关于水工建筑设计中的水工结构专业设计探讨

肖继良

惠东县广源水利水电工程勘测设计有限责任公司

摘要：水工结构设计是水工建筑设计中的一个关键环节，如果结构设计不当，不仅会影响整个水工建筑功能的发挥，还会影响整个水利工程的安全性，会给工程建设带来很大的困难，而且还会给人们的生产和生活带来很大的影响。通常，在工程建设中，混凝土开裂、不均匀沉降、渗漏是工程建设中经常遇到的问题。本文根据目前我国水利水电工程施工的实际情况，对裂缝、不均匀沉降、渗漏等结构设计问题进行了分析，并提出了相应的解决措施。

关键词：水工建筑；结构设计；大体积混凝土；开裂；防渗漏

引言

水工建筑物在遇到裂缝等问题时，可能会引起整个建筑物的坍塌，因此，在工程施工中，应采取相应的措施，以保证工程施工的安全。在水工建筑物设计中，加强设计的合理性和科学性，能有效地降低后期的病害，避免因维修等原因而引起的大量人员和材料损失，同时又能合理地控制施工费用；同时保证了水工建筑物的使用寿命，使其最大限度地发挥作用，达到经济效益和社会效益。

一、加强水工建筑结构设计的重要价值

在水工施工中，加强工程结构的设计是非常关键的，而对其进行设计是其最基本的工作。这将极大地影响到水工建筑的建设质量。因此，在水工建筑物的结构设计中，做好其工作尤为重要。

由于水工建筑物的结构设计相对复杂，对设计者的要求尤其高，因此，设计者必须严格要求自己，采用先进的水工建筑结构设计思想，确保了工程施工的顺利进行。此外，对水工建筑的结构进行持续强化，可以有效地减少工程造价，确保其更好地投入使用。由于水工建筑物的结构复杂，设计者应根据其结构特性，对已有的结构进行优化，以确保其结构更加可靠。

二、水工建筑的运营现状

由于水工建筑物周边水环境的复杂性，给工程建设带来了困难，因此，在工程建设中，必须注重结构的稳定和安全，而在工程建设中，首先要考虑的是建材的特性；防止后期操作中出现的各类问题。在工程建设中，由于长期的使用，往往会出现混凝土开裂、不均匀沉降、渗漏等问题。

若不进行适当的结构设计，则可能导致混凝土内外温差过大、收缩等现象，导致建筑物产生裂缝，影响建筑物的整体耐久性。水工建筑物的基础不均匀沉降，对整个结构的稳定和安全产生了直接的影响，而不良的地质条件对基础的影响最大，如：水工建筑物往往面对较软的地基；若不对软弱地基进行有效的加固，将会导致后期的软弱地基发生挤压，引起塌陷，给工程施工带来极大的安全隐患。

由于水工建筑物周边的水环境对建筑物自身的长期侵蚀，因此对工程中的防水材料的选用和关键部位的防水处理，以防止因漏水而引起的损害。

针对水工建筑物的结构设计问题，应从工程自身的设计、施工等方面考虑，从工程质量的角度考虑；对工程的设计进行了优化，从源头上对施工过程中的不利因素进行了严格的控制，避免了后期的大量人力、物力、财力的投入。水工建筑混凝土裂缝的产生主要是控制混凝土的施工质量，而非均匀沉降的主要原因是对不良的地质基础进行加固，而漏水问题对防水技术的要求就更高了。

三、水工建筑的结构设计与处理方法研究

3.1水工建筑不均匀沉陷设计与处理方法

由于当地的地质情况，导致了水工建筑的非均匀沉降，在软弱地基中较为普遍。软土地基是一种高含水量、高孔隙比和高压缩性的软土地基，它的固结时间较长，渗水性较差，导致软土地基的固结时间长、沉降时间长，水工建筑物长期使用，容易受到软土地基的影响；在工程建设中会产生较大的变形和不均匀沉降，影响工程的正常使用，甚至在一些地区发生大面积塌陷。因此，在进行工程设计时，必须明确软基的覆盖面和软弱程度，并制订有针对性的结构设计。

