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摘要：目前，诸多水工建筑存在混凝土开裂、渗漏、不均匀沉陷等问题，虽然大部分病害并没有引起水工结构的垮塌失效，但是，病害所产生的影响箱要采用各种手段去修复和加固水工结构避免病害发散引起的结构运营安全，这需要耗费较大的人力、财力和物力。因此，加强对水工结构设计质量的把握，可以较大程度上减轻上述病害；获得较优的全寿命成本，所以，本文对水工建筑的结构设计与处理方法进行探讨。
关键词：水工建筑；结构设计；处理方法
1水工建筑的运营现状分析
水工建筑所面临的是周边水环境，结构物往往采用混凝土建造材料以确保耐久性和水工结构的稳定性。随着运营时间的增加，混凝土水工建筑往往存在混凝土开裂、不均匀沉陷和渗漏等问题。混凝土开裂原因是复杂的，是相对于房屋建筑和桥梁而言，水工建筑往往是大体积混凝土，如果设计施工方法不当，很容易在混凝土收缩、外界温度等作用下产生初始裂缝，并在运营中不断扩展产生开裂，影响水工结构的耐久性。不均匀沉陷则往往是地基问题，如软土地基没有进行处理，存在不良地质等，软土地基在水工建筑面临较多，如果对软土没有进行很好地处置，在运营中软土压缩导致不均匀或者整体式沉陷，这会显著增加水工建筑的安全风险，造成大面积开裂。渗漏则是水工建筑面临的另一关键难题，由于水工建筑可能会面临一年四季的水流冲刷，如果没有选择较好的防水材料，没有经过局部区域的防水处理，很容易出现漏水问题，渗漏水直接引起水工建筑的破坏。
综上所述，对于水工建筑运营存在的问题，可以从设计源头进行质量控制，以减少运营期的这些病害以及由此产生的管养费用。针对水工建筑混凝土开裂主要是对大体积混凝土设计施工进行控制，对于水工建筑的不均匀沉陷主要对不良地质进行设计加固，针对水工建筑渗漏问题孺要设计防渗加固技术。
2大体积混凝土开裂的设计处理方法应对
大体积混凝土相对于常规混凝土的差别是厚度与长度、宽度的比值不同，导致其相对厚度很小，在混凝土浇筑过程中产生的水化热量，大体积混凝土表面的热量散发效率远大于内部热量的散失，使得混凝土内外温差很大，产生的湿度应力导致混凝土开裂。
影响大体积混凝土开裂的主要因素是水泥水化放热、环境温度变化、混凝土自身收缩性能、养护措施等因素。
1）混凝土的水泥水化热是产生内外热量不均衡的最直接原因，如果水泥的水化放热较慢，则在施工过程中会使得内部热量不断累积，温度迅速上升，更容易产生混凝土裂缝。
2）环境温度变化，由于水泥水化显著放热效应会使得内部局部上升到70-80℃，如果环境温度出现突然的下降，则极大地增加了开裂的风险，因此，需要避免环境温度的骤然降低。
3）混凝土收缩特性，在大体积混凝土浇筑中，如环境温度较低，则混凝土表面与外界环境进行非常频鳘的热交换，导致混凝土的水分大量蒸发，从而导致混凝土的出现干燥收缩效应。
4）混凝土养护不当，考虑到外界环境对于大体积混凝土开裂的显著影响，养护不当也会引起混凝土的开裂，如湿度和温度未控制好。这些影响混凝土开裂的因素不仅要在施工中对具体操作进行管理，还依赖于设计对于整理施工方案和方法的规定与把控。
