探析水利工程中混凝土結構的優(yōu)化設計

寧雷

1　水利工程混凝土結構設計的意義

水利工程通過修建堤壩、水閘、渡槽等水工建筑對水資源進行調控，通過這些水工建筑的興建來預防或控制洪澇災害和干旱災害，滿足社會生產和人民生活的需要。水利工程的規(guī)模比較大。工期比較長、施工技術難度比較高，一般來說在水利工程中需要應用混凝土結構?；炷潦侵干笆?、水泥、水按照一定比例進行混合配比，并以水泥為膠凝材料的建筑工程復合材料。混凝土與一定量的鋼筋等構件進行配合使用，可以作為承重材料使用到各種建設工程項目中。由于混凝土結構具有良好的耐火性、耐久性、整體性，因此在大型建設工程項目中應用非常廣泛，但混凝土結構在我國的水利工程項目中的應用時間比較短，應用經驗比較少，尚有很多不足，因此研究如何對水利工程中的混凝土結構進行優(yōu)化設計，對我國水利工程建設具有非常重要的理論意義和實踐價值。

2　目前水利工程中混凝土結構設計存在的問題

由于我國混凝土結構應用于水利工程的時間并不長，相關經驗比較少，因此在實際施工過程中，會遇到一些問題，具體表現在以下幾個方面。

2.1　材料配比問題

由于混凝土是水泥、骨料、砂石、水等多種施工材料攪拌混合而成，并非單一屬性的工程施工材料，在具體的施工環(huán)節(jié)中，對于混凝土的各種材料的配比也各不相同，比如水分的增加，而水泥減少，則會導致最終配置的混凝土標號降低，在施工中出現麻面和氣孔等情況，進而影響混凝土結構的安全性。如果粗骨料比例過高，則會導致混凝土出現離析，影響混凝土結構的可靠性。

2.2　岔管設計問題

目前我國的水利工程項目主要采用“一洞多機”的方式進行地下管網的布設，這種設置對于混凝土結構設計的要求比較高，目前我國還沒有比較完善的岔管設計規(guī)范，這使得施工人員對于岔管設計的承壓能力很難準確把握，特別是在地形地貌比較復雜的情況下，經常發(fā)生設計不合理的情況，對水利工程的整體安全性造成影響。

2.3　襯砌滲漏問題

在水利工程施工過程中，經常會出現混凝土襯砌滲漏的情況，這是混凝土結構設計中最難解決的問題。滲漏問題如果不能有效解決，將對整體水利工程建設造成嚴重影響，襯砌滲漏主要是因為混凝土結構產生了裂縫，裂縫產生的具體原因包括以下幾點：

（1）混凝土模板設計的不合理。

（2）在通道施工的過程中，對于通道位置的設計不合理，如果通道上方出現沉降就會對襯砌產生較大壓力，最終發(fā)生混凝土裂縫的情況。

（3）混凝土結構的原材料本身存在質量問題，例如混凝土的標號不滿足施工設計要求。

（4）混凝土的運輸過程、攪拌過程、養(yǎng)護過程出現問題。例如運輸時間過長，混凝土和易性受到影響，沒有按照混凝土的初凝和終凝時間進行科學養(yǎng)護，混凝土在使用之前沒有進行充分的攪拌振搗，造成骨料離析的情況。

2.4　前期準備不足

水利工程的技術含量比較高，相比建筑工程，水利工程的施工難度更大更復雜，在水利工程設計階段，需要對工程所在地的地形地貌、水文地質條件、氣候條件進行詳細調查。在實際施工過程中，經常出現因為前期調查不細致而導致水利工程在施工過程中的各種質量問題。比如有的水利工程項目圍巖應力比較大，圍巖不穩(wěn)定，加上岔管形態(tài)復雜，導致應力集中和襯砌開裂，破壞混凝土結構的穩(wěn)定性。

3　水利工程中混凝土結構優(yōu)化設計

水利工程中混凝土結構設計的難度比較大、要求比較高，要綜合考慮地形地貌、水文地質、環(huán)境氣候等多種因素，保證混凝土結構具有良好的抗?jié)B性、穩(wěn)定性、可靠性。在水利工程項目中，對混凝土結構優(yōu)化設計具體表現在以下幾個方面。

