對于水利工程混凝土結構設計思路探究

【摘要】本文首先分析了水利工程混凝土結構設計的思想和原則，然后闡述了具體的水利工程混凝土結構的設計。 本文在此進行了分析，可供同行借鑒。

【關鍵詞】混凝土； 結構設計

一、前言

水利工程作為關系著城市生活、工業用水，農村防洪、灌溉等等的重要基礎型服務設施，其施工質量以及施工管理一直是我們重點關注的問題。混凝土作為水利工程的重要組成部分，其施工質量對于工程的整體質量有著重要的影響。本文主要對水利工程混凝土結構設計思路進行了分析。

二、水利工程混凝土結構設計的思想

1、水利工程內容及結構要求

水利工程指的是為了控制、利用以及保護地表和地下水資源，而修建的各種工程建筑。水利工程建筑的規模比較大，工期比較長，在建筑過程中可能會遇到很多問題。就拿近幾年應用比較廣泛的混凝土結構來說，它在水工建筑中起到很大的幫助，但是其結構設計是一項技術性要求很高的工作，不容易把控。

2、水利工程混凝土的結構特點

在水利工程建筑中混凝土的結構尺寸比較大，跨度比較小，與其他建筑的混凝土結構設計所需要的配筋率相比取值比較小，但是數量比較大；大體積的水工混凝土結構水泥水熱化比較大，當外界溫度變化時，可能會產生裂縫，再設計時需要配置更多的溫度鋼筋；有些混凝土結構需要完全侵入水中，或者凍融，所以其耐久性不佳。目前，我國在水利工程建筑中仍然存在很多無法計算的因素，致使混凝土的結構設計不合理，影響工程質量。

3、混凝土的結構應用

隨著經濟的發展，鋼筋混凝土的應用越來越廣泛，比如三峽水電站、南水北調工程等大型水利建設。同時隨著技術的進步與工程難度的增加，混凝土的結構有許多需要優化升級的地方，特別是在一些地形比較復雜的地區，混凝土的穩定性易受到影響，容易出現開裂，從而影響水利工程的建筑質量，所以必須對水利工程的混凝土結構進行優化設計，確保工程質量。

三、水利工程混凝土結構設計的原則

1、對混凝土配合比予以優化

首先，正確選擇混凝土原材料，其中水泥是最重要的原料之一，水泥水化熱會對大體積混凝土產生直接影響，故要水化熱低的水泥是首選，比如低熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥等，保證其與混凝土施工要求相符。其次，合理設計混凝土配合比。混凝土配合比的設計要考慮諸多因素，包括混凝土水化熱、施工的和易性與穩定性等，再以這些標準為依據設計混凝土配合比。不過需要注意以下幾個問題，一是在保證混凝土結構強度等級的前提下盡量降低混凝土水化熱；二是在保證混凝土施工和易性的前提下盡量控制砂石骨料的用量，以控制混凝土變形；三是通過用水量的控制來控制混凝土的緩凝時間。

2、混凝土的施工

首先做好施工技術準備，根據相關規范對混凝土的溫度、溫度應力、收縮應力等指標進行驗算，以確定出其升溫峰值、內外溫差及降溫速率等指標，再采取有針對性的措施控制施工溫度。一般情況下，水利工程混凝土澆筑入模溫度升溫峰值控制在45℃，內外溫差不得大于30℃，降溫速率保持在2℃/時。其次，模板施工。在驗算模板的剛強度及穩定性后，要進行混凝土模板施工，再根據混凝土澆筑后的養護要求制定適用的養護策略。注意控制模板的拆模時間，要能夠滿足混凝土的強度等級要求；嚴格控制混凝土拆模溫度，保證內外溫差不超過標準規定范圍。

