对于水利工程混凝土结构设计思路探究

【摘要】本文首先分析了水利工程混凝土结构设计的思想和原则，然后阐述了具体的水利工程混凝土结构的设计。 本文在此进行了分析，可供同行借鉴。

【关键词】混凝土； 结构设计

一、前言

水利工程作为关系着城市生活、工业用水，农村防洪、灌溉等等的重要基础型服务设施，其施工质量以及施工管理一直是我们重点关注的问题。混凝土作为水利工程的重要组成部分，其施工质量对于工程的整体质量有着重要的影响。本文主要对水利工程混凝土结构设计思路进行了分析。

二、水利工程混凝土结构设计的思想

1、水利工程内容及结构要求

水利工程指的是为了控制、利用以及保护地表和地下水资源，而修建的各种工程建筑。水利工程建筑的规模比较大，工期比较长，在建筑过程中可能会遇到很多问题。就拿近几年应用比较广泛的混凝土结构来说，它在水工建筑中起到很大的帮助，但是其结构设计是一项技术性要求很高的工作，不容易把控。

2、水利工程混凝土的结构特点

在水利工程建筑中混凝土的结构尺寸比较大，跨度比较小，与其他建筑的混凝土结构设计所需要的配筋率相比取值比较小，但是数量比较大；大体积的水工混凝土结构水泥水热化比较大，当外界温度变化时，可能会产生裂缝，再设计时需要配置更多的温度钢筋；有些混凝土结构需要完全侵入水中，或者冻融，所以其耐久性不佳。目前，我国在水利工程建筑中仍然存在很多无法计算的因素，致使混凝土的结构设计不合理，影响工程质量。

3、混凝土的结构应用

随着经济的发展，钢筋混凝土的应用越来越广泛，比如三峡水电站、南水北调工程等大型水利建设。同时随着技术的进步与工程难度的增加，混凝土的结构有许多需要优化升级的地方，特别是在一些地形比较复杂的地区，混凝土的稳定性易受到影响，容易出现开裂，从而影响水利工程的建筑质量，所以必须对水利工程的混凝土结构进行优化设计，确保工程质量。

三、水利工程混凝土结构设计的原则

1、对混凝土配合比予以优化

首先，正确选择混凝土原材料，其中水泥是最重要的原料之一，水泥水化热会对大体积混凝土产生直接影响，故要水化热低的水泥是首选，比如低热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥等，保证其与混凝土施工要求相符。其次，合理设计混凝土配合比。混凝土配合比的设计要考虑诸多因素，包括混凝土水化热、施工的和易性与稳定性等，再以这些标准为依据设计混凝土配合比。不过需要注意以下几个问题，一是在保证混凝土结构强度等级的前提下尽量降低混凝土水化热；二是在保证混凝土施工和易性的前提下尽量控制砂石骨料的用量，以控制混凝土变形；三是通过用水量的控制来控制混凝土的缓凝时间。

2、混凝土的施工

首先做好施工技术准备，根据相关规范对混凝土的温度、温度应力、收缩应力等指标进行验算，以确定出其升温峰值、内外温差及降温速率等指标，再采取有针对性的措施控制施工温度。一般情况下，水利工程混凝土浇筑入模温度升温峰值控制在45℃，内外温差不得大于30℃，降温速率保持在2℃/时。其次，模板施工。在验算模板的刚强度及稳定性后，要进行混凝土模板施工，再根据混凝土浇筑后的养护要求制定适用的养护策略。注意控制模板的拆模时间，要能够满足混凝土的强度等级要求；严格控制混凝土拆模温度，保证内外温差不超过标准规定范围。

四、水利工程中混凝土结构的设计

1、混凝土裂缝的控制

在水利工程混凝土结构设计中，裂缝控制是其重要控制内容，在混凝土的结构设计中，除了要控制好混凝土的承载力以外，还要严格控制裂缝的出现，把裂缝控制在允许的范围之内。而裂缝的控制需要根据工程环境情况、荷载性质、水压力的变化情况等参数来确定。在现代水利工程中，裂缝的控制适合用于一些弯拉构件方面，而水工建筑中一般使用非常规的杆件，所以要特别注意控制好混凝土的裂缝宽度。裂缝的设定一般根据钢筋混凝土构件的裂性评估进行，根据其断面作用力变化情况，制定裂纹开度标准。另外还要考虑在实际使用中，钢筋与混凝土的极限状态。

