水工建筑結(jié)構(gòu)設計及施工質(zhì)量控制研究

陳亮帆

（河海大學水利水電學院，江蘇 南京 210098）

現(xiàn)代水利工程建大多采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，目的在于充分利用此種結(jié)構(gòu)應對拉應力的優(yōu)勢，從而整體提升建筑性能。與處于地面上方的建筑不同，水工建筑相當一部分區(qū)域常年處于水下環(huán)境，除了需要考慮傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計的影響因素，還應該結(jié)合施工地區(qū)水文情況的特點，制定出針對性的施工方案，使整體質(zhì)量得到保證。

1 工程實例

某地擬建水泵房，為當?shù)匕l(fā)電廠的機組設備的正常運轉(zhuǎn)提供充足用水，并且使該地區(qū)供水系統(tǒng)得到完善。經(jīng)過實地勘探之后，預計沿著當?shù)睾影哆x擇合適位置建造取水泵房。預設其長度為20.44m、寬度為12.44m、深度為19.40m、地上部分高度為11.3m。根據(jù)使用目的和自然條件，地下部分建筑結(jié)構(gòu)擬通過混凝土澆灌工藝打造筒壁，結(jié)構(gòu)兩側(cè)及岸邊相近側(cè)設置鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)墻壁，厚度不小于1m；與之對應的反向側(cè)同樣設置鋼筋混凝土墻壁，厚度不小于0.8m。地上結(jié)構(gòu)主要采用混凝土澆灌框架，之后選擇合適的磚材進行填充。

技術人員反復測算相關參數(shù)后，預設取水泵房的取水口處長度為2.00m、寬度為1.50m、底部標高達18.00m。對每一層板頂開展標高測算后，分為地板、中層板兩種類型，具體參數(shù)值為16.00m、26.20m，且均為絕對標高。通過有關人員介紹、查閱資料、走訪當?shù)鼐用?，獲悉該地區(qū)河流水位常年處于22.5m左右，近10年最高水位達到26.80m、最低水位低于19m。

2 混凝土結(jié)構(gòu)設計

水工建筑相關結(jié)構(gòu)設計施工中，需要充分聯(lián)系水工建筑現(xiàn)實需求，加強結(jié)構(gòu)強度控制，提高水工建筑整體穩(wěn)定性。水工建筑施工中，需要立足于綜合角度進行結(jié)構(gòu)設計，結(jié)合水環(huán)境因素和混凝土結(jié)構(gòu)等因素的影響，降低混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕概率，提高混凝土結(jié)構(gòu)性能，延長水工建筑使用壽命。水工建筑實際設計時，需聯(lián)系水工建筑實際施工狀況和施工標準開展相關操作，做好對建筑結(jié)構(gòu)的維護和檢測工作，保障結(jié)構(gòu)設計質(zhì)量。開始設計工作前，技術人員需要深入施工現(xiàn)場進行全面勘查，留夠工作面，對各種細節(jié)構(gòu)件進行合理設計，保證構(gòu)件穩(wěn)定性[1]。

傳統(tǒng)的水工混凝土建筑結(jié)構(gòu)過于注重強度，希望盡量抵抗水流的沖擊。但在現(xiàn)代水工建筑設計理念下，除強度之外，還應該重視使用過程中水下環(huán)境發(fā)生變化時，新生成的物質(zhì)對混凝土結(jié)構(gòu)的侵蝕。面對此種情況，水工混凝土建筑在設計時應該充分結(jié)合當?shù)厮那闆r，考慮常見的影響因素，通過調(diào)整結(jié)構(gòu)的方式，科學延長其使用壽命。此外，開展結(jié)構(gòu)設計時，必須從全局角度出發(fā)，為后續(xù)施工預留充足的施工面，使工程總體質(zhì)量得到保證。水工混凝土建筑受使用環(huán)境的影響，遭受侵蝕是不可避免的，故而設計的主要思路應該放在如何維持整體的穩(wěn)定性和安全性。

