關(guān)于水工建筑設(shè)計(jì)與施工特點(diǎn)探析

梁宇斌

汕尾市水利水電建筑工程勘測設(shè)計(jì)室 廣東汕尾 516600

在如今社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，為了滿足社會(huì)生產(chǎn)的需要，為人們創(chuàng)造良好的生活環(huán)境，各類水利水電工程的建設(shè)規(guī)模逐步擴(kuò)大。其中，水工建筑的設(shè)計(jì)和施工會(huì)受到復(fù)雜環(huán)境的影響，因此需要充分結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念和施工工藝，制定科學(xué)的方案。尤其是在現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展理念和背景下，水工建筑工程的設(shè)計(jì)施工還需要考慮環(huán)境保護(hù)、生態(tài)平衡等方面的要求。所以，有必要針對水工建筑設(shè)計(jì)及施工特點(diǎn)進(jìn)行深入的分析。

1 水工建筑設(shè)計(jì)及施工概述

1.1 水工建筑設(shè)計(jì)

水工建筑設(shè)計(jì)主要是指針對水工建筑選址、基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)、抗震等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程，是水利水電工程前期籌備階段的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)思路及方案決定了工程的選址及建造方式，同時(shí)對其質(zhì)量及功能的發(fā)揮也會(huì)產(chǎn)生重要影響。和其他建筑工程設(shè)計(jì)存在差異的是，水工建筑設(shè)計(jì)涉及到復(fù)雜的自然環(huán)境，尤其是水環(huán)境的影響，意味著水工建筑設(shè)計(jì)需要充分考慮地質(zhì)地貌、水文條件，對隨之而產(chǎn)生的滲水、侵蝕問題進(jìn)行預(yù)防。水工建筑設(shè)計(jì)是一個(gè)對現(xiàn)場巖土勘察質(zhì)量要求非常高的過程，需要參考大量反映現(xiàn)場地層結(jié)構(gòu)、地貌、地形、水文條件的真實(shí)信息。唯有提升水工建筑設(shè)計(jì)質(zhì)量，才能為后續(xù)的施工乃至工程價(jià)值的發(fā)揮打好可靠的基礎(chǔ)[1]。

1.2 水工建筑施工

水工建筑施工是基于工程設(shè)計(jì)方案開展的建造施工活動(dòng)，其一般包括基礎(chǔ)施工、結(jié)構(gòu)施工、防護(hù)加固施工等環(huán)節(jié)。多數(shù)情況下，為了更好的利用水資源，水工建筑項(xiàng)目的施工現(xiàn)場都位于環(huán)節(jié)復(fù)雜的地區(qū)，無論是復(fù)雜的地形地貌，還是控制難度高的環(huán)境因素，都會(huì)給施工造成巨大干擾。水工建筑施工通常涉及到大量先進(jìn)的現(xiàn)代工程建設(shè)技術(shù)和工藝，同時(shí)由于對構(gòu)筑物抗壓能力、抗震能力的高要求，水工建筑施工用到的工程材料質(zhì)量也十分關(guān)鍵。這要求施工單位從施工技術(shù)、材料到施工管理等多個(gè)方面做好組織協(xié)調(diào)和質(zhì)量控制，以提升水工建筑質(zhì)量和可靠性，便于其進(jìn)一步發(fā)揮工程價(jià)值。

2 水工建筑設(shè)計(jì)和施工面臨的挑戰(zhàn)

2.1 建造環(huán)境復(fù)雜

前文提到，水工建筑項(xiàng)目的主要功能在于通過改造相關(guān)地區(qū)的地形、地貌或水文條件，以便更好的利用水資源，或是達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)目的。因此，多數(shù)情況下的水工建筑選址都在復(fù)雜的自然環(huán)境中，這些地區(qū)具有復(fù)雜的地形地貌，同時(shí)涉及到河流、湖泊乃至海洋等復(fù)雜的水文環(huán)境。從設(shè)計(jì)的角度來講，復(fù)雜環(huán)境意味著無論是項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析、受力分析都會(huì)受到大量干擾因素的影響，如果考慮存在欠缺，都會(huì)影響項(xiàng)目質(zhì)量[2]。從施工的角度來講，一方面這些工程施工地都位于比較偏遠(yuǎn)的地區(qū)，無論是工程材料還是設(shè)備的應(yīng)用都存在局限性；另一方面，多數(shù)水工建筑工程施工規(guī)模大，不同階段的施工環(huán)境也存在巨大差異，無論是質(zhì)量控制還是安全管理都面臨著諸多風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 工藝復(fù)雜