在水工建筑结构设计中，应明确软黏土的覆盖面，若其覆盖面积较小，则应按常规加固设计；比如排水加固、换填施工等。采用换填加固设计方法，采用低含水量、高密度的软土，以确保地基和路面结构更加可靠和安全。在软弱地基上，采用垫层施工方法是一种较为理想的方法。同时，还可以将沙土直接铺在软土表面，确保排水效果，实现对软土地基的加固。

在软土厚度较大的水工建筑中，更换填筑方法是不可取的。当水工建筑软土的覆盖面较广、深度较大时，可采用混凝土搅拌桩、强夯法、灌浆加固等方法，使水工建筑物的软弱地基承载能力得到进一步提高。

以混凝土搅拌桩为例，其施工原理较为简单，即在软弱地基中注入适当的桩身；通过对桩身与周边土壤进行有效的黏结，使桩基承载能力更好地提高，使桩与软土的承载能力达到双倍，延长水工建筑物的寿命。

3.2大体积混凝土开裂设计与处理方法

与传统的混凝土结构相比，其厚度、长度、宽度的比例有很大的差别，因此，在混凝土的浇筑过程中，混凝土的水化热问题尤为突出。大体积水工建筑的表面热辐射大于其内部的热，其内外温差较大，导致了较大的温度应力，导致了大范围的开裂；避免了水工建筑的结构不稳定。为防止大面积混凝土发生裂缝，应首先查明其存在的问题，如水泥水化放热、外部环境温度变化、混凝土养护不当等。

大体积混凝土出现裂纹的原因有：

(1）水化水泥的热量；若水泥发生水化热，则其内外额热量分布不均，内部水化放热速率较缓慢，在具体施工阶段；由于大体积混凝土中存在大量的水化热，使其温度迅速升高，尤其是在大范围内产生较大的裂缝，影响了水工建筑物的安全。

(2）外部环境的影响；由于混凝土的水化作用比较明显，所以混凝土的内部温度在70~80℃之间，如果外部温度突然降低，混凝土开裂的可能性就会增加。

(3）混凝土本身的收缩性能；在浇注大体积混凝土时，由于外部环境温度太低，导致其与外部环境的热量交换太频繁，导致其水分蒸发过快，大体积混凝土尤其易发生收缩。

(4）未进行适当的混凝土养护；考虑了外部温度对混凝土开裂的影响，在养护不当的情况下，大体积混凝土也会发生较大的开裂，混凝土养护湿度和温度控制不当都会引起裂缝。

为降低大体积混凝土裂缝的发生，在水工结构设计阶段，应采取下列措施：

(1）通过优化混凝土的类型、配合比和含泥量，可以有效地降低水化热，提高其抗张强度。同时要注意控制混凝土的表面温度和湿度，尽量减小温差，以确保建筑物结构的完整性，降低建筑物不稳定的概率。

(2）加强隔热。当室外气温较低时，应在大面积的混凝土上进行隔热处理，以防止其内外温差太大，避免混凝土产生开裂。以上的这些措施都是在水工结构的设计中加以考虑的，以提高大体积混凝土的浇筑质量，避免大面积的混凝土开裂。

3.3水工建筑渗漏设计与处理方法

水工建筑是在深水环境下进行的，如果设计方案不够合理，存在很多的缺点，水工建筑物在使用期间；由于渗流造成的渗流压力大，会对水工建筑物的安全运行造成一定的影响。

水工建筑的漏水主要是由于设计不合理造成的塌陷和伸缩缝，如果材质不够好，在水压和水流的影响下；极易发生大规模的泄漏。当水工结构发生大范围裂缝时，由于外部压力的影响，很容易形成渗透通路。

因此，在水工建筑结构的设计中，应着重考虑变形缝的防渗设计，并将其与水工建筑物的防水、防水要求相结合；尽量选用具有良好性能的建筑防水止水材料。在设计阶段，应尽量减少裂缝的产生，并减少泄漏通道的发生。防渗加固要事先做好。水工建筑结构在使用期间，若发生漏水问题，应立即进行维修，以避免问题恶化。

结束语

总之，本文从水工建筑的结构和处理中，对其进行了合理的分析，包括水工建筑不均匀沉降的设计和处理方法，混凝土裂缝的处理，水工建筑的渗流设计和处理方法，以确保水工建筑的安全和稳定。

参考文献

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