四、水利工程中混凝土結構的設計

1、混凝土裂縫的控制

在水利工程混凝土結構設計中，裂縫控制是其重要控制內容，在混凝土的結構設計中，除了要控制好混凝土的承載力以外，還要嚴格控制裂縫的出現，把裂縫控制在允許的范圍之內。而裂縫的控制需要根據工程環境情況、荷載性質、水壓力的變化情況等參數來確定。在現代水利工程中，裂縫的控制適合用于一些彎拉構件方面，而水工建筑中一般使用非常規的桿件，所以要特別注意控制好混凝土的裂縫寬度。裂縫的設定一般根據鋼筋混凝土構件的裂性評估進行，根據其斷面作用力變化情況，制定裂紋開度標準。另外還要考慮在實際使用中，鋼筋與混凝土的極限狀態。

2、合理配置混凝土原料

混凝土的原料配置是保障混凝土質量的關鍵步驟，合理的配置混凝土原料，能有效的防止混凝土氣泡、孔洞、麻面的出現。首先為了防止氣泡的出現，在施工的過程中可以采用細度模數2.0—3.0范圍的天然砂或人工砂，嚴格按照混凝土配合比施工，合理控制外加劑的摻入量，做好混凝土的攤鋪、振搗等，每層的混凝土鋪設厚度控制在30-50cm范圍內，振搗時注意緩慢拔出振搗幫，防止氣泡的生成；為了防止混凝土孔洞的出現，在進行混凝土的攪拌時，要注意均勻攪拌，混凝土的和易性好，分層攤鋪，振搗均勻，模板支撐要牢固。如果出現孔洞，要及時將孔洞部分的松散物處理干凈，用細石混凝土填塞處理；對于混凝土結構露筋現象的預防，在安裝鋼筋時要找準位置，焊接牢固，混凝土的保護層墊塊要均勻牢固，禁止隨意搬動、踩踏。如果出現露筋，要及時清除干凈外露鋼筋上的銹斑，抹平壓光，覆蓋養護，用澆灌技術把混凝土加厚處理。

3、圍巖結構穩定性的設計

在水利工程中，襯砌方式與布局的深度影響著混凝土結構的優劣，在設計混凝土襯砌時需要注意圍巖承擔水壓力的能力。所以，混凝土的結構優化，首先要解決圍巖水壓承載力問題。在圍巖結構中，首先要確定其最小覆蓋厚度，如果圍巖厚度不足，容易造成事故的發生，導致工程大量滲水。最小厚度的測量要根據平緩地表面和陡坡地表面上臺準則確定。圍巖只有具有足夠的承載力，才能采用不襯砌、限裂或非限裂混凝土襯砌的方法。

4、襯砌設計

襯砌方式的選擇要根據實際設計需求與圍巖承載壓力進行確定，在混凝土的結構設計中，襯砌的類型比較多，但從設計方面來說可以分為開裂襯砌與抗裂襯砌兩部分。根據具體的工程要求，比較分析不同的襯砌方案，選擇最為合適的方案進行施工。選擇好襯砌方式以后，對鋼筋混凝土襯砌與圍巖聯合作用進行模擬，形成一個二次應力場，在此基礎上進行鋼筋混凝土的支護，分析襯砌的變形、裂縫出現問題，進行岔管襯砌布局，盡量減少襯砌的配筋量，以便使其更好的應用于水利工程的建設中。

5、混凝土的溫度計算

現在很多水工建設中，都會有溫度裂縫的出現，現行的混凝土結構規范中對這一點的標準不是太具體，一些大體積的混凝土溫度計算問題是溫度場計算、應力計算、混凝土抗裂性驗算等。對于溫度場和應力的計算一般采用限元、差分法求解，在進行應力計算時，需要加入因為混凝土變化而引起的應力松弛條件。對于彈性溫度應力一般會折減35%。經過優化后的溫度計算已經適合與不同工程徐變計算公式，而且在不同的配比下通過試驗值與計算值比較松弛系數。

五、結束語

綜上所述，隨著水利工程建筑發展迅速，在施工過程中對混凝土的結構設計是保證工程質量的重要因素，直接影響著工程建筑的安全性、耐久性以及綜合性能的提高。所以在工程進程中要特別注意混凝土結構設計的，選擇合適的混凝土原料，注意裂縫的防范設計，選擇合適的溫度計算公式，合理規劃水工建設，確保水利工程建設保質保量的完成。

參考文獻：

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