由于水工建筑規(guī)模大，并且需要在水環(huán)境中長期發(fā)揮作用，因此在設(shè)計(jì)施工方面需要用到大量復(fù)雜的技術(shù)工藝。由于現(xiàn)代水工建筑工程相關(guān)技術(shù)工藝發(fā)展迅速，部分項(xiàng)目可能涉及到新舊技術(shù)工藝的應(yīng)用，對整個(gè)項(xiàng)目的技術(shù)管理、組織計(jì)劃及施工管理等方面都提出更高的要求。在實(shí)際施工中，如果存在技術(shù)工藝標(biāo)準(zhǔn)不合理、工藝質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的問題，都可能會(huì)對項(xiàng)目的施工質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響。值得一提的是，部分項(xiàng)目由于施工環(huán)境復(fù)雜，大型機(jī)械設(shè)備無法進(jìn)入，如何平衡好機(jī)械工藝技術(shù)和人工技術(shù)之間的關(guān)系，也是相關(guān)設(shè)計(jì)施工單位需要考慮的。

2.3 人員管理問題

由于水工建筑工程施工周期長、建造難度高、施工環(huán)境條件惡劣，無論是設(shè)計(jì)人員還是施工人員都需要面臨較大的工作壓力。這意味著項(xiàng)目組在人力資源管理、人才引進(jìn)以及組織設(shè)計(jì)方面面臨著一些困難，尤其是對掌握現(xiàn)代水利工程知識(shí)、技術(shù)的人才利用，關(guān)系到整個(gè)項(xiàng)目的施工質(zhì)量、進(jìn)度及安全性。但是，目前部分水工建筑工程項(xiàng)目單位在組織設(shè)計(jì)、人員管理方面存在著一些問題，導(dǎo)致現(xiàn)場協(xié)調(diào)性不足、工作人員積極性不高，施工質(zhì)量、效率得不到有效保障。

3 水工建筑設(shè)計(jì)思路及要點(diǎn)

3.1 建立宏觀及系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)理念

顯然，水工建筑與社會(huì)生產(chǎn)、民生工程、生態(tài)保護(hù)等多方面都有重要的聯(lián)系，同時(shí)其建造施工會(huì)對地區(qū)環(huán)境產(chǎn)生巨大的影響[3]。所以，關(guān)于水工建筑的設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)單位建立宏觀的設(shè)計(jì)理念，從多個(gè)角度對項(xiàng)目選址、建造方式進(jìn)行綜合考慮，再從時(shí)間線的角度，對具體施工過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)化考慮，明確各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。同時(shí)，為了更好的發(fā)揮水工建筑的作用，還需要從項(xiàng)目施工到項(xiàng)目運(yùn)行兩個(gè)環(huán)節(jié)，做好系統(tǒng)化的考慮。例如，除了考慮水工建筑大壩、泵站的設(shè)計(jì)以外，還要考慮項(xiàng)目正式投運(yùn)之后涉及到的員工宿舍、食堂等建筑區(qū)域的設(shè)計(jì)?；诙喾矫娴膭?dòng)態(tài)考慮，可以優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，提高資源利用率。另外，現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展關(guān)于生態(tài)保護(hù)及可持續(xù)發(fā)展的理念有越來越高的要求，而水工工程作為會(huì)對區(qū)域生態(tài)環(huán)境造成影響的項(xiàng)目，更需要設(shè)計(jì)單位建立良好的生態(tài)理念，在降低環(huán)境影響的基礎(chǔ)上，同時(shí)發(fā)揮水工建筑項(xiàng)目的生態(tài)價(jià)值。例如，在進(jìn)行水電站大壩的設(shè)計(jì)時(shí)，需要對河流上下游足夠廣的區(qū)域進(jìn)行環(huán)境勘察，明確周邊地形地貌、植被、水文條件、生物條件等方面的情況，然后結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)，對大壩建設(shè)的生態(tài)影響情況進(jìn)行模擬分析。基于此，在大壩建造選址、結(jié)構(gòu)造型、配套設(shè)施的設(shè)計(jì)，以及庫區(qū)生態(tài)保護(hù)、生態(tài)恢復(fù)等方面進(jìn)行科學(xué)考慮，使工程項(xiàng)目的建設(shè)具有良好的生態(tài)性。

