工工艺复杂等特点。这要求设计单位充分考虑拟建地址现场地质条件、地形地貌以及水文条件,同时还要兼顾社会发展、生态环保等方面的需求,进而完成系统化的宏观设计方案。基于此,要组织协调各方面资源,利用现代技术,建立符合现场实际情况的施工管理体系,明确施工过程的质量控制要点,结合严谨的组织协调及施工现场管理,提高水工建筑的施工质量。

猜你喜欢
水工抗震建筑设计
建筑设计应对低碳理念的相关思考
建筑结构设计中的抗震结构设计研究
水工建筑渗漏成因与措施探析
小型商业建筑设计
建筑防火设计在建筑设计中的应用
装配式建筑节点抗震性能研究
水工环地质灾害评估方法初探
配景在建筑设计中的应用思考
抗震设计在房屋建筑结构设计中的应用
漾濞书协抗震作品选