基于水工混凝土结构设计探究

基于水工混凝土结构设计探究

杜尚茂

深圳市水务规划设计院股份有限公司海南分公司    海南海口   570100

摘要：水工建筑工程是我国重要的基础建设共工程，以混凝土结构为主。水工混凝土需要面临恶劣的自然环境，可能在裂缝等问题，影响使用安全以及使用年限，因此，在设计阶段要强调建筑的安全性和稳定性，为建筑项目的开展打下基础。本文结合笔者工作经验，探讨水工混凝土结构设计，以供参考。

关键词：水工建筑；混凝土结构；设计

引言

水工建筑是水利工程配药设施，对与水利工程有着直接影响。水工混凝土结构设计对于建筑整体的强度、持久性、经济性等因素有着至直接影响，因此加强水工混凝土结构设计时保证水工建筑功能、安全性以及稳定性的重要措施。

1. 水工混凝土结构设计要求

水工建筑的主要作用是防洪、发电、灌溉等，主要材料以钢筋混凝土为主，其结构设计只影响到整个水利工程的使用，水工混凝土要面临复杂的环境，处于大江、大河中，需要对水资源进行充分的调控，担负着抗旱、防洪、发电等任务，一点发生安全事故，将会造成巨大的损失[1]。因此，在设计水工混凝土结构时，一定要验执行相关技术标准，利用科学的设计方法，积极使用信息技术手段，设计出最优设计方案。

在水工建筑混凝土设计中，要注意些以下几点

（1）水工混凝土结构跨度较小、尺寸大，这设计时需要对结构进行合理规划，保证混凝跨度和尺寸的平衡。

（2）水工混凝土的部分结构需要经受复杂地理环境的考验，其耐久性相对较差。

（3）水工混凝土结构和普通混凝土结构相比，配筋率相对交底，但是由于其总体量大，总配筋数量非常多。

（4）水工混凝土对于钢筋的要求比较高，一般使用温度高筋，以保证结构的稳定性。

2.水工混凝土结构设计的基本原则

2.1工混凝土结构设计的最大承载能力

在水工混凝土结构设计时，需要考量其最大承载能力，即结构的刚度、强度、荷载能力的极限承受值，一旦超过极限值，内部结构将会出现变化，可能产生沉降、变形、断裂等。水工建筑混凝土通常是作为挡水和蓄水的作用，要承受巨大的体积将形成强大的压力和冲击力，对水工混凝土结构的破坏十分巨大。所以，在设计中应充分考虑到混凝土面临的问题，正确设定水工混凝土构件的极限负荷和抗压限制系数，以受力破坏极限值为主要设计依据，最大应力必须小于应力限值，设定混凝土结构应急约束的极限状态，同时协调、平衡工程设计中的各种不确定因素，计算混凝土结构的不连续点，并做针对性的吹，以规避裂缝的产生。2.2对裂缝进行有效的控制

因为水工混凝土结构具有明显的特殊，在设计过程中要避免裂缝、沉降、变形等混凝土结构缺陷极。在我国相关法规中对水工建筑混凝土裂缝有着严格的要求，允许不影响水工建筑物设计的安全功能和使用性能的裂纹客观地出现；但是,水工混凝土结构设计需要严格执行相关技术标注，尽可能减少裂纹的形成。这需要设计人员根施工环境的地质、水文等条件进行综合分析，合理选择结构的荷载参数、水压变化等技术参数，制定最佳工程设计方案。和一般的建筑结构不相同，水工混凝土结构大多数采用非常规的小横杆构件，在很大程度上了增加了控制难度[2]。对混凝土构建的烈性就西宁评价后，才能进行裂缝裂缝，根据断面受力变化后产生的裂纹尺寸等信息，制定针对性的处理方法和检测指标。在对裂缝的处理当中，必须要经过科学的计算，根据先关计算公式进行限裂验算，分析裂缝控制效果。

3.水工混凝土结构设计设计要点

3.1配筋率配置

在水工混凝土结构设计过程当中，设计人员除了考量裂缝控制问题外，还需要控制配筋率的问题。但目前受到技术水平的制约，我中国水工混凝土设计的最小配筋率问题始终无法制定更合理的方案，缺乏具体的统一评判标准，更缺乏经过行业共同认证的专责。一般条件下，水工混凝土设计的结构体积必须和配筋数值呈正比例关联，缺乏有效的理论指导，部分理论违反了配筋率设计原理。但是，在实践中证明，混凝土结构截面和极限内应力变化参数进行匹配，能够合理克服配筋率难题。

