摘要：如果將水工看作一間房屋，那么混凝土結(jié)構(gòu)則是這座房屋的基本框架，起著承受整個房間重量的重任。由此可見，混凝土結(jié)構(gòu)的重要性。本文旨在借助工程實例，從混凝土的材料出發(fā)，對其進行結(jié)構(gòu)、水閘、環(huán)境、安全等的優(yōu)化設計。

關鍵詞：水工；混凝土結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設計

引言：

在今天，水利工程的應用范圍愈加廣泛，且行業(yè)實力始終保持上升趨勢。但是，我們不可否認，該工程在進步的同時，仍然存在某些“漏洞”，例如：混凝土設計。因此，為了保證水工的安全性和可靠性，有關部門一定要注重對其的結(jié)構(gòu)設計，保證其結(jié)構(gòu)能夠長久地發(fā)揮效應。

1、工程概況

現(xiàn)有一座水電站，攔水、排水、泄洪等設施完善?？傂钏繛?.463*110m³。在正常情況下，這座水電站的蓄水高度約為497m，容納水量為0.334*112m³，裝機容量約為101MW。自水電站建造至今，每年產(chǎn)生的電量始終維持在3.498*112kw·h上下。根據(jù)國家工程規(guī)模劃分的規(guī)定，該水電站規(guī)模等級為三等，占據(jù)整個工程層級塔的最中間位置。因工程所在地不屬于板塊運動中心，受地震影響可能性較小，因此，本次設計將地質(zhì)災害因素排除在外。

2、混凝土材料

水工，見字見義，這種工程的建造和運行環(huán)境都離不開水，這就間接決定了水工材料的性質(zhì)，即必須要防水。因此在，在綜合考慮經(jīng)濟、質(zhì)量、安全等因素之后，混凝土材料脫穎而出，成為構(gòu)建這種工程的最佳材料。

混凝土，“混”是指其材料特點，即其并不是由某種單一的物質(zhì)組成，而是綜合了沙和水泥等各種材料?！澳笔侵钙洳牧闲再|(zhì)，即其十分具有粘合性。在運用這種材料時，施工隊伍首先要對其各組成部分進行質(zhì)檢，保證材料的規(guī)格、硬度等符合施工需求，能夠承受預期施工壓力。只有在確保性質(zhì)檢測過關后，隊伍才能進行下一步工作。

還有，我們還需要對混凝土的配比進行檢查，保證各項材料之間的配比值與設計相符，具備良好的粘結(jié)性和彈性，能夠適應水工施工和運行的各種變化及壓力。

3、設計基礎

3.1結(jié)構(gòu)極限

這主要體現(xiàn)在兩個層面：時間和承壓。對于時間極限，即是指混凝土能夠發(fā)揮實際作用的最大年限。在進行這部分設計時，設計者要綜合考慮技術、造價、材料等方面內(nèi)容，提升材料制作和施工的質(zhì)量，確保材料能夠最長時間的發(fā)揮效用。對于承壓極限，即是指材料承受重力、壓力及外界損害力等的最大值。一旦施工強度超出材料的這種最大范圍值，就很容易出現(xiàn)工程坍塌、裂縫等現(xiàn)象，降低工程的可靠性和安全性。因此，在實際設計時，設計者一定要對施工環(huán)境進行細致考察，并明確施工的各個環(huán)節(jié)及需求，選擇承壓值最合理的材料，保證材料實際承壓值始終處于可控狀態(tài)，進而提升結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

3.2裂縫預防

在實際運行階段，由于水、溫度、風等因素的侵害，水工建筑經(jīng)常會出現(xiàn)一些裂縫，降低其使用質(zhì)量。因此，在對工程進行設計時，設計者一定要具備“先見之明”，預先對可能出現(xiàn)裂縫的地方進行標注，并設計出能夠有效減少裂縫危害的措施，以此保證水工的長時性和可靠性。

一般來說，裂縫產(chǎn)生的地點主要集中在彎拉型構(gòu)件處，因為水工施工和運行環(huán)境的特殊性，使得其施工材料也具有某種特殊性，例如：桿件。因此，對裂縫進行預先估計，明確工程對裂縫的可接受范圍十分重要。所以，設計者在工程開始之前，一定要綜合考慮各結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的可能性，并對這種可能性進行合理的推斷，明確裂縫產(chǎn)生的條件。至于這種條件如何推斷，則需要借助公式，下圖即為各公式的結(jié)果對比：

3.3伸縮縫預留

在水閘設計中，設計者不僅需要考慮其結(jié)構(gòu)組成，形成“水工+建筑”的結(jié)構(gòu)模式，還要對各結(jié)構(gòu)的伸縮空間進行考慮，以此保證其在后期運行中的高效化。對于伸縮縫的設計，則需要考慮以下幾個問題：第一是結(jié)構(gòu)標準是否具有長時性特點；第二是結(jié)構(gòu)是否發(fā)生變化；第三是平面結(jié)構(gòu)是否十分具有難度。

4、水閘設計

4.1消力池排水孔

消力池，顧名思義，即是減小、緩解下泄水流沖擊力的水池，它能有效減少水流對水工建筑的沖擊，進而保證水閘作用的正常發(fā)揮。但是，如果該水池中間積水嚴重，就無法對下泄流產(chǎn)生有效的攔截及消能作用。因此，對其進行排水孔設置十分重要。出于消力池的結(jié)構(gòu)考慮，設計者在進行排水設計時，可在其末端設置排水孔，減少水流在急速流動中產(chǎn)生的沖擊力，保證底板始終處于平穩(wěn)狀態(tài)。

4.2倒墻排水孔

出于排水有效性考慮，設計者還可以在水工的側(cè)墻設置孔洞，并在其后方安裝濾水板，形成排水途徑的多樣化。同時，為了保證側(cè)墻在排水時不會產(chǎn)生漏水等現(xiàn)象，設計者可以在水閘進口處設置孔洞，延長水流的線路，在流動中逐漸消磨其沖刷力。

4.3止水伸縮縫

對于該種問題，其產(chǎn)生原因不在于外界的干擾，而是取決于施工過程中的管理效應。因此，負責人在進行該部分施工時，一定要注意形成材料一技術一質(zhì)量一安全的鏈條式管理模式，保證伸縮縫的止水效應能夠正常發(fā)揮。

5、溫度、濕度計算

對混凝土而言，溫度和濕度對其的影響無可取代。因此，在對混凝土進行結(jié)構(gòu)設計時，設計者還需要考慮該結(jié)構(gòu)對外界環(huán)境的應變能力如何，以及怎樣的彈性范圍才最適宜于當下環(huán)境，這就需要借助彈性公式。

6、安全監(jiān)控

在水工正式運行后，相關部門還要對其進行安全監(jiān)控，制定嚴格的日檢、周檢、月檢規(guī)則，并明確檢查的重點和危險機制。一旦水工某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，有關部門一定要及時展開評議會議，制定出最合理的補救措施，保證水工能夠在短時間內(nèi)繼續(xù)發(fā)揮效應。這樣，水工防護才能做到及時性和有效性。

7、結(jié)束語

在今天，水和電已經(jīng)成為人們生活的“雙重支撐”。作為水和電產(chǎn)生的最重要源頭之一，水工的重要性不言而喻。而在水工中，混凝土占據(jù)的地位更是顯赫。因此，設計者在進行水工設計時，一定要綜合考慮混凝土使用的各項需求，設計出最精確有效的混凝土結(jié)構(gòu)框圖。