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【摘 要】 在水工混凝土的施工中，有的结构设计人员只重视结构计算，忽略了其结构存在的大而厚的特点，对混凝土结构构造设计重视不够，对混凝土结构设计规范构造要求的规定理解不透，这样的方法最终导致了混凝土结构尺寸不合理，施工图配筋不合理等，为工程安全埋下隐患。本文就水工混凝土施工中若干结构问题进行解析，提出了结构设计问题的解决措施。
【关键词】 水工混凝土；結构设计；存在问题
一、水工混凝土概述
水工混凝土是指坝、闸和泄水建筑用混凝土，又称大体积混凝土。混凝土最大骨料粒径采用80～150mm，但也不尽然，特殊部位也采用最大骨料粒径为40mm的普通混凝土或特种混凝土。现浇大体积混凝土的属性是：浇筑后混凝土因水泥水化升温不易散失；边界温度变化而产生温度应力，有导致混凝土开裂的潜在危害，应采取相适宜的防裂措施。水工混凝土在静水和动水作用下工作，要求其具有以下特性。
1）对混凝土强度等级一般要求不高，为C10～C30（R100～R300），特别是依靠重力保持稳定的重力坝。但对拱坝和支墩坝，混凝土应力较高，所以要求混凝土具有较高的抗压强度和抗拉强度。
2）为降低混凝土温升而引起的温度应力以防裂缝，要求混凝土具有较高的抗拉强度和极限拉伸值。
3）对坝体某些部位的混凝土，高速水流过水面容易产生空蚀和泥砂磨损，要求混凝土强度等级不低于C40（R400）。
4）水工建筑物运行的耐久性要求混凝土能抵抗大气和水的物理和化学侵蚀，如水位变动区混凝土的冻融破坏，高盐碱地区混凝土硫酸盐侵蚀破坏，钢筋混凝土水工结构的碳化和氯离子侵蚀而引起的钢筋锈蚀。
二、水工建筑整体设计
1.总平面设计
水工建筑的总平面设计包括主体建筑物和其配套设施，主体设施包括闸、坝等，配套设施包括生活用房、管理用房和绿化等。现将以泵站为例，泵站枢纽通常所含的建筑物主要有泵房、配电房、办公楼及食堂、员工宿舍、车库等附属建筑物。在传统的设计中，只对水工工程的位置图进行设计，缺少配套建筑和环境全局的总体规划设计，从而忽略了建筑的合理布局。通过现代调整后的设计模式来看，对于水利建筑的设计不仅仅满足了必要的水利设备，更提升了水工建筑的艺术感观，建立了建筑物之间良好的距离感和互通感，不仅有利于建筑物各功能之间的搭配，更强调了建筑的整体性和更好的使用内容。
2.建筑平面设计
水工建筑的设计通常要提出专业设备布置要求，之后才能确定平面布置形式，以满足在总图布置中与交通的关系和规范的需求。水工建筑的结构布局都是按设计规范来进行操作，在专业配合上要多方面商讨才可实施。从近几年来看，水工结构与建筑艺术的配合过程是一种相互促进、相互协调、相互提高的过程，这样的配合过程为水工景观设计及现代化品质的水工建设打下了坚实的基础。
3.造型设计
水工建筑设计通过对风格的选择和协调，反映了当代技术的应用及文化的内涵。在实际建造过程中，必须考虑周边的环境需求，并将传统与现代相结合来达到设计的整体协调。但是应该避免一味的追求时尚所带来的低级趣味的建筑设计。建筑物应该具有一定的个性，不能完全一样，例如泵房的平面一般都是简单的矩形，高度高，体量大，对于此类建筑，就必须在设计中做到粗中有细，通过开窗方式、墙面与柱子的关系来丰富细化，使其在感观上不显得单调。
4.建筑材料
水工建筑结构设计的外部结构所体现的感观效果与色彩的运用和材质有关，但是不能单单只考虑美观好看，水工建筑一般处于环境空旷的位置，受到风沙侵蚀所带来的清洁问题较为明显。同时，由于风侵蚀表面会带来坑洼、脱落和干化的现象，还必须考虑耐风程度，而在雨天又会受到冲洗，所以耐水性能也要很好。在对水工建筑选材上，设计者会带有一定主观性，必须避免其因为对材质色彩的偏好进行的有限选择。
三、水工建筑混凝土结构设计
1.确定水工混凝土结构极限
极限状态分为承载能力和正常使用两种。承载力极限状态的主要标准是指结构材料强度超过破坏的极限承载力，或因为过度变形不应继续承载，在水工重力坝挡水结构中应将受压破坏的极限承载状态作为设计依据，对最大拉应力要限制其不大于规定的某一较低的应力限值。因而在此类水工结构中，应该增设一个应力约束极限状态，从而测定混凝土的不连续点，尽量控制裂缝产生。