3 水工建筑結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量控制

3.1 現(xiàn)場控制

結(jié)合質(zhì)量控制系統(tǒng)針對施工現(xiàn)場實施定期監(jiān)測，從而能夠第一時間發(fā)現(xiàn)水工建筑結(jié)構(gòu)施工中的問題，形成針對性的處理對策，實現(xiàn)水工建筑結(jié)構(gòu)施工的質(zhì)量控制目標。現(xiàn)場施工中的質(zhì)量控制主要包括材料質(zhì)量和工藝質(zhì)量，其中工藝質(zhì)量控制主要是利用目測方法進行，針對不同環(huán)節(jié)中的施工工序?qū)嵤┤婧Y查，對機械運行狀態(tài)進行系統(tǒng)檢驗，認真記錄每天的檢驗狀況；材料質(zhì)量控制方面，需要針對所涉及的各種材料實施檢驗分析和產(chǎn)品質(zhì)量檢驗，保障分析結(jié)果的準確性，同時詳細記錄實際檢驗效果，為后期的施工勘查提供有效的參考信息[2]。

3.2 材料控制

水工建筑施工中選擇的施工材料會對整個工程質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，混凝土作為水工建筑中的核心材料，更是決定水工建筑施工質(zhì)量的關鍵內(nèi)容，必須加強控制。水工建筑結(jié)構(gòu)中，在設計方面涉及多種原材料，涵蓋水、各種添加劑、水泥和砂石等，需要對各種材料的配置比例進行合理設計。想要保障水工建筑的施工質(zhì)量，開始挑選混凝土材料前，需要進行實驗檢測，在材料滿足各種技術性能指標后才能正式應用。如果碎石骨料內(nèi)相關有害物質(zhì)含量超標，便會對水泥施工中所產(chǎn)生的水化反應造成不良影響，進一步削弱混凝土構(gòu)件整體強度，降低水泥膠體和骨料之間的黏結(jié)性。

混凝土和其他材料在攪拌施工中，相關質(zhì)量管理人員需要聯(lián)系現(xiàn)場實際測定結(jié)果，優(yōu)化、調(diào)整原材料配比狀況。假如現(xiàn)場施工中通過干炒法對砂子內(nèi)部含水率進行了快速測定，同時聯(lián)系現(xiàn)場所測得的砂子含水率，對混凝土中的集料配比與水資源用量進行合理調(diào)整。

如果水工建筑原材料的配合比錯誤，會降低建筑結(jié)構(gòu)整體強度，尤其是細骨料砂子的含泥量與含水率方面的變化，以及碎石內(nèi)部含粉量的改變。在混合材料攪拌中，不同級碎石骨料之內(nèi)存在相應的超粒徑顆粒，同時骨料中的含水率也遠遠高于飽和面干狀態(tài)，為此需要充分聯(lián)系現(xiàn)場施工現(xiàn)狀，對骨料粒徑變化波動和砂石表層含水率進行準確測量，把試驗配合比變?yōu)榛炷连F(xiàn)場施工配合比。由于在水工建筑施工中，容易受到場地等條件的影響，因此通過實驗室確定的混凝土配合比可能無法滿足實際施工要求，使現(xiàn)場坍落度發(fā)生改變。為了保證混凝土滿足水工建筑現(xiàn)場施工條件，可以適當搭配各種外加劑，促進混凝土配合比的全面優(yōu)化，同時需要在確保水灰比相同條件下，適當調(diào)整用水量和混凝土含水率。加強材料的和易性控制，可從黏聚性、保水性以及流動性等方面入手，如果混凝土拌制后不滿足相應的和易性要求，便會出現(xiàn)混凝土離析、振搗不實等問題，從而降低混凝土質(zhì)量；和易性控制中，主要是對低水量和低坍落等問題進行控制，提高混凝土保水性與可塑性，消除混凝土施工中的質(zhì)量問題[3]。

3.3 澆筑控制

水工建筑結(jié)構(gòu)施工中，通常是針對大體積混凝土開展?jié)仓ぷ?。正式開展?jié)仓埃枰侠磉M行組織規(guī)劃，按照相應的走向、順序以及面積，針對混凝土實施分段、分層的澆筑，預防留下較為突出的施工縫。墩臺等大面積的混凝土結(jié)構(gòu)中，需要開展分層、分區(qū)澆筑，對各層混凝土的澆筑厚度進行合理控制，將其限制在標準振搗深度范圍內(nèi)，于下層混凝土初凝前，停止上層混凝土的澆筑工作。通常條件下，水工建筑結(jié)構(gòu)施工中，分層澆筑的混凝土厚度需要限制在30cm以下。如果是擋土墻等長條形的建筑結(jié)構(gòu)，需要實施分層、分散澆筑，保障各段均滿足混凝土時澆筑條件，大部分情況下，實施分段澆筑中，需要建筑具體長度應該低于10～15m。不管建筑結(jié)構(gòu)形式如何，在澆筑施工中都需要一次性連續(xù)澆筑，假如澆筑施工中的間斷時長大于初凝時間，應該根據(jù)施工要求對其中的接縫位置進行有效處理。

