水利工程中混凝土結構的優化設計研究

許克譯

【摘要】近年來，水利工程建筑設計人員面臨的重要課題就是如何優化設計水利工程中的混凝土結構。本文就從水利工程中應用混凝土結構的瓶頸問題開始探究，從而對其應用的重要意義進行了介紹，繼而提出水利工程中混凝土結構的優化設計方案，希望能為新形勢下的水利工程建設提供有益參考。

【關鍵詞】水利工程；混凝土；結構設計；優化策略

引文

水利工程中的混凝土結構設計這項技術比較高難度，并且因為水利工程施工地點的地形地勢復雜，加之混凝土本身成分的復雜狀況，使得混凝土結構的設計施工難度驟然加大。我國水利工程混凝土結構的整體設計水平相較于發達國家而言仍有較大差距正因如此，并且根源于技術水平疲軟的諸多問題逐漸顯露出。

1、水利工程中混凝土結構設計存在的問題

1.1 混凝土材料配比不穩定

混凝土是由水泥、砂、石等原料拌合膠凝而成，并非是單一性質的材料。因此，材料配置比例的些許不同，就可能降低混凝土標號，在澆筑后則會使結構有孔洞、氣泡、麻面等不良現象出現，嚴重對混凝土結構的質量造成影響。例如，如果混凝土攪拌中砂石比例過高，則會因骨料集中而造成拌合物離折、混凝土料干硬，一定程度上降低了混凝土結構的牢固度。

1.2 混凝土岔管設計不合理

現代在地下網道中水利工程常對“一洞多機”的布局方案采用，這就需要對混凝土岔管設計進行利用來完成任務。但是對混凝土結構設計施工的技術水平來說，岔管有著較高的要求，并且目前完善的、具體的混凝土岔管設計指導細則沒有形成。因此，工作人員對混凝土岔管結構設計的承壓能力難以掌握，在復雜的地形和計算影響下，有設計不合理現象常常出現，從而為混凝土結構安全埋下隱患。

1.3 混凝土襯砌易出現滲漏

混凝土襯砌容易出現透漏是我國水利工程建設中混凝土結構設計中較為突出的問題之一，這對渠道結構的安全來說非常不利。總的來說，由于混凝土結構出現裂縫而導致襯砌易滲漏，主要由四方面原因所造成。一是模板的設計布置有偏差存在；二是通道的位置處理不到位，形成裂縫是因為上方巖土層沉降對襯砌產生巨大壓力；三則是混凝土原材料質量有問題存在；四是在攪拌、運輸以及澆筑過程中對混凝土疏于養護。

2、水利工程中混凝土結構設計的重要意義

2.1 提高工程質量

因為水利工程利及千秋萬代，所以其工程質量非常重要。混凝土結構的密度隨著混凝土的粘聚性而增大，并且結構性質趨于穩定；同時，混凝土有著較強的抵抗重壓、神拉、彎剪等作用力的能力，不易變形，能夠保證水利工程結構的穩定性。此外，混凝土結構相較于其他土木結構來講，其耐久性和耐火性較為良好，可以對較長時間的外力侵蝕所抵御。因此，混凝土結構能夠有效提高水利工程建設質量。

2.2 施工難度降低

水利工程體量復雜且龐大，而且大多在地勢起伏大、地形復雜的山區修建，普遍來講有較大的施工難度。但引入混凝土結構設計，則可使這一狀況有效改善。一方面，混凝土有極強的可塑性，澆灌時可以根據預先設定好的模型，從而對其他結構技術的精密性誤差所彌補。另一方面，混凝土結構屬于一次澆灌成型，操作簡單快捷，使水利工程的施工難度極大降低。

2.3 便于保養維護

延長水利工程的使用壽命必須對健全的保養維護舉措所依賴。傳統的水利工程結構普遍很難進行保養維護，而混凝土結構則不然。例如，通過定期清潔混凝土結構，可對結構表面的磨損、裂縫清晰發現，即可進行及時修補，從而使缺陷有效防止繼續延展。便于保養維護的優勢，使混凝土結構設計有力保障著水利工程使用安全。

3、水利工程中混凝土結構的優化設計方案

3.1 科學合理配比混凝土原料

在混凝土結構優化設計過程中，其首要策略就是使混凝土原料的科學合理配比得以保證，不僅可以使混凝土結構的麻面、孔洞等缺陷減少，而且還明顯的幫助控制裂縫、襯砌防滲等作用。具體而言，水利工程中混凝土結構設計的首選材料就是細度模數在20一3刀之間的砂應，繼而將單層混凝土鋪設厚度在30一50厘米范圍內進行控制，分層攤鋪、搗振均勻，同時鋼筋架構要校準位置、精確焊接，才可為混凝土結構設計的安全性和穩定性保駕護航。

3.2 優化設計混凝土裂縫控制

混凝土結構優化設計的重要方面就是水利工程的裂縫控制。要對結構裂縫控制的優化設計得以實現，設計人員一方面要對工程運行環境、水文壓力、地勢壓力等要素進行結合，從而對混凝土結構的極限承載力綜合考量，從而對與之相匹配標號的鋼筋和混凝土選用；另一方面，現代水利工程在彎拉構件方面的裂縫控制，要對恰當的桿件選擇，對混凝土的裂縫寬度嚴格控制。

3.3 優化設計混凝土圍巖穩定

優化設計水利工程中混凝土結構，要對圍巖的水壓承載能力著力研究。因為只有圍巖的水壓承載能力強，才能夠對不襯砌或非限裂混凝土襯砌的方案選用，對工程成本降低、工程質量提高來說意義重大。因此，設計人員要根據平緩或陡坡地表面的相關準則，對圍巖結構的最小覆蓋厚度優先衡量，并通過精測的測量和計算確定混凝土圍巖穩定系數。

3.4 優化設計混凝土襯砌防滲

混凝土結構設計中有非常多的襯砌類型，主要可分為裂襯砌與非裂襯砌兩大類。技術人員選擇科學合理的襯砌方案首先要根據圍巖穩定程度，而后對襯砌與圍巖的承載力進行聯合模擬。同時對鋼筋混凝土進行支護、對岔管進行布局，對滲透、裂縫等問題的出現概率預估，從而做出相當的技術設計調整，以致力于使混凝土襯砌滲漏的出現幾率降低。

4、總結

總而言之，在水利工程建設領域混凝土結構發揮的作用愈來愈重要，其設計應當得到不斷優化。而優化設計水利工程建設中混凝土結構，應當以當前所暴露出的問題為著力點，以混凝土合理配比為前提，全面優化裂縫控制、圍巖穩定以及襯砌防滲等方面，從而致力于水利工程建設的高質量、高效益實現，為推動水利工程發展奠定堅實的技術根基。

參考文獻：

[1]張志剛，鄧欽.水利工程中混凝土結構的優化設計[J].珠江水運，2015，（01）.

[2]劉榮釗.水利工程中優化加強混凝土結構的相關策略設計[J].黑龍江水利科技，2014，（07）.