2.裂缝的控制
在水工混凝土结构设计中，裂缝控制是最为重要的问题之一。水利工程中有许多结构是受到裂缝宽度控制而不是受控于承载力，所以必须采取根本性的解决办法来控制裂缝产生。通过对所处的环境条件、荷载性质、钢筋种类、构件受力性质以及结构使用年限来进行综合考虑，区分耐久性对裂缝宽度的不同要求，确定出容许裂缝的宽度，从理论上说，安全等级不同的结构，正常使用的耐久性指标也就不同。目前，裂缝控制仅仅适用于一些标准的弯拉构件，但是水工建设的结构大多是非杆件系统，如何控制裂缝宽度是水工混凝土裂缝控制的又一大问题。对钢筋混凝土构件抗裂性进行评估和计算，根据断面的作用力变形所导致的裂纹形成的开度而制定设计标准，以及考虑混凝土和钢筋在实际工作中的极限状态来进行设计。出现裂缝的原因一般包括以下几个方面：混凝土结构构件的设计断面尺寸存在不足，或者结构的配筋量不足、构件中主要受力钢筋的位置分布有误；混凝土结构都是在露天环境中使用，长期经受风、雨、雷、电、日晒、冷冻等天气情况，混凝土结构所处的温度、湿度条件发生变化，混凝土内部发生冻融、冻胀等，导致结构出现裂缝；混凝土主要使用的材料为水泥、骨料以及一些特定的外加材料（添加剂）。当泥存储环境湿度或者温度过高时，会导致水泥在水化过程中发生非正常凝结。当水泥中游离的氧化钙、氧化镁和其他一些含碱物质的含量过高时，会导致水泥内部发生非正常的膨胀，引起混凝土结构发生鼓胀、内部出现孔洞等；同时，施工过程中的施工工艺和施工人员的技术素质等都会对裂缝的出现造成一定的影响。因此在水工混凝土的施工中，我们要根据问题出现的具体原因进行分析，找出合适的解决方法。
综上所述，在水工混凝土的施工中，做好对其结构的设计和管理，能有效的增强水工混凝土的承载力，对其施工的质量等也有很大的影响。
参考文献：
[1]贾明川.水工混凝土结构设计若干问题探讨[J].内蒙古水利，2012，04：15-16.
[2]周氐.我国水工混凝土结构设计理论问题探讨[J].河海科技进展，1991，03：8-16.
[3]许涛，侯建国，安旭文.关于《水工混凝土结构设计规范》轴心受压和小偏压构件相关问题的探讨[J].武汉大学学报（工学版），2008，S1：52-56.
【关键词】 水工混凝土；結构设计；存在问题
一、水工混凝土概述
水工混凝土是指坝、闸和泄水建筑用混凝土，又称大体积混凝土。混凝土最大骨料粒径采用80～150mm，但也不尽然，特殊部位也采用最大骨料粒径为40mm的普通混凝土或特种混凝土。现浇大体积混凝土的属性是：浇筑后混凝土因水泥水化升温不易散失；边界温度变化而产生温度应力，有导致混凝土开裂的潜在危害，应采取相适宜的防裂措施。水工混凝土在静水和动水作用下工作，要求其具有以下特性。
1）对混凝土强度等级一般要求不高，为C10～C30（R100～R300），特别是依靠重力保持稳定的重力坝。但对拱坝和支墩坝，混凝土应力较高，所以要求混凝土具有较高的抗压强度和抗拉强度。
2）为降低混凝土温升而引起的温度应力以防裂缝，要求混凝土具有较高的抗拉强度和极限拉伸值。
3）对坝体某些部位的混凝土，高速水流过水面容易产生空蚀和泥砂磨损，要求混凝土强度等级不低于C40（R400）。
4）水工建筑物运行的耐久性要求混凝土能抵抗大气和水的物理和化学侵蚀，如水位变动区混凝土的冻融破坏，高盐碱地区混凝土硫酸盐侵蚀破坏，钢筋混凝土水工结构的碳化和氯离子侵蚀而引起的钢筋锈蚀。
二、水工建筑整体设计
1.总平面设计
水工建筑的总平面设计包括主体建筑物和其配套设施，主体设施包括闸、坝等，配套设施包括生活用房、管理用房和绿化等。现将以泵站为例，泵站枢纽通常所含的建筑物主要有泵房、配电房、办公楼及食堂、员工宿舍、车库等附属建筑物。在传统的设计中，只对水工工程的位置图进行设计，缺少配套建筑和环境全局的总体规划设计，从而忽略了建筑的合理布局。通过现代调整后的设计模式来看，对于水利建筑的设计不仅仅满足了必要的水利设备，更提升了水工建筑的艺术感观，建立了建筑物之间良好的距离感和互通感，不仅有利于建筑物各功能之间的搭配，更强调了建筑的整体性和更好的使用内容。
