水工建筑结构设计及施工质量控制研究

2020-03-10陈亮帆

工程技术研究 2020年11期

陈亮帆

（河海大学水利水电学院，江苏南京 210098）

现代水利工程建大多采用钢筋混凝土结构，目的在于充分利用此种结构应对拉应力的优势，从而整体提升建筑性能。与处于地面上方的建筑不同，水工建筑相当一部分区域常年处于水下环境，除了需要考虑传统结构设计的影响因素，还应该结合施工地区水文情况的特点，制定出针对性的施工方案，使整体质量得到保证。

1 工程实例

某地拟建水泵房，为当地发电厂的机组设备的正常运转提供充足用水，并且使该地区供水系统得到完善。经过实地勘探之后，预计沿着当地河岸选择合适位置建造取水泵房。预设其长度为20.44m、宽度为12.44m、深度为19.40m、地上部分高度为11.3m。根据使用目的和自然条件，地下部分建筑结构拟通过混凝土浇灌工艺打造筒壁，结构两侧及岸边相近侧设置钢筋混凝土结构墙壁，厚度不小于1m；与之对应的反向侧同样设置钢筋混凝土墙壁，厚度不小于0.8m。地上结构主要采用混凝土浇灌框架，之后选择合适的砖材进行填充。

技术人员反复测算相关参数后，预设取水泵房的取水口处长度为2.00m、宽度为1.50m、底部标高达18.00m。对每一层板顶开展标高测算后，分为地板、中层板两种类型，具体参数值为16.00m、26.20m，且均为绝对标高。通过有关人员介绍、查阅资料、走访当地居民，获悉该地区河流水位常年处于22.5m左右，近10年最高水位达到26.80m、最低水位低于19m。

2 混凝土结构设计

水工建筑相关结构设计施工中，需要充分联系水工建筑现实需求，加强结构强度控制，提高水工建筑整体稳定性。水工建筑施工中，需要立足于综合角度进行结构设计，结合水环境因素和混凝土结构等因素的影响，降低混凝土结构的腐蚀概率，提高混凝土结构性能，延长水工建筑使用寿命。水工建筑实际设计时，需联系水工建筑实际施工状况和施工标准开展相关操作，做好对建筑结构的维护和检测工作，保障结构设计质量。开始设计工作前，技术人员需要深入施工现场进行全面勘查，留够工作面，对各种细节构件进行合理设计，保证构件稳定性[1]。

传统的水工混凝土建筑结构过于注重强度，希望尽量抵抗水流的冲击。但在现代水工建筑设计理念下，除强度之外，还应该重视使用过程中水下环境发生变化时，新生成的物质对混凝土结构的侵蚀。面对此种情况，水工混凝土建筑在设计时应该充分结合当地水文情况，考虑常见的影响因素，通过调整结构的方式，科学延长其使用寿命。此外，开展结构设计时，必须从全局角度出发，为后续施工预留充足的施工面，使工程总体质量得到保证。水工混凝土建筑受使用环境的影响，遭受侵蚀是不可避免的，故而设计的主要思路应该放在如何维持整体的稳定性和安全性。

3 水工建筑结构施工质量控制

3.1 现场控制

结合质量控制系统针对施工现场实施定期监测，从而能够第一时间发现水工建筑结构施工中的问题，形成针对性的处理对策，实现水工建筑结构施工的质量控制目标。现场施工中的质量控制主要包括材料质量和工艺质量，其中工艺质量控制主要是利用目测方法进行，针对不同环节中的施工工序实施全面筛查，对机械运行状态进行系统检验，认真记录每天的检验状况；材料质量控制方面，需要针对所涉及的各种材料实施检验分析和产品质量检验，保障分析结果的准确性，同时详细记录实际检验效果，为后期的施工勘查提供有效的参考信息[2]。

3.2 材料控制

水工建筑施工中选择的施工材料会对整个工程质量产生直接影响，混凝土作为水工建筑中的核心材料，更是决定水工建筑施工质量的关键内容，必须加强控制。水工建筑结构中，在设计方面涉及多种原材料，涵盖水、各种添加剂、水泥和砂石等，需要对各种材料的配置比例进行合理设计。想要保障水工建筑的施工质量，开始挑选混凝土材料前，需要进行实验检测，在材料满足各种技术性能指标后才能正式应用。如果碎石骨料内相关有害物质含量超标，便会对水泥施工中所产生的水化反应造成不良影响，进一步削弱混凝土构件整体强度，降低水泥胶体和骨料之间的黏结性。

混凝土和其他材料在搅拌施工中，相关质量管理人员需要联系现场实际测定结果，优化、调整原材料配比状况。假如现场施工中通过干炒法对砂子内部含水率进行了快速测定，同时联系现场所测得的砂子含水率，对混凝土中的集料配比与水资源用量进行合理调整。