为了降低水工建筑大体积混凝土开裂风险，就设计而言可以从原材料控制、施工防护设计措施和养护管理措施3个角度进行考虑。水化发热是产生大体积裂缝的直接原因，而优化混凝土的水泥种类、配合比、水泥含置等，可以降低水化热效应，提高混凝土抗拉强度。就施工角度而言，严格控制混凝土表面的温度和湿度，降低混凝土浇筑温度、延缓较少内外表面温差，避免温度等问题，都可以有效地控制大体积混凝土早期裂缝。混凝土施工的养护措施同样控制开裂风险。例如控制模板的脱模时间，选择在混凝土浇筑2d后进行脱模；进行绝热保温，当外界环境很低时，应该对大体积混凝土表面进行绝热保温，避免内外温差过大产生开裂；适时洒水养护，保证表面混凝土的湿度，避免干缩裂缝的产生，可以采用表面洒水养护或者采用密封剂，特别是在夏季施工中应该避免阳光直射，导致表面温度失衡。这些措施在设计阶段就予以考虑，可以极大地提高大体积混凝土的浇筑质量，使得早期开裂问题可以避免，初期混凝土微裂缝的控制可以有效地保障后期混凝土的使用性和耐久性。
3水工建筑不均匀沉陷的设计处理方法
水工建筑结构的不均匀沉陷很多都与不良地质有关，其中，最为显著的就是软土地基。软土具含水量大、比髙、压缩性强、透水性差、固结时间长等特征，这使得软土的固结沉降需要较长时间，导致水工建筑在长期运营下因为软土自身压缩和上部荷载作用，产生非常显著的整体变形和不均匀变形，这都会影响水工建筑的运营使用，严重的使局部区域产生大面积沉陷裂缝。因此，需要针对水工建筑软土所覆盖的范围、分布深度、软弱程度等进行设应对。针对软土分布范围较浅、范围不大等情况，可以采取一般性加固设计方法，如排水固结、换填施工、铺洒化学添加剂等。以换填施工为例，将软土层直接置换为含水率低、密实度好、承载能力强的其他土层，从而提高路基和路面施工的安全稳定性。塗层施工法往往针对表层软土地基且范围不大的情况，另外还可以在软土层表面铺设砂土使得软土固结排水并加固软土层，换填施工方法不适用于软土层深度较大的情况。对于软土分布范围大和深度大等情况，可以采用水泥揽拌桩、强夯法和灌浆加固等方法，使得整个软土地基的承载能力都能得到提高。以水泥搅拌桩为例，其基本原理是在软弱地基中植入桩体，桩体与周边土层黏结在一起形成承载受力的桩基结构，不仅可以有效地改善软土地基的整体性，而且由于桩基与软土的共同承载受力，地基的稳定性和安全性还可得到显著的提高。
4水工建筑渗漏问题的设计处理方法
水工建筑可能面临深水环境，如果设计考虑不周，可能在使用过程中出现水压力过大引起渗漏问题，渗流所产生的渗透压力很大，这会破坏建筑结构的整体稳定性，严重情况会造成水利工程的垮塌破坏，影响周边地区的安全。水工建筑渗漏问题的原因是多方面的，一方面设计的沉降缝、伸缩缝和抗震缝等如果没有设计采用较好的止水材料和构造，在水压力和冲刷作用下就会产生渗漏；另一方面，如果水工建筑因为开裂严重也会使得渗漏压导致裂缝扩展形成渗流通道，因此，需要对渗漏问题明确设计对策。
首先，应该在设计方案本身对变形缝的止水防渗问题进行明确规定，并采用性能好使用效果好防水止水材料；其次，设计与施工中应该降低初始裂缝的产生避免通过裂缝形成渗流通道；最后应该预先设计防渗漏加固措施，以水坝结构为例，根据坝体后续可能产生的渗漏问题分别制定水坝基础灌浆、帷幕灌浆、高压喷射灌浆等技术储备，确定实施工艺和流程，在运营中出现此类问题可以快速进行修复加固，避免病害问题扩散引起更加严重的后果。
结束语
探讨了水工建筑目前运营中存在的问题，重点对结构开裂、沉陷变形、渗漏等问题进行了阐述，并以此提出了设计处理措施和方法.尽可能在设计阶段提高水工建筑的质量，降低运营中的病害问题以及由此产生的管养工作，保障水利工程为人们生产生活的供需。
参考文献：
[1]水工建筑结构设计关键问题探讨[J].朱建生.河南水利与南水北调.2018（01）
[2]水工建筑物结构性病害防治与处理方式[J].何佳丽.建材与装饰.2016（44）
[3]水工建筑的防渗透技术分析[J].马丽.中国水运（下半月）.2014（09）