简述水工结构设计

简述水工结构设计

宋亚娟

河北水利水电勘测设计研究院,天津 300250

摘要：大多数水利工程都以钢筋混凝土结构形式为主；就通常的水工建筑结构而言(如大坝、水闸、码头等建筑构筑物等)，建筑结构的荷载承重和防渗功能等均主要由混凝土结构承担，因此，混凝土结构的设计显得尤为重要。 关键词：水利工程；水工结构；设计见解 中图分类号：TV331 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)14-0108-01

1 现代水工建筑的特点

（1）受自然条件制约多，地质、地形、气象、水文等对工程的选址、建筑物施工、工程投资和枢纽布置影响很大。

（2）当工作条件比较复杂时，如挡水建筑物需要承受较大的水压力，由于渗流作用产生的渗压力对建筑物的稳定和强度不利，当泄水建筑物泄水时，对岸坡和河床有着强烈的冲刷作用等。

（3）施工难度较大，在江河中建设水利工程，要妥善的解决施工截流、导流与施工期度汛，除此之外，复杂地基的处理及水下工程、地下工程等的施工都较复杂。

2 水工混凝土结构设计

针对传统的混凝土结构设计以强度设计为主的特点，水工混凝土建筑结构设计不仅要注重结构强度设计，还需要更多地考虑建筑结构在长期使用过程中由于水下环境作用引起的结构材料腐蚀对结构性能与适用性的影响,应尽可能通过合理的结构设计延长结构使用寿命。水工混凝土建筑结构的设计应严格按照现行的有关国家、地区及行业标准和规定执行,充分考虑建筑结构在正常使用阶段结构构件的相关检测和维护过程,在进行水工混凝土结构设计时, 应预留足够的工作面为后续工作提供可实施性。值得指出的是,水工混凝土结构在使用过程中遭受病害是不可避免的,只是应将其程度降至最低水平。

3 水工混凝土结构的特性

水工混凝土是混凝土学科中带有许多特殊性的领域。将一般混凝土结构设计理论用于水工混凝土结构,常会遇到不少无法解决的困难。水工混凝土结构的特殊性有如以下5个方面。

（1）结构尺寸较大,常为大体积结构,或为跨高比很小的短杆件。（2）强度所需的配筋率小于一般混凝土结构设计理论中规定的最小配筋率,但其配筋量仍极大。（3）大体积混凝土结构的水泥水化热较大,在外界温度变化时,常不可避免地发生温度裂缝。为限制裂缝宽度需配置较多的温度钢筋。（4）结构有的全浸于水中,有的处于承压或干湿交替的状态,有的尚有渗漏、冻融或冲刷气蚀等作用,耐久性常成为水工混凝土的严重问题。（5）不少结构为非杆件体系,无法象弯、压、拉等标准杆件那样按极限强度理论进行配筋分析。

为适应水工中这种大体积、低配筋和非杆件的特殊性态, 我国工程界曾作过多方面的探索,如按应力图形配筋、非线性钢筋混凝土有限元分析、大体积混凝土温度配筋等,并有了不少进展。

4 水工建筑中混凝土工程的常见通病 4.1 混凝土结构的裂缝

在民用工程建设和水利建设的一个共同问题是混凝土结构不稳定，这主要是混凝土结构裂缝和混凝土强度不够。使混凝土结构发生部分沉降，并最终影响到混凝土整体结构的稳定性。

4.2 混凝土截面尺寸偏差

对土建和水工建筑施工图掌握不足，以至在实际操作中会有偏差。建筑工人在测量上的失误也是造成尺寸偏差的一个重要原因。因混凝土的强度和稳定性不够，导致混凝土面板的变形，从而造成横截面的尺寸偏差。

108 2015年14期

4.3 混凝土架空、蜂窝等质量通病

混凝土蜂窝和孔洞等问题的出现是各种各样的原因造成的：如混凝土模板拼凑而成的缝隙过大、不平坦的混凝土搅拌楼、混凝土配合比的测量误差，这些都会使混凝土结构有蜂窝现象。

5 水利工程通病原因 5.1 原材料选用不合格

在工民建建筑和水工建筑中，许多管理者在混凝土施工材料等方面的把关并不是很严格，他们忽视了对原材料的管理与监督，因而无法达到混凝土的施工要求。如选用的外加剂或者水泥的质量不达标，选用的水质不能满足混凝土拌合均匀的要求，这些都会影响到混凝土结构的质量安全。

5.2 混凝土施工中拌合物的选择不当

混凝土施工中拌合物的选择不当，或在实际的拌合中各种材料用量不正确混凝土的拌合是有超级严格的标准和要求的，不严格的按照拌合比例进行拌合，会让混凝土材料的正常使用受到影响，甚至影响到混凝土的施工安全。

5.3 混凝土的施工工艺控制不当

在建筑施工中，控制施工工艺是非常重要的。许多施工人员对混凝土的施工、拆模和保护不认真，随意拆装模板，易引发混凝土的质量事故。

6 水工建筑混凝土结构的施工要点 6.1 加强对原材料的质量控制

原材料的选用对混凝土的质量有着直接的影响，因此施工者必须要做到以下3个方面：

（1）对混凝土施工中要用到的原材料要进行质量检查，要检查这些原材料是否和相关的质量标准、是否有国家的认证标志，要保证选用的所有材料符合国家的技术指标。

（2）要加强对原料的储存管理。购买的原料的要存储合理，以确保各种原料的存储和混凝土施工过程中是有质的变化。

（3）对原料的选择要理智。常用的混凝土原材料有水泥、骨料和外加剂原料，这些材料的选用要有一定的原则，根据建设需要选择不同的材料。例如：特定水泥的选择，有普通水泥、特种水泥、专用水泥等，使用不同类型的水泥是不一样的。不同建筑物的建造，水泥选择也是不同的。水质的选择必须充分考虑，以确保水的质量，从而促进混凝土的搅合。外加剂的选择应充分考虑其品种，以确保独立使用的添加剂，而不是与其他添加剂混合。

6.2 加强对混凝土施工中的搅拌艺术的控制

科学地计算施工中的各种材料的混合比。混凝土施工材料拌合不是随机的，原材料的用量、拌合的时间和搅拌均匀程度是有严格的要求。

参考文献

[1]国家标准.水工结构设计可靠度统一标准(初稿)1989 [2]吴世伟.结构可靠度分析[M]北京:人民交通出版社,1988.

[3]DL/T 5057-96,水工混凝土结构设计规范[S]北京:中国电力出版社. [4]周氏等.正常极限状态设计的耐久性指标.混凝土结构基本理论与应用第二届学术讨论会论文集,1990.