水工結構工程的耐久性設計分析

李旭

摘 要：在我國的水利工程建設以及生產過程中，耐久性是一個非常重要的問題。由于水工結構比較特殊且部分結構可能很復雜，因此在其設計過程中要非常慎重，要重視其耐久性的相關設計，有效地規避水工結構工程的失效問題，保障整個工程的安全運行。本文主要針對水工結構工程的耐久性設計進行詳細地論述以及分析，希望能有效地提升我國水利工程的設計質量，同時為水利行業的發展以及創新貢獻力量。

關鍵詞：水工結構工程；耐久性；設計

中圖分類號：TU991 文獻標識碼：A

水工結構工程在我國基礎設施建設工程中占有非常重要的地位，因此在整個水利工程建設使用周期中，水工結構必須滿足安全性、適用性及耐久性的要求。比如說要具備合理的抗拉、抗凍、抗壓、抗風化、抗腐蝕及耐磨等性能。為了有效地實現水工結構工程的耐久性目標，在設計階段必須要保證結構耐久性設計滿足工程要求。

1.影響水工結構工程耐久性的主要問題

1.1 水工結構工程出現的裂縫問題

對于水工結構工程來說，有時候由于結構的混凝土體積過大，在初期混凝土硬化的過程中會產生很多的水化熱，進而導致結構出現溫度應力，可能使混凝土出現抗拉性能減弱，從而導致混凝土裂縫的出現。另外，大體積混凝土的施工還易產生收縮裂縫，從而可能引起滲漏、凍融等問題。這些問題對水工結構工程的耐久性是一種嚴峻的考驗。

1.2 水工結構工程出現的凍融破壞問題

水工結構工程中的凍融破壞主要指的是在溫度低于零度的地區，混凝土在潮濕或經常與水接觸的環境下，由于溫度正負值交替變化，在混凝土內部出現凍結水的膨脹以及溶解收縮，從而使混凝土出現疲勞應力，進而導致混凝土產生凍融破壞現象。權威部門的調查研究表明，在我國有多達1/4的水工結構工程存在凍融破壞問題，這是一個非常高的比例，必須引起我們足夠的重視。

1.3 水工結構工程中出現的碳化以及鋼筋腐蝕問題

在我國的水工結構工程建設過程中，空氣中二氧化碳以及施工中使用的水中的碳酸都能夠同水泥產生化學反應導致水泥碳化，進而使混凝土表面產生裂縫。混凝土表面的裂縫進一步讓更多的二氧化碳進入到混凝土的內部，如此循環往復，使混凝土出現中性化的變化，從而讓混凝土保護層失去作用，不能夠有效地保障鋼筋抵抗腐蝕，從而導致鋼筋銹蝕，使鋼筋的強度下降，進而影響了整個水工結構工程的耐久性。

2.水工結構工程的耐久性設計

2.1 混凝土原材料的質量檢測要求以及方法

首先是水泥材料的選擇。要求在水泥進入施工現場前，要有相應的生產合格證以及檢測報告。我們在接收水泥進廠的同時還要進行水泥的采樣復檢，如果復檢的水泥樣品不達標，就要進行再次樣品檢查，如果再不達標，我們就要拒絕此批次的水泥進入施工現場。

其次是細骨料的選擇。在水工結構設計過程中我們選擇的細骨料的粒徑通常為0.16mm～5mm。細骨料在選擇上分為兩種，第一種是天然砂；第二種是人工砂。水工結構設計要求人工砂細骨料的細度模數在2.4～2.8之間，不應超出這一范圍；天然砂細骨料的細度模數在2.2～3.0之間，這一范圍也不能超出。同時設計還需明確提出顆粒等級及表觀密度等要求。

最后是粗骨料的選擇。在水工結構設計過程中，粒徑在5mm以上的骨料我們稱之為粗骨料，普通的粗骨料大多應用在混凝土的澆筑過程中。我們在施工過程中必須檢驗的指標有粗骨料的含泥量以及粗骨料的針片狀含量等，同時對于粗骨料的顆粒級配也需要給予格外的重視。

2.2 水工混凝土結構的極限狀態控制

在水工結構中，極限狀態主要有兩種，一種是承載能力狀態的極限，一種是正常使用狀態的極限。承載能力極限狀態主要指的是結構或構件達到最大承載能力，或達到不適于繼續承載的變形的極限狀態；正常使用極限狀態主要指的是結構或構件達到正常使用或耐久性能中某項規定限度的狀態。結構的耐久性由正常使用極限狀態控制。為了保證結構的耐久性能，在設計的過程中需通過計算確定結構滿足正常使用極限狀態的一個極限應力值，保證結構承受的荷載所產生的應力不大于極限應力。

2.3 水工結構工程中的裂縫控制方法

一般而言，不同安全等級的水工建筑，裂縫控制指標也會不同。現代工程中，裂縫的控制主要適用于一些標準彎拉構件上。由于水工建筑結構中經常使用非常規桿件，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。應嚴格按照《水工混凝土結構設計規范》等規范的要求進行裂縫寬度驗算，確保構件裂縫寬度滿足結構耐久性要求。

2.4 在水工結構工程設計過程中結構外形的設計

一個合理的結構外形對于結構的安全及適用性有著至關重要的作用，為了保證結構安全耐用，構件在設計過程中應嚴格按照《水工混凝土結構設計規范》等規范的要求進行撓度驗算，確保構件不致因產生過大的變形而影響其耐久性。

參考文獻

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