3.2 優(yōu)化項(xiàng)目建筑布局

如今水工建筑工程的功能越來越復(fù)雜，尤其是后期運(yùn)維方面的要求越來越多，無論是單體建筑還是多個(gè)建筑的空間布局都很有講究。為此，水工建筑設(shè)計(jì)單位需要結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境情況和項(xiàng)目規(guī)劃要求，對水工建筑進(jìn)行科學(xué)布局。在此基礎(chǔ)上，還要綜合考慮水工建筑涉及到的抗震、消防安全要求及標(biāo)準(zhǔn)，確保項(xiàng)目建設(shè)達(dá)到國家相關(guān)規(guī)定。另外，進(jìn)行建筑布局時(shí)，還要考慮水工建筑后期運(yùn)行、管理方面的需求，在安全管理、消防管理、內(nèi)部交通等方面，為建筑的后期運(yùn)行管理提供便利。

3.3 強(qiáng)化結(jié)構(gòu)安全及抗震設(shè)計(jì)

水工建筑通常需要建造在涉水的復(fù)雜地形之中，一方面其本身要適配復(fù)雜的地形條件，另一方面其要能夠承受蓄水帶來的直接荷載、次生荷載以及長期水流侵蝕產(chǎn)生的影響。如果水工建筑設(shè)計(jì)及施工存在質(zhì)量問題，很容易導(dǎo)致建筑出現(xiàn)開裂、沉陷等問題，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)垮塌、潰壩等嚴(yán)重事故。而一旦水工建筑出現(xiàn)問題，將會(huì)給大范圍區(qū)域內(nèi)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。因此，在水工建筑設(shè)計(jì)中，安全設(shè)計(jì)是重中之重。具體來講，水工建筑的安全設(shè)計(jì)，一方面要確保其能夠承受自重和外部環(huán)境施加的荷載，另一方面其要能夠抵抗水荷載以及地震、山體滑坡帶來的沖擊。

例如，在地基設(shè)計(jì)方面，要充分考慮水工建筑所在地區(qū)的地層結(jié)構(gòu)、巖層年齡及地震風(fēng)險(xiǎn)?；诖耍绻嬖谛钏枨?，還要考慮蓄水體量產(chǎn)生的荷載，以及因此可能誘發(fā)的庫區(qū)地震。然后，結(jié)合地質(zhì)構(gòu)造，做好基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。比如某些地區(qū)存在大量的軟土地基，則需要采用灌注樁或群樁的地基結(jié)構(gòu)方式，提升水工建筑基礎(chǔ)穩(wěn)定性。值得一提的是，通常以地下部分為主體的水工建筑結(jié)構(gòu)具有更好的穩(wěn)定性和抗震性。這主要是因?yàn)榻ㄖ锏幕A(chǔ)和穩(wěn)定的巖層能夠形成可靠的整體，其力學(xué)穩(wěn)定性和抗震能力更強(qiáng)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，需要考慮建筑物的功能特征，結(jié)合現(xiàn)場地形條件，選擇合適的構(gòu)造方案。在整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間，還需要結(jié)合多方面考慮，對水工建筑進(jìn)行抗震加固設(shè)計(jì)。該環(huán)節(jié)的主要目的是，采取一些額外的工程配置或工藝，進(jìn)一步提升構(gòu)筑物的穩(wěn)定性和耐用性。

4 水工建筑施工特點(diǎn)及質(zhì)量控制措施

4.1 需要充分考慮環(huán)境因素，做好組織設(shè)計(jì)

