中国葛洲坝集团股份有限公司勘测设计院武汉430073
摘要：随着社会主义现代化的不断发展，社会各界对水工建筑质量水平的关注度逐渐提升，为水工建筑结构设计工作的进一步完善与优化奠定了坚实的基础。与此同时，水工建筑较具有一定特殊性与复杂性，关键点的设计是实际工作中需要重视的。本文将展开水工建筑结构设计关键问题的探讨，以供人们参考借鉴。
关键词：水工建筑；结构设计；关键问题
1水工建筑物结构设计的重要性
水工建筑是指通过修建堤坝、水闸、渡槽等水工建筑物对水资源进行调控，通过这些水工建筑物的兴建来预防或控制洪涝灾害和干旱灾害，满足社会生产和人民生活的需要。在水利建设过程中，水工建筑物的结构设计十分关键。水利项目施工前需要对水工建筑物进行结构设计，水工建设好坏受建筑物结构设计影响较大。因此，需要对水工建筑物结构设计引起高度重视。水工建筑物结构设计中需要做好统筹设计工作。需要考虑工程项目的实际情况和项目所在地的环境情况。水工建筑物结构设计效果好，可以极大的提升施工的质量，降低施工的成本。
2水工建筑材料
混凝土是水工建筑的主要材料，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。
3水工建筑结构设计的关键点
3.1水工建筑混凝土结构设计
传统的建筑混凝土结构设计往往过度强调混凝土的强度设计，真正意义上的水工建筑混凝土结构设计不仅要强调建筑结构是否符合强度标准，还要重视水工建筑结构周围的环境状况。如果水工建筑长时间处于阴湿的水下环境当中，就会对建筑的结构材料造成一定程度上的腐蚀，严重影响了建筑混凝土结构的性能。因此必须设计出科学合理的建筑混凝土结构来延长结构的使用年限。
（1）确定水工混凝土的结构极限
就混凝土在水工建筑实际应用来看，其自身结构的承载能力与正常使用的极限状态是影响水工建筑结构整体稳定性的关键所在。混凝土的承载力极限状态主要是指在混凝土结构自身内部强度与表面硬度已经超过了损害的限度，或因为结构内已经发生变形或裂缝不具备承载的力度。由此可见，在进行水工建筑结构诸如重力坝设计时，应将混凝土结构中承载力极限作为主要的设计要素，其自身结构中的拉应力也要在其承载极限范围之内为最佳。
（2）混凝土裂缝的控制设计
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。
3.2水工建筑水闸设计
（1）水闸位置的选择
在进行水工建筑水闸结构的位置选择时，设计人员也要注意以下原则：第一，水闸建筑结构外形要与其他水工建筑保持一致；第二，需要满足水闸中防洪以及改善地区用水环境的要求；第三，所设计的水闸位置要符合相关规范要求。
（2）闸室稳定性分析
闸室稳定计算，宜取永久缝间的独立闸段作为计算单元。以某工程的水闸结构设计为例：
①计算工况。根据水闸功能确定排涝河口水闸的工况水位组合如下：工况一，完建工况：闸上下游无水。工况二，上游挡水工况：闸上游为景观蓄水位1.50m，下游无水。工况三，下游挡水工况：闸上游无水，下游水位为多年平均潮水位为2.12m。工况四，地震工况：闸上游为景观蓄水位1.50m，下游水位为多年平均潮位0.26m，发生地震，地震加速度顺水流方向。
②计算内容。利用闸室基底应力和闸室抗滑稳定安全系数计算公式可分别计算各工况下排水闸的整体稳定及基底应力，判断是否满足规范要求。
③计算结果。各工况基底压力分布不均匀系数均小于2.0，满足规范要求，工况二～工况四抗滑稳定系数均大于1.3，满足规范要求。经对比，各工况中最大压应力为工况三的基底最大压应力，即87.75kPa，故本工程水闸地基承载力以此值控制。
（3）裂缝控制措施
土基上底板的温度应力比较大，完全靠增加钢筋的办法解决防裂问题比较困难，因此要从工程实施上采取防裂措施。
①适当减小底板分块尺寸及闸墩长高比；
②可能产生温度裂缝的部位预留宽缝，两侧增设插筋或构造补强钢筋、回填微膨胀性砼；
③采取控制和降低砼浇筑温度的工程措施（采用低热性水泥，低温水拌制砼，缩短砼运输时间，早晚或夜间进行砼浇筑等），并加强砼养护。
（4）地基加固及防渗设计
如果闸基底土层主要为淤泥或淤泥质砂层，压缩性高，固结条件差的条件下，为防止水闸基础较大的沉陷和不均匀沉陷，还应对水闸及其上下游结构基底处淤泥及淤泥质土的软弱地基进行处理，以提高地基的承载力、控制地基的沉降变形。
综合考虑造价、工期和地基沉降控制等因素，闸室结构可以采用水泥搅拌桩复合地基进行加固，设置桩径0.6m，间距0.8m，桩长6.0～7.0m；上游护底及消力池段，采用桩径0.6m，间距1.5m，桩长5.0m的搅拌桩加固软弱地基。并在闸室底板中部形成一道搅拌桩截水墙，桩顶伸入闸底板，根据计算，垂直防渗墙的深度采用6.0m且进入残积土不小于1.0m控制，布置方式为φ600@450，经搅拌桩桩截水后，水闸上下游基本无渗流，水闸地基不存在渗透破坏问题。同时为防止水流从边墩两侧饶渗，边墩底部采用双排旋喷桩处理。
4提升水工建筑结构设计水平的建议
4.1强化勘察及资料分析
就目前水工建筑的发展进程来看，为提升水工的建筑结构设计质量，设计人员还需强化场地勘察及文件编制的工作，严格遵照设计流程规范化的相关要求，对水工建筑施工场地的勘察工作进行实时的跟进，同时，综合各种基础资料和项目所在地的实际情况来进行建筑结构设计。基于完整、准确的基础资料，设计人员详细分析所在地的地形地貌、气候条件、生态环境、周边居民的生产生活等各种因素，以此提升水工建筑的设计水平。
4.2加强监管工作
水工建筑结构设计要严格按照国家相关规范和强制性标准来进行，相关管理部门要对水工项目加强监督和管理，设计文件要及时报相关部门进行审批备案。
5结束语
综上所述，水工建筑施工中，科学合理的结构设计是非常重要的环节，因此，设计人员要加强优化水工建筑的结构设计，把控设计中的关键问题，结合合理化措施提高水工建筑设计水平，为后期施工创造良好条件。
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