[摘要]近年来，随着我国水利水电建设规模的不断扩大和发展，人们对水工混凝土结构的重要性认识也在逐渐增强。文章结合水工混凝土结构的特点、材料以及裂缝、止水闸等相关的问题进行探讨，并针对这些问题提出解决方案，同时通过安全监控措施，有效提高水工混凝土结构质量。
[关键词] 水工混凝土；结构设计；安全监控
1 水工混凝土结构材料
在目前水利工程施工中，水工建筑多采用的是混凝土结构，混凝土结构主要包括碎石、砂、水泥等原材料。如果要选择使用合适的混凝土，首先要进行适当的检验测试，当混凝土的性能参数达到设计与规范要求，才能使用，以保证水工混凝土结构的质量。水泥的水化反应主要是由于碎石灰中含有有害物质超标，导致混凝土的结构强度下降，影响骨料与水泥胶体的粘结。此时可以加入早强剂或是粉煤灰，有助于提高混凝土的流动性，减少水化热。
在混凝土的搅拌过程中，原材料的配比非常重要。质量管理人员根据现场需求对配比进行检验测试，以符合实际要求。砂子的含水率可以采用现场干炒法来完成，根据得出的含水率及时对混凝土的配合比进行调整。
2 水工混凝土结构设计基础
2. 1 水工混凝土结构极限
水工混凝土的結构极限可以分为承载能力与正常使用两种极限状态。水工混凝土的承载力极限状态是指结构材料强度超过了破坏的最大承载力，或由于变形严重而导致的不能继续承载。在使用水工建筑作为挡水结构时，要将受压破坏极限值来作为设计根据。设定最低的应力限值，要使最大的拉力低于此值。因此，在水工混凝土结构设计中，要确定好应力约束极限状态，测定混凝土的不连续点，减少裂缝的产生。
2. 2 裂缝的控制
裂缝控制是水工混凝土结构设计中的重要环节。在水利工程中，多数结构都是受裂缝要求控制，而不只是承载力的控制。要确定出容许裂缝的宽度，要根据当地的潮湿环境、荷载性质以及水压力的变化等参数来进行确定，综合考虑。一般而言，不同的安全等级的水工建筑，耐久性指标也会不同。现代工程中，裂缝的控制适用于一些标准弯拉构件上，在水工建筑结构中多数使用的是非常规的杆件，所以如何控制好裂缝的宽度是水工混凝土结构设计中的难点与要点。对裂缝的设定要根据钢筋混凝土构件的裂性评估后结论，根据断面的作用力变形情况所导致的裂纹开度制定相应的标准。另外，要注意在实际的使用中，应根据混凝土与钢筋的极限状态来进行设计。
对于重要的工程而言，由于现行的规范中限裂验算的可靠性不高，所以需要根据不同情况进行处理双保证的问题：①如M≤Mcr，则不必再进行限裂验算；②如M >Mcr，而M≤ Mcrk，则要求Wcrk≤[Wcr]；③如Mk < Mcrk，则要求Wcrk≤[Wcr]。
以上不带K 的为设计值，Wcr为抗裂弯矩。
2. 3 以水闸为例的伸缩缝预留
水闸结构相对简单，一般由水工结构与建筑结构两部分。水闸结构分为上面的机房与桥头、在水闸设计规范中，关于闸板伸缩性设计对分段长度有着一定的要求，土基的分估长度约30 m。
当建筑物较长时，伸缩缝预留需要在以下几种情况中使用：①建筑物长期不符合相应的标准；②建筑结构类型发生了较大变化；③建筑平面复杂。从整体上看，下部的结构主要是为了满足上部结构的可靠性，伸缩缝可以在下部与上部同时设置，当上部的结构长度不符合要求时，上部构件完全可以形成整体结构。
3 水闸设计问题
水闸工程设计在水工混凝土结构设计中也是非常重要的环节。在水利工程应用中，水闸使用较多，其排水与止水设计都关系着水工建筑的使用寿命。因此要对水工建筑的消力池排水孔、侧墙排水孔以及止水伸缩缝等问题进行细致分析。
