關于水利工程混凝土結構設計的研究

肖勇

【摘要】通過對我國現階段的大多數水利工程進行分析能夠發現，目前我國的水利工程主要以鋼筋混凝土結構為主，這種結構中的防滲功能和荷載承重都由混凝土結構來完成，因此混凝土結構的設計對水利工程建筑物來說至關重要。本文主要探究了水利工程混凝土結構設計要點，以供參考。

【關鍵詞】水利工程；混凝土；結構設計

引言

水利工程建筑物的設計是在水利工程目標制定之后隨之產生的一系列預算和方案，這些方案的優劣性對工程建筑物的質量和效益產生較為直接的影響。水工建筑多是用于容納水及調節水的一些設施，首先要有好的結構設計，才能更好的完成項目施工、驗收。但在水工混凝土結構的設計階段還存在著一定的問題，比如耐久性差、適用性不佳等問題，這些問題的存在嚴重影響到了生產的正常進行，因此提高質量勢在必行。

一、水利工程混凝土結構設計的概述

針對傳統的混凝土結構設計以強度設計為主的特點，水工混凝土建筑結構設計不僅要注重結構強度設計，還需要更多的考慮建筑結構在長期使用過程中由于水下環境作用引起的結構材料腐蝕對結構性能與適應性的影響，應盡可能通過合理的結構設計來延長結構使用期限。水工混凝土建筑結構的設計應嚴格按照現行的有關國家、地區及行業標準和規定執行，充分考慮建筑結構在正常使用階段結構構件的相關檢測和維護過程。在進行水工混凝土結構設計時，應預留足夠的工作面為后續工作工作提供可實施性。值得指出的是，水工混凝土結構在使用過程中遭受病害是不可避免的，只是應將其程度降低到最低水平。因此，在設計混凝土結構構件時，在考慮材料受環境侵蝕和老化對性能產生的影響后，還仍然要確保結構和構件存有足夠的安全性和整體穩定性。

二、水利工程混凝土結構設計要點

1、混凝土材料的選擇及檢驗

混凝土結構的主要材料包括有碎石、砂、水泥、外加劑等。在確保水工混凝土結構的施工質量，選用相應的混凝土原材料前，一定要對其進行試驗檢驗，只有所有的技術性能指標均滿足設計和規范要求才能采用；當碎石骨料中含有過量有害物質時，則會影響水泥的水化反應，降低混凝土構件的強度，減弱骨料與水泥膠體的粘結。

在混凝土攪拌施工過程中，還要求質量控制管理人員根據現場測定的結果及時對原材料的配比進行調整。如在現場采用干炒法快速確定砂子的含水率，并及時根據現場測定的含水率及時調整混凝土配合比中的實際用水量和集料配比。

2、混凝土現場配合比的確定

水工結構作為國家基礎建設中重要的組成部分，針對其特殊使用功能的設計，也將成為水工結構設計功能正常實現的保障。基于功能的結構設計以安全一經濟為評價標準，安全性是指結構設計功能在使用過程中能夠正常運行的可靠程度；結構經濟性是考慮結構在整個功能使用期間的所有費用和損失之和。

影響混凝土原材料配合比變化而導致混凝土結構強度變化過大的主要因素是細骨料砂子含水率、含泥量的變化和碎石含粉量的影響：第一，混凝土原材料施工配合比的換算。在混凝土攪拌拌現場，各級碎石骨料中普遍含有一定量的超粒徑顆粒，而且骨料的含水量通常都會比飽和面干狀態要高的多。因此，應根據現場實測骨料的粒徑變化范圍及砂石表面的實際含水量，將試驗配合比換算為混凝土現場施工配合比。第二，混凝土施工配合比調整。由于混凝土施工易受現場其余條件的影響，根據混凝土在試驗室里確定的設計配合比配置的混凝土，其和易性難于實際施工條件完全適合，其現場塌落度也會隨之改變。為確保水工建筑結構的混凝土和易性并滿足現場施工條件的要求，在保持水灰比不變的條件下，應對混凝土含水率及其用水量進行相應的調整。

3、混凝土結構極限

水工混凝土的結構極限可以分為承載能力與正常使用兩種極限狀態。水工混凝土的承載力極限狀態是指結構材料強度超過了破壞的最大承載力，或由于變形嚴重而導致的不能繼續承載。在使用水工建筑作為擋水結構時，要將受壓破壞極限值來作為設計根據。設定最低的應力限值，使最大的拉力要低于此值。所以在水工混凝土結構設計中要確定好應力約束極限狀態，來測定混凝土的不連續點，減少裂縫的產生。

4、混凝土裂縫控制

裂縫控制是水工混凝土結構設計中的重要環節。水利工程中，多數結構都是受裂縫要求控制，而不只是承載力的控制。要通過一些辦法來減少裂縫的出現。要確定出容許裂縫的寬度，要根據當地的潮濕環境、荷載性質以及水壓力的變化等參數來進行確定，綜合考慮。一般而言，不同的安全等級的水工建筑，耐久性指標也會不同。現代工程中，裂縫的控制適用于一些標準彎拉構件上，在水工建筑結構中多數使用的是非常規的桿件，所以如何控制好裂縫的寬度是水工混凝土結構設計中的難點與要點。對裂縫的設定要根據鋼筋混凝土構件的裂性評估后結論，根據斷面的作用力變形情況所導致的裂紋開度制定相應的標準。另外，要注意在實際的使用中，混凝土與鋼筋的極限狀態來進行設計。

對于重要的工程而言，由于現行的規范中限裂驗算的可靠性不高，所以需要根據不同情況進行處理雙保證的問題：①如M≤Mcr，則不必再進行限裂驗算；②如M >Mcr，而M≤ Mcrk，則要求Wcrk≤[Wcr]；③如Mk < Mcrk，則要求Wcrk≤[Wcr]。

以上不帶K 的為設計值，Wcr為抗裂彎矩。

5、混凝土結構變形控制

混凝土結構及構件產生裂縫是水工建筑中常有的質量通病，在混凝土結構施工過程中，可以在以下幾個方面進行預防控制：

（1）水工建筑物的混凝土結構構造應設計合理，在保證結構整體性滿足要求的前提下，應合理設置相應的變形縫；在結構受力分析計算時，應進行相應的斷面設計驗算，正常使用階段的應力情況，抗裂驗算、超載、維修施工驗算。

（2）控制原材料、半成品的質量。確保使用水泥的安定性滿足要求，砂石級配良好，砂、石的含泥土、石灰比例應控制在允許的范圍內；混凝土配合比應通過相應的配合比試驗確定，并根據相應的骨料條件進行換算、調整；應結合施工現場的環境溫度變化情況采用水化熱適當的水泥產品。

（3）水工混凝土澆筑施工，應按一定順序進行分區、分段、分層進行，澆筑和振搗方法要妥當，澆注速度勻速；振搗施工要確保混凝土充分密實，保持插入式振搗器與模板的最小距離，防止模板過度變形甚至出現漏漿的現象；混凝土澆筑完成后應及時合理養護；制定高溫、雨季、低溫等特殊環境的混凝土施工專項方案。

（4）注意水工建筑混凝土結構的地基在施工期間發生較大變形，以及環境濕度急劇變化產生的不利影響，做好大體積混凝土澆筑時的溫控措施。

三、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。只有不斷地對水利工程混凝土結構設計進行深入的研究和探索，才能夠不斷的滿足日新月異的工程目標需求，保證工程的順利進行。

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