3.1　加強對混凝土結構的裂縫控制

裂縫控制是水利工程混凝土結構設計的重要內容，混凝土結構既要控制好承載力，也要把裂縫控制在國家強制標準和設計標準允許的范圍內，并根據荷載、壓力變化等參數來確定。水利工程中經常使用非常規(guī)桿件，裂縫要根據構件的烈性進行評估，并考慮斷面作用力的變化問題。根據工程實際情況選擇不同的養(yǎng)護方法，創(chuàng)造適當的溫度和濕度條件，保證混凝土正常硬化。不同的養(yǎng)護方式對混凝土性能的影響也不同，最為常見的施工養(yǎng)護方法就是自然養(yǎng)護，除此之外還有干濕熱、紅外線、蒸汽等多種養(yǎng)護方式，標準的養(yǎng)護時間為28d，濕度不低于95%，在自然養(yǎng)護的過程中，可以重點加強對溫度和濕度的控制，減少混凝土表面暴露時間，防止水分快速蒸發(fā)。控制混凝土的里表溫差以及表面降溫速度，最終達到控制混凝土結構質量，優(yōu)化混凝土結構設計的目的。

3.2　加強對混凝土原材料的選擇與合理配比

合理配比的混凝土是保證水利工程質量的關鍵，能夠有效防止氣泡、麻面、孔洞等問題的產生，可以選擇細度2.0～3.0范圍內的砂，合理控制添加劑的比重。對混凝土進行充分振搗和攪拌，確保混凝土的和易性，避免離析，混凝土澆筑之前要確保模板支撐牢固，按照施工標準進行模板支撐和拆卸。鋼筋要焊接牢固，禁止隨意踩踏混凝土保護層的墊塊，并保持墊塊均勻牢固。

3.3　圍巖結構穩(wěn)定性的優(yōu)化設計

襯砌的布局對于水利工程的混凝土結構質量具有重要影響，在進行混凝土襯砌設計時，要注意圍巖能夠承載的水壓力。水利工程混凝土結構設計的優(yōu)化，要重點解決圍巖承載力問題，在設計過程中，用平緩地面和陡坡地面確定最小覆蓋厚度，厚度不足容易引起工程滲水。

3.4　襯砌的優(yōu)化設計

襯砌可分為開裂和抗裂兩種襯砌，要根據工程設計要求和圍巖承載力來確定襯砌方式。通過對混凝土襯砌與圍巖進行聯合作用模擬，形成二次應力，并在此基礎上進行鋼筋混凝土的支護，把襯砌配筋量控制在合理的范圍內，達到最佳支撐效果。通過分析變形與裂縫產生的原因，進行岔管襯砌的布置。

3.5　混凝土的溫度和濕度計算

對于水利工程中的大體積混凝土溫度計算主要通過溫度場、應力、抗裂性三個方面。一般運用限元法和差分法進行應力計算和溫度場計算，而且在進行應力計算的過程中，要考慮混凝土變化而導致的應力松弛。不同配比的情況下需要進行試驗值與計算值的比較。

3.6　基礎資料完善、等級標準明確

要提高混凝土結構設計水平，首先要保證基礎資料的真實、準確、完整?；A資料是進行混凝土結構設計的前提。要明確結構設計的等級標準，并考慮工程規(guī)模和建筑類別，保證混凝土結構設計質量的同時，實現有效的成本控制。完善水利工程監(jiān)理制度，對水利工程混凝土結構的設計、施工、驗收等過程進行監(jiān)督和管理，保證施工質量和施工的連續(xù)性。

4　結語

綜上所述，水利工程對于周邊居民的生產生活和生態(tài)環(huán)境有著非常重要的影響，混凝土結構在水利工程建設中發(fā)揮著重要作用，針對當前混凝土結構在水利工程建設中暴露的問題，在混凝土配比、裂縫控制、圍巖穩(wěn)定等方面進行設計優(yōu)化，為實現高質量的水利工程奠定基礎。

[1]魯慕杰.水利工程中混凝土結構的優(yōu)化設計[J].智能城市，2017，3（12）：200.

[2]楊艷，鄒 進.水利工程中混凝土結構的優(yōu)化設計思路分析[J].南方農機，2017，48（16）：87.