3.1水闸设计

排水与蓄水是水利工程的基本功能，因此，对闸门设计有着较高的要求；同时闸门设计会对水工混凝土设计品以及工程整体使用年限有着直接影响。在水闸设计时要重点以下因素：

（1）侧墙的出水口设计。水工混凝土结构发生漏水是比较常见的现象，若在正常范畴则不需要进行特殊处理，但是将渗水排除。为了有效的排除渗水，工程设计技术人员在绘制工程设计图纸时，要注意护坡上和单向的闸口下游的侧墙设置出水口，同时还须设有过滤设施。为防止水工建筑的侧墙也发生渗漏的情况，在侧墙上还必须设有出水口,以防止上游的流水不能经过出水孔，直接流出墙外造成大量渗水大量滞留，对水工建设的质量安全产生危害。

（2）消力池的出水口设计。通过布置消力池出水口能够有效地减轻水工建筑下部的渗漏压力。通常情况下，当大流量水流流出闸后，首先流动到消力池底板上，在巨大的水压作用下，在陡坎的下端和地板的交汇处产生收缩水深，在动能最大的区域设置出水口,在压强和超高流速的双重影响下，水流将地板下的混凝土和泥土冲散，严重影响建筑结构的安全，又发生坍塌的风险，存在极大的安全隐患

[3]。因此，一定要注重消力池的出水口设计，将渗漏压力减至最低，以保证水工建筑的安全。

4.混凝土结构施工工艺

4.1 混凝土的浇筑

在进行混凝土浇筑时说先要规划作业流程，采取分层、分段、分片的方法，确保每一部位的施工效果。水工建筑体量相当大，对模板系统的承受能力进行分析，制订好合理的方法和施工步骤，防止由于模板系统受到破坏，影响施工进度和施工质量，避免混凝土凝固以后产生严重的裂纹。在分层施工作业时吗，每层的高度一般控制在30cm，高度在10-15cm，面积控制在50m2，这样的施工方案符合水工建筑混凝土的特征，提升了施工的针对性，可以有效提高施工的质量。另外值得一提的是所有结构的施工都是要一次进行,保证不能施工的连续性，避免出现混凝土初凝、离析都能问题，影响混凝土融合，影响了整体施工的效率和质量。

4.2 混凝土的振捣

水工混凝土结构施工量巨大，振捣作为主要的施工环节，是保证建筑结构稳定的基础。因此，在施工中要根据需要使用不同的振捣工具。包括插入式振捣器、平板型混凝土振捣器、附着型鼓捣器等，并且在振捣作业时要与模板维持适当的间距,以免形成模型共振危害混凝土结构总体的品质。在进行分层砼每点管理工作的时间，确保插入式振捣设备能够连接到不同的层面，保证混凝土结构整体的融合下过，在分片作业时，通过反复的振捣确保结构表层被充分覆盖。混凝土施工作业时可以，若发现下沉运动停止，没有气泡产生，结构表面平滑，振捣器的声音频率趋于稳定，说明砼混凝土均匀完全的包覆到结构构件上，则可以停止振捣工作。

4.3 混凝土变形控制

变形是混凝土施工中最常见的问题，产生变形的原因有很多。在结构设计时，要加强验算，控制好结构整体强度；对混凝土材料进行检测，保证其符合要求。在施工中，如果发现部分结构不符合要求，要及时处理。同时，在浇筑前要查询天气情况，保整气候情况适合施工；一旦施工不能挺停止，保证施工连续；做好紧急预案，一旦出现问题要及时处理，防止结构出现坍塌等问题。做好混凝土施工过程中的各项基础工作，按照设计要求进行施工，是控制混凝土变形的有效的措施。

结束语

水工建筑混凝土结构设计是保障建筑结构安全基础。在设计时要遵循工混凝土结构设计的基本原则，处理好配筋率、出水闸口设计，同时强化施工控制，以保证混凝土结构的整体质量，保障水工建筑的安全性和稳定性。

参考文献

[1]刘莉娜,刘敏,邓波.水工混凝土结构设计研究[J].工程技术研究,2019,4(03):194-195.

[2]代玉华.水工混凝土结构设计存在的问题与对策分析[J].地下水,2022,44(03):284-285.

[3]梁剑.水工混凝土结构设计分析[J].住宅与房地产,2019(31):97-98.