2、合理配置混凝土原料

混凝土的原料配置是保障混凝土质量的关键步骤，合理的配置混凝土原料，能有效的防止混凝土气泡、孔洞、麻面的出现。首先为了防止气泡的出现，在施工的过程中可以采用细度模数2.0—3.0范围的天然砂或人工砂，严格按照混凝土配合比施工，合理控制外加剂的掺入量，做好混凝土的摊铺、振捣等，每层的混凝土铺设厚度控制在30-50cm范围内，振捣时注意缓慢拔出振捣帮，防止气泡的生成；为了防止混凝土孔洞的出现，在进行混凝土的搅拌时，要注意均匀搅拌，混凝土的和易性好，分层摊铺，振捣均匀，模板支撑要牢固。如果出现孔洞，要及时将孔洞部分的松散物处理干净，用细石混凝土填塞处理；对于混凝土结构露筋现象的预防，在安装钢筋时要找准位置，焊接牢固，混凝土的保护层垫块要均匀牢固，禁止随意搬动、踩踏。如果出现露筋，要及时清除干净外露钢筋上的锈斑，抹平压光，覆盖养护，用浇灌技术把混凝土加厚处理。

3、围岩结构稳定性的设计

在水利工程中，衬砌方式与布局的深度影响着混凝土结构的优劣，在设计混凝土衬砌时需要注意围岩承担水压力的能力。所以，混凝土的结构优化，首先要解决围岩水压承载力问题。在围岩结构中，首先要确定其最小覆盖厚度，如果围岩厚度不足，容易造成事故的发生，导致工程大量渗水。最小厚度的测量要根据平缓地表面和陡坡地表面上台准则确定。围岩只有具有足够的承载力，才能采用不衬砌、限裂或非限裂混凝土衬砌的方法。

4、衬砌设计

衬砌方式的选择要根据实际设计需求与围岩承载压力进行确定，在混凝土的结构设计中，衬砌的类型比较多，但从设计方面来说可以分为开裂衬砌与抗裂衬砌两部分。根据具体的工程要求，比较分析不同的衬砌方案，选择最为合适的方案进行施工。选择好衬砌方式以后，对钢筋混凝土衬砌与围岩联合作用进行模拟，形成一个二次应力场，在此基础上进行钢筋混凝土的支护，分析衬砌的变形、裂缝出现问题，进行岔管衬砌布局，尽量减少衬砌的配筋量，以便使其更好的应用于水利工程的建设中。

5、混凝土的温度计算

现在很多水工建设中，都会有温度裂缝的出现，现行的混凝土结构规范中对这一点的标准不是太具体，一些大体积的混凝土温度计算问题是温度场计算、应力计算、混凝土抗裂性验算等。对于温度场和应力的计算一般采用限元、差分法求解，在进行应力计算时，需要加入因为混凝土变化而引起的应力松弛条件。对于弹性温度应力一般会折减35%。经过优化后的温度计算已经适合与不同工程徐变计算公式，而且在不同的配比下通过试验值与计算值比较松弛系数。

五、结束语

综上所述，随着水利工程建筑发展迅速，在施工过程中对混凝土的结构设计是保证工程质量的重要因素，直接影响着工程建筑的安全性、耐久性以及综合性能的提高。所以在工程进程中要特别注意混凝土结构设计的，选择合适的混凝土原料，注意裂缝的防范设计，选择合适的温度计算公式，合理规划水工建设，确保水利工程建设保质保量的完成。

参考文献：

[1] 耿会允. 预防水利工程混凝土裂缝对策探讨[J]. 水利建设与管理， 2011（04）

[2] 刘亮.浅谈大体积混凝土施工技术及预防措施[J].科技致富向导，2012（26）

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