如果水工建筑原材料的配合比错误，会降低建筑结构整体强度，尤其是细骨料砂子的含泥量与含水率方面的变化，以及碎石内部含粉量的改变。在混合材料搅拌中，不同级碎石骨料之内存在相应的超粒径颗粒，同时骨料中的含水率也远远高于饱和面干状态，为此需要充分联系现场施工现状，对骨料粒径变化波动和砂石表层含水率进行准确测量，把试验配合比变为混凝土现场施工配合比。由于在水工建筑施工中，容易受到场地等条件的影响，因此通过实验室确定的混凝土配合比可能无法满足实际施工要求，使现场坍落度发生改变。为了保证混凝土满足水工建筑现场施工条件，可以适当搭配各种外加剂，促进混凝土配合比的全面优化，同时需要在确保水灰比相同条件下，适当调整用水量和混凝土含水率。加强材料的和易性控制，可从黏聚性、保水性以及流动性等方面入手，如果混凝土拌制后不满足相应的和易性要求，便会出现混凝土离析、振捣不实等问题，从而降低混凝土质量；和易性控制中，主要是对低水量和低坍落等问题进行控制，提高混凝土保水性与可塑性，消除混凝土施工中的质量问题[3]。

3.3 浇筑控制

水工建筑结构施工中，通常是针对大体积混凝土开展浇筑工作。正式开展浇筑前，需要合理进行组织规划，按照相应的走向、顺序以及面积，针对混凝土实施分段、分层的浇筑，预防留下较为突出的施工缝。墩台等大面积的混凝土结构中，需要开展分层、分区浇筑，对各层混凝土的浇筑厚度进行合理控制，将其限制在标准振捣深度范围内，于下层混凝土初凝前，停止上层混凝土的浇筑工作。通常条件下，水工建筑结构施工中，分层浇筑的混凝土厚度需要限制在30cm以下。如果是挡土墙等长条形的建筑结构，需要实施分层、分散浇筑，保障各段均满足混凝土时浇筑条件，大部分情况下，实施分段浇筑中，需要建筑具体长度应该低于10～15m。不管建筑结构形式如何，在浇筑施工中都需要一次性连续浇筑，假如浇筑施工中的间断时长大于初凝时间，应该根据施工要求对其中的接缝位置进行有效处理。

水工建筑浇筑中，需要保证结构构件所有部位的充分振捣，避免出现漏振现象，具体可以从以下内容入手，开展质量控制：（1）采用插入振捣设备施工中，振捣器的插入间距需要控制在振捣器施工半径的1.5倍之内，避免留下四角问题。（2）通过插入振捣器开展振捣操作时，相关插入深度和模板之间需要维持50～100mm的距离，避免振捣器触碰模板，形成共振问题，从而降低水工建筑结构的施工质量。在结束上下层混凝土的分层浇筑后，对上层混凝土进行振捣施工时，振捣器插入深度应在下层混凝土内深入50mm左右，从而提高上下层混凝土之间的完整性和连续性。（3）结合平板振捣器开展施工作业时，需要充分覆盖混凝土平面。移动过程中，需要重叠振捣100mm。（4）结合附着式振捣装置开展施工操作时，振捣顺序以及振捣位置需要联系模板结构实际架设状况以及振捣器自身性能进行合理设置，同时开展实验测试及校准[4]。

结合相关施工经验，若出现以下3种状况可停止混凝土的振捣工作：（1）混凝土表面结构始终维持相同的高度状态；（2）混凝土基本停止冒泡现象，通常情况下，中部先冒出气泡，随后从四周冒出，最后再停止；（3）混凝土结构表面呈现出泛浆和发亮的特征，其表面较为平坦光滑。

3.4 变形控制

在水工建筑施工中，经常可以看到构件裂缝及结构裂缝等问题，这也是水工建筑结构中的常见病症。为此，在水工建筑结构施工中，可以结合以下内容开展相关质量控制工作：（1）水工建筑中相关结构需要进行合理设计，在满足整体结构性能条件下，对变形缝进行科学设置。在对结构受力状况进行计算分析的过程中，需要针对断面问题进行准确验算，并对维修施工、超载、抗裂以及应力状况实施验算，优化设计。（2）对原材料和半成品等材料进行控制，保证水泥满足相应的稳定性要求，选择级配良好的砂石，同时还需要把砂石的相关石粉及泥土比例控制在标准范围之内。通过试验的方法进一步确定混凝土的配合比，同时，结合现场骨料条件实施调整和换算，联系施工现场环境温度状态，选择水化热条件适中的水泥产品。（3）加强混凝土的施工管理。准确控制混凝土原材料配合比，并进行充分搅拌，均匀拌和。对于大体积混凝土的浇筑施工，还需按照相应的顺序实施合理分区、分层和分段施工，选择适合的振捣与浇筑方法，维持均匀的浇筑速度，避免出现速度过快或过慢等问题。振捣施工中，为保证混凝土密实度，模板和振捣装置之间需维持在标准距离内，避免出现模板过度变形问题，甚至产生漏浆和漏水等问题。结束混凝土浇筑后，还需进行合理养护，避免混凝土受冻。与此同时，关注环境湿度变化所产生的不良影响和施工中的地基变形问题。