2.建筑平面设计
水工建筑的设计通常要提出专业设备布置要求，之后才能确定平面布置形式，以满足在总图布置中与交通的关系和规范的需求。水工建筑的结构布局都是按设计规范来进行操作，在专业配合上要多方面商讨才可实施。从近几年来看，水工结构与建筑艺术的配合过程是一种相互促进、相互协调、相互提高的过程，这样的配合过程为水工景观设计及现代化品质的水工建设打下了坚实的基础。
3.造型设计
水工建筑设计通过对风格的选择和协调，反映了当代技术的应用及文化的内涵。在实际建造过程中，必须考虑周边的环境需求，并将传统与现代相结合来达到设计的整体协调。但是应该避免一味的追求时尚所带来的低级趣味的建筑设计。建筑物应该具有一定的个性，不能完全一样，例如泵房的平面一般都是简单的矩形，高度高，体量大，对于此类建筑，就必须在设计中做到粗中有细，通过开窗方式、墙面与柱子的关系来丰富细化，使其在感观上不显得单调。
4.建筑材料
水工建筑结构设计的外部结构所体现的感观效果与色彩的运用和材质有关，但是不能单单只考虑美观好看，水工建筑一般处于环境空旷的位置，受到风沙侵蚀所带来的清洁问题较为明显。同时，由于风侵蚀表面会带来坑洼、脱落和干化的现象，还必须考虑耐风程度，而在雨天又会受到冲洗，所以耐水性能也要很好。在对水工建筑选材上，设计者会带有一定主观性，必须避免其因为对材质色彩的偏好进行的有限选择。
三、水工建筑混凝土结构设计
1.确定水工混凝土结构极限
极限状态分为承载能力和正常使用两种。承载力极限状态的主要标准是指结构材料强度超过破坏的极限承载力，或因为过度变形不应继续承载，在水工重力坝挡水结构中应将受压破坏的极限承载状态作为设计依据，对最大拉应力要限制其不大于规定的某一较低的应力限值。因而在此类水工结构中，应该增设一个应力约束极限状态，从而测定混凝土的不连续点，尽量控制裂缝产生。
2.裂缝的控制
在水工混凝土结构设计中，裂缝控制是最为重要的问题之一。水利工程中有许多结构是受到裂缝宽度控制而不是受控于承载力，所以必须采取根本性的解决办法来控制裂缝产生。通过对所处的环境条件、荷载性质、钢筋种类、构件受力性质以及结构使用年限来进行综合考虑，区分耐久性对裂缝宽度的不同要求，确定出容许裂缝的宽度，从理论上说，安全等级不同的结构，正常使用的耐久性指标也就不同。目前，裂缝控制仅仅适用于一些标准的弯拉构件，但是水工建设的结构大多是非杆件系统，如何控制裂缝宽度是水工混凝土裂缝控制的又一大问题。对钢筋混凝土构件抗裂性进行评估和计算，根据断面的作用力变形所导致的裂纹形成的开度而制定设计标准，以及考虑混凝土和钢筋在实际工作中的极限状态来进行设计。出现裂缝的原因一般包括以下几个方面：混凝土结构构件的设计断面尺寸存在不足，或者结构的配筋量不足、构件中主要受力钢筋的位置分布有误；混凝土结构都是在露天环境中使用，长期经受风、雨、雷、电、日晒、冷冻等天气情况，混凝土结构所处的温度、湿度条件发生变化，混凝土内部发生冻融、冻胀等，导致结构出现裂缝；混凝土主要使用的材料为水泥、骨料以及一些特定的外加材料（添加剂）。当泥存储环境湿度或者温度过高时，会导致水泥在水化过程中发生非正常凝结。当水泥中游离的氧化钙、氧化镁和其他一些含碱物质的含量过高时，会导致水泥内部发生非正常的膨胀，引起混凝土结构发生鼓胀、内部出现孔洞等；同时，施工过程中的施工工艺和施工人员的技术素质等都会对裂缝的出现造成一定的影响。因此在水工混凝土的施工中，我们要根据问题出现的具体原因进行分析，找出合适的解决方法。
综上所述，在水工混凝土的施工中，做好对其结构的设计和管理，能有效的增强水工混凝土的承载力，对其施工的质量等也有很大的影响。
参考文献：
[1]贾明川.水工混凝土结构设计若干问题探讨[J].内蒙古水利，2012，04：15-16.
[2]周氐.我国水工混凝土结构设计理论问题探讨[J].河海科技进展，1991，03：8-16.
[3]许涛，侯建国，安旭文.关于《水工混凝土结构设计规范》轴心受压和小偏压构件相关问题的探讨[J].武汉大学学报（工学版），2008，S1：52-56.