3. 1 消力池排水孔设计
消力池底部的排水孔关系到水闸排水的问题。在水平护担的后半部设定排水孔的目的是将底部的渗透压力降低一定程度，排水孔下方应该铺设滤层。水流在流出水闸后，会流入到消力池的底板上，将会在陡坡的末端与底板的交接处形成收缩水深，这时的动能与流速都会很大。如果在这样的位置设置排水孔，通过细粒结构在底部的作用，受到低压强与高流速的影响，有可能会从孔中吸出，长久下去，将会把底板底部完全掏空。所以为了让底板下面的水量可以从垂直排水孔中排出，应该在后半段设置垂直排水孔，从而减少渗透压力作用。
3. 2 侧墙排水孔
为了排出渗水，要在单向的水流闸口下游的侧墙与护坡上设置排水孔，并配有反滤层。同时为了避免侧墙渗露，增强抗冲的能力，可以在进口侧墙的位置同时设置有排水孔，让上游的水直接通过孔渗到墙的后面。
3. 3 止水伸缩缝
对于多空间的闸室底板需要沿着垂直水流的方向分段，设置沿水流方面的永久缝，以避免混凝土的干缩、地基沉降以及温度引起的裂缝等对水工混凝土结构的影响。在水闸工程中，止水伸缩缝出现渗漏问题，多数是由于施工引起的。所以在现场施工过程中，要将水泥渣、油渍清理干净，以保证与混凝土的结合符合要求。为了避免止水片上出现针孔等问题导致止水缝发生渗漏，在安装时要确保其性能、规格满足设计要求。除此之外，需要注意的是止水缝如果采用与母材相似的材料进行焊接时，要保证焊接质量。如果因为混凝土的振捣导致的混凝土浇筑不良，也会对工程产生影响，所以需要谨慎进行振捣，且操作人员要具有一定的经验。由于混凝土有着良好的和易性，可以保证与振捣密实相符合。止水伸缩缝渗漏以预防为主要，规范操作。
4 最小配筋率
水工结构中多采用最小配筋率来决定用钢量。目前的水工规范中最小配筋率ρmin不尽理想。首先规范中对截面尺寸由强度条件决定的结构，采用了不同的准则，但没有判定出具体的标准；采用这种配筋率，构件尺寸越大，配筋越多，这种情况非常不合理；只按受力性态来确定出ρmin，使板和梁与墙与柱采用了同一值。还有一些理论提出，不采用Mcr = Mu的原则和固定的ρmin值，而是采用一个随设计与截面极限内力之比而不断发生变化的最小配筋率。这一理论有可能会使最小配筋的问题顺利得到解决，而不再使用少筋混凝土理论。
5 温湿度计算
温湿度计算具有明显的水工特色。在现代不少水工中，都会有温度裂缝的出现，但目前的规范中并没有相关具体规定。对于大体积的混凝土温度计算要解决的问题是温度场计算、应力计算。
对于温度场与应力的计算可以采用有限元、差分法进行求解，在应力计算时需要加入由于混凝土徐变而引起的应力松驰。在目前的规范中，将弹性温度应力一般折减35%，稍显粗略。水工专家综合了多组大型水工混凝土的徐变试验数据，经过优化后提出适合于不同工程的徐变计算公式，并在不同的配比下，给出松驰系数的实用表格。通过对计算值与试验值进行比较，二者的误差在10%以内。
6 安全监控
工程竣工后，需要对大型、重要的水工建筑进行监控。在监测过程中，要对数据进行多次分析，准确判定状态。对于发现的问题需要及时解决，避免小问题成为大问题。水工建筑的监控可以分为原型观测、监控分析与工作状态评估。采用安全监控，对水工建筑的使用状态以及评估有着重要的现实意义。
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