水工建筑的施工場地環(huán)境復(fù)雜，在施工前要對勘察報(bào)告進(jìn)行全面詳細(xì)的了解，結(jié)合圖紙及現(xiàn)場考察制定科學(xué)的施工方案?？紤]到施工環(huán)境的復(fù)雜性，需要利用BIM技術(shù)模擬的可視化三維圖紙，對現(xiàn)場地形地貌、植被分布情況及水文條件進(jìn)行評估，進(jìn)而做好整個(gè)施工流程的安排。基于此，由設(shè)計(jì)、施工負(fù)責(zé)人、技術(shù)負(fù)責(zé)人、監(jiān)理等牽頭，做好圖紙及施工方案審核，完成技術(shù)交底，明確施工過程的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和風(fēng)險(xiǎn)因素?；谌轿坏娘L(fēng)險(xiǎn)識(shí)別體系，制定有效的風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避及應(yīng)對措施，并將責(zé)任落到實(shí)處[4]。在此基礎(chǔ)上，對施工技術(shù)、材料、設(shè)備、人員等進(jìn)行優(yōu)化配置，做好整個(gè)施工項(xiàng)目的組織安排，為正式施工的質(zhì)量控制、安全管理等打下可靠基礎(chǔ)。

4.2 要重視設(shè)備材料管理，保證施工現(xiàn)場秩序

水工建筑工程施工規(guī)模大、對環(huán)境的影響也比較大，施工中需要用到大量的設(shè)備、工具、材料，這意味著施工現(xiàn)場的管理十分重要。為此，施工單位需要充分結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙及施工計(jì)劃，對各個(gè)環(huán)節(jié)需要用到的設(shè)備、工程材料進(jìn)行合理安排，加強(qiáng)施工現(xiàn)場管理。設(shè)備方面，要根據(jù)施工計(jì)劃和質(zhì)量要求，嚴(yán)格要求相關(guān)人員持證上崗，結(jié)合現(xiàn)場條件及施工安排，做好設(shè)備的協(xié)調(diào)。對工程材料的進(jìn)場進(jìn)行管理，嚴(yán)格做好材料質(zhì)量的檢查和規(guī)范管理，避免質(zhì)量不達(dá)標(biāo)或存在變質(zhì)的材料應(yīng)用到具體施工中。針對現(xiàn)場的人員管理，要協(xié)調(diào)好各個(gè)分項(xiàng)工程及施工環(huán)節(jié)的關(guān)系，明確施工計(jì)劃和質(zhì)量控制要點(diǎn)，做好施工過程的人員監(jiān)督。

4.3 重視抗震加固施工，提高防水質(zhì)量

水工建筑工程的施工中，抗震加固和防水施工是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，需要充分結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙，確保這些施工項(xiàng)目質(zhì)量達(dá)到要求。抗震加固方面，需要協(xié)調(diào)好施工機(jī)械及材料，在水工建筑基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)部分做好抗震分析，結(jié)合混凝土澆筑、鋼筋混凝土樁等方式，進(jìn)一步提升建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。在防水施工方面，需要對存在液化風(fēng)險(xiǎn)的位置進(jìn)行混凝土澆筑，在工程結(jié)構(gòu)表面采用防水砂漿噴涂的方式，提高結(jié)構(gòu)的防滲防水性能，減少水對結(jié)構(gòu)質(zhì)量的影響。另外，在進(jìn)行抗震加固及防水施工時(shí)，需要借助現(xiàn)代無損監(jiān)測技術(shù)，判斷結(jié)構(gòu)體內(nèi)部是否存在損傷及病害風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)進(jìn)行處理，杜絕相關(guān)隱患。

5 結(jié)語

綜上所述，水工建筑是現(xiàn)代水利水電工程的核心部分，其具有環(huán)境影響大、設(shè)計(jì)難度高、施工工藝復(fù)雜等特點(diǎn)。這要求設(shè)計(jì)單位充分考慮擬建地址現(xiàn)場地質(zhì)條件、地形地貌以及水文條件，同時(shí)還要兼顧社會(huì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)保等方面的需求，進(jìn)而完成系統(tǒng)化的宏觀設(shè)計(jì)方案?；诖?，要組織協(xié)調(diào)各方面資源，利用現(xiàn)代技術(shù)，建立符合現(xiàn)場實(shí)際情況的施工管理體系，明確施工過程的質(zhì)量控制要點(diǎn)，結(jié)合嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕M織協(xié)調(diào)及施工現(xiàn)場管理，提高水工建筑的施工質(zhì)量。