水工建筑澆筑中，需要保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件所有部位的充分振搗，避免出現(xiàn)漏振現(xiàn)象，具體可以從以下內(nèi)容入手，開展質(zhì)量控制：（1）采用插入振搗設備施工中，振搗器的插入間距需要控制在振搗器施工半徑的1.5倍之內(nèi)，避免留下四角問題。（2）通過插入振搗器開展振搗操作時，相關插入深度和模板之間需要維持50～100mm的距離，避免振搗器觸碰模板，形成共振問題，從而降低水工建筑結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。在結(jié)束上下層混凝土的分層澆筑后，對上層混凝土進行振搗施工時，振搗器插入深度應在下層混凝土內(nèi)深入50mm左右，從而提高上下層混凝土之間的完整性和連續(xù)性。（3）結(jié)合平板振搗器開展施工作業(yè)時，需要充分覆蓋混凝土平面。移動過程中，需要重疊振搗100mm。（4）結(jié)合附著式振搗裝置開展施工操作時，振搗順序以及振搗位置需要聯(lián)系模板結(jié)構(gòu)實際架設狀況以及振搗器自身性能進行合理設置，同時開展實驗測試及校準[4]。

結(jié)合相關施工經(jīng)驗，若出現(xiàn)以下3種狀況可停止混凝土的振搗工作：（1）混凝土表面結(jié)構(gòu)始終維持相同的高度狀態(tài)；（2）混凝土基本停止冒泡現(xiàn)象，通常情況下，中部先冒出氣泡，隨后從四周冒出，最后再停止；（3）混凝土結(jié)構(gòu)表面呈現(xiàn)出泛漿和發(fā)亮的特征，其表面較為平坦光滑。

3.4 變形控制

在水工建筑施工中，經(jīng)?？梢钥吹綐?gòu)件裂縫及結(jié)構(gòu)裂縫等問題，這也是水工建筑結(jié)構(gòu)中的常見病癥。為此，在水工建筑結(jié)構(gòu)施工中，可以結(jié)合以下內(nèi)容開展相關質(zhì)量控制工作：（1）水工建筑中相關結(jié)構(gòu)需要進行合理設計，在滿足整體結(jié)構(gòu)性能條件下，對變形縫進行科學設置。在對結(jié)構(gòu)受力狀況進行計算分析的過程中，需要針對斷面問題進行準確驗算，并對維修施工、超載、抗裂以及應力狀況實施驗算，優(yōu)化設計。（2）對原材料和半成品等材料進行控制，保證水泥滿足相應的穩(wěn)定性要求，選擇級配良好的砂石，同時還需要把砂石的相關石粉及泥土比例控制在標準范圍之內(nèi)。通過試驗的方法進一步確定混凝土的配合比，同時，結(jié)合現(xiàn)場骨料條件實施調(diào)整和換算，聯(lián)系施工現(xiàn)場環(huán)境溫度狀態(tài)，選擇水化熱條件適中的水泥產(chǎn)品。（3）加強混凝土的施工管理。準確控制混凝土原材料配合比，并進行充分攪拌，均勻拌和。對于大體積混凝土的澆筑施工，還需按照相應的順序?qū)嵤┖侠矸謪^(qū)、分層和分段施工，選擇適合的振搗與澆筑方法，維持均勻的澆筑速度，避免出現(xiàn)速度過快或過慢等問題。振搗施工中，為保證混凝土密實度，模板和振搗裝置之間需維持在標準距離內(nèi)，避免出現(xiàn)模板過度變形問題，甚至產(chǎn)生漏漿和漏水等問題。結(jié)束混凝土澆筑后，還需進行合理養(yǎng)護，避免混凝土受凍。與此同時，關注環(huán)境濕度變化所產(chǎn)生的不良影響和施工中的地基變形問題。

4 結(jié)束語

混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為水利工程建設中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，在一些極特殊的水文環(huán)境下，對建筑結(jié)構(gòu)進行合理的調(diào)整，能夠全面提升建筑的綜合性能。若要切實達成此目的，必須將施工過程中的所有環(huán)節(jié)充分聯(lián)系，及時發(fā)現(xiàn)并清除一切安全隱患，使水工建筑維持高效率運轉(zhuǎn)的同時，延長其使用壽命。