[摘要] 文章针对水工建筑结构设计中存在的主要问题, 进行科学的分析, 并简要介绍了加强水工建筑结构设计的重要价值, 提出水工建筑的结构设计与处理方法, 能够保证水工建筑结构可靠性与稳定性。
水工建筑结构设计是一项综合性特别强的学科, 最近几年来, 我国的水工建筑结构设计比较注重人文性、功能性与安全性, 在水工建筑结构设计环节, 设计人员要综合考虑多项因素, 结合丰富的设计经验, 制定更为完善的水工建筑结构设计方案, 保证水工建筑结构设计中存在的问题得到更好处理。鉴于此, 本文重点研究水工建筑结构设计与处理措施。
1 、加强水工建筑结构设计的重要价值
在水工建设施工过程之中, 加强水工建筑物结构设计至关重要, 水工建筑结构设计是施工的基础, 如果水工建筑结构设计方案存在缺陷, 会对水工建筑物施工质量产生较大影响。所以, 做好水工建筑结构设计工作特别关键。因为水工建筑物结构设计难度比较大, 对设计人员的要求特别高, 设计人员要严格要求自己, 运用先进的水工建筑结构设计理念进行设计, 保证水工建筑结构设计方案得到有效实施。
另外, 通过不断加强水工建筑物结构设计, 能够有效降低水工建筑物结构施工成本, 保证水工建筑物能够更好的投入到使用当中。因为水工建筑物结构比较复杂, 设计人员要结合水工建筑物结构特点, 对既有的水工建筑结构设计方案进行优化, 保证水工建筑物结构更为可靠。
2、 水工建筑的结构设计与处理方法研究
2.1、 水工建筑不均匀沉陷设计与处理方法
水工建筑物结构出现不均匀沉降, 主要是该地区的地质条件有关, 软土地基比较常见。软土地基具有含水率大、孔隙比高、压缩性较强的特点, 而且其固结时间比较长、透水性较差, 使得软土地基固结沉降时间过长, 水工建筑物长时间运行, 受软土地基的影响, 会出现较为明显的变形与不均匀沉降, 降低水工建筑物的使用效果, 严重的区域还会出现大面积沉降。水工建筑结构设计人员要明确软土地基覆盖范围与软弱度, 制定针对性较强的结构设计方案[1]。
对于水工建筑结构设计者来讲, 要明确软土的覆盖范围, 如果水工建筑物的软土覆盖范围比较小, 可以采用一般加固设计方法进行设计, 比如排水固结法、换填施工法等等。换填加固设计法, 通过将软土层换为含水率比较低、密实度比较好的土层, 保证水工建筑物的路基与路面结构更为可靠、安全。垫层施工法比较适用于软土地基分布范围小的水工建筑物。设计人员也可以直接在软土层表层铺设砂土, 保证软土地基中的水分有效排出, 真正达到地基加固的目的。如果水工建筑物的软土层深度比较大, 则不宜采用换填施工法。
如果水工建筑软土覆盖范围比较大, 深度也比较大, 可以运用水泥搅拌桩与强夯法、灌浆加固方法进行施工, 保证水工建筑物软土地基承载力得到进一步提升。例如, 水泥搅拌桩加固方法的应用, 其原理比较简单, 通过在软土地基内部植入适量桩体, 桩体和周围的土层有效黏结, 形成承载力比较好的桩基结构, 能够保证软土地基可靠性得到更好提升, 桩基和软土的承载力得到双重提高, 进而延长水工建筑结构的使用寿命。
2.2、 大体积混凝土开裂设计与处理方法
和常规的混凝土结构相比较来讲, 大体积混凝土结构的厚度、长度与宽度比值存在较大差异, 其相对厚度比较小, 混凝土浇筑施工环节, 特别容易出现水化热现象。大体积水工建筑物表面所散发的热量大于内部散发的热量值, 混凝土内部与外部温差过大, 产生较为显着的温度应力, 使得混凝土出现大面积的裂缝, 防止水工建筑物出现结构失稳现象。
为了避免大体积混凝土出现裂缝, 设计人员要明确大体积混凝土产生裂缝的原因, 因为水泥水化放热、外界环境温度出现变化, 或者混凝土养护不到位等, 大体积混凝土均出现开裂现象。大体积混凝土产生裂缝的原因如下:
(1) 水泥水化热。如果水泥出现水化热现象, 混凝土内部与外部额热量不均匀, 内部水泥水化放热速度比较慢, 在具体的施工环节, 大体积混凝土内部水泥水化热量积累过多, 温度快速上升, 特别容易出现大面积裂缝, 降低水工建筑结构的安全性。
(2) 外界环境因素。因为水泥水化热现象较为明显, 大体积混凝土内部温度能够达到70℃～80℃左右, 一旦外界环境温度骤然下降, 混凝土出现裂缝风险的概率增大[3]。
(3) 混凝土自身的收缩特性。在浇筑大体积混凝土时, 如果外界环境温度过低, 混凝土表面和外界环境热交换过于频繁, 使得大体积混凝土水分蒸发速度过快, 大体积混凝土特别容易出现收缩现象。
(4) 混凝土养护不到位。结合外界环境温度对混凝土裂缝产生的影响, 如果养护不到位, 大体积混凝土也会出现大面积裂缝, 例如, 混凝土的养护湿度与温度控制不合理, 均会引发裂缝。
为了减少大体积混凝土裂缝的产生, 在水工建筑物设计环节, 设计人员可以从以下几方面进行设计:
(1) 对混凝土水泥种类与配合比、含泥量进行优化设计, 有效减少水泥水化热现象的发生, 提升水工建筑物大体积混凝土的抗拉强度。还要加大混凝土表面温度与湿度的控制力度, 尽可能减少温差, 保证水工建筑结构更为完整, 减低水工建筑结构失稳现象的发生概率。
(2) 加强绝热保温。如果外界环境温度比较低, 要对大体积混凝土表面采取绝热保温措施, 防止混凝土内部与外部温差过大, 避免大体积混凝土出现裂缝。
上述措施在水工建筑结构设计环节就要考虑, 使得大体积混凝土浇筑质量全面提升, 防止混凝土出现较大裂缝。
2.3、 水工建筑渗漏设计与处理方法
水工建筑需要在深水环境中运行, 若设计方案不合理, 存在较多缺陷, 水工建筑物在运行的过程当中, 很容易出现压力过大引发大面积渗漏现象, 渗流会产生较大的渗透压力, 对水工建筑物的可靠性产生一定影响。水工建筑结构渗漏原因比较多, 分别是设计不当引发的沉降缝与伸缩缝, 若没有采用质量比较好的材料, 在水压力与冲刷的作用之下, 很容易出现大面积渗漏。如果水工建筑物出现大面积的开裂, 在外界压力作用之下, 很容易出现渗流通道。
对于水工建筑结构设计人员来说, 在制定设计方案时, 要特别重视变形缝防渗设计问题, 并结合水工建筑结构止水防渗要求, 尽可能选择性能比较好的防水止水施工材料。在设计环节, 尽可能减少裂缝的出现, 降低渗漏通道的发生概率。需要提前设计好防渗漏加固方案。水工建筑物结构在运行的过程之中, 如果出现渗漏问题, 要及时修复, 防止病害问题加剧。
3 、结束语
综上所述, 通过对水工建筑的结构设计与处理方法进行合理分析, 例如水工建筑不均匀沉陷设计与处理方法、大体积混凝土开裂设计与处理方法、水工建筑渗漏设计与处理方法等等, 能够保证水工建筑物结构设计方案得到有效实施, 提高水工建筑结构的安全性与稳定性。
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