水利工程中相关混凝土结构的优化设计探讨

水利工程中相关混凝土结构的优化设计探讨

发表时间：2019-04-12T11:14:58.593Z 来源：《建筑细部》2018年第19期作者：刘邦俊

[导读] 近几年，我国建筑业发展迅速，混凝土作为一种常用的施工材料在建筑施工中发挥了很大作用。

南京市水利规划设计院股份有限公司 210000

摘要：近几年，我国建筑业发展迅速，混凝土作为一种常用的施工材料在建筑施工中发挥了很大作用。本文以水利工程为切入点，简明扼要的概括了对混凝土结构进行设计的意义，又通过理论与实际相结合的方式，提出了优化混凝土结构的有效策略。希望文中讨论的内容，可以在某些方面为从事水利工程建设工作的人员提供帮助。

关键词：水利工程；混凝土结构；优化设计

引言

由于水利工程建设的周期长且施工难度系数较高，所以，通常情况下，必须检测所使用的混凝土结构的质量，保证其质量过关。一般都会使用水泥和砂石以及水进行等比例混合，然后再参入预应力筋和钢筋，保证其建设的耐压性和耐久性，并且整体的施工工序较为复杂，所以，一般初期的设计方案中存在的问题很多，因此，都会不断的进行优化设计，保证混凝土的质量。

1水利工程混凝土结构设计的意义

水利工程通过修建堤坝、水闸、渡槽等水工建筑对水资源进行调控，通过这些水工建筑的兴建来预防或控制洪涝灾害和干旱灾害，满足社会生产和人民生活的需要。水利工程的规模比较大。工期比较长、施工技术难度比较高，一般来说在水利工程中需要应用混凝土结构。混凝土是指砂石、水泥、水按照一定比例进行混合配比，并以水泥为胶凝材料的建筑工程复合材料。混凝土与一定量的钢筋等构件进行配合使用，可以作为承重材料使用到各种建设工程项目中。由于混凝土结构具有良好的耐火性、耐久性、整体性，因此在大型建设工程项目中应用非常广泛，但混凝土结构在我国的水利工程项目中的应用时间比较短，应用经验比较少，尚有很多不足，因此研究如何对水利工程中的混凝土结构进行优化设计，对我国水利工程建设具有非常重要的理论意义和实践价值。

2水利工程中混凝土结构设计中存在的问题

2.1混凝土材料的配比问题

混凝土并不能作为建筑材料单一的进行使用，必须要加入水泥和砂灰以及石子等进行搅拌，并且每一种材料的比例和数量都是不同的，所掺入的比例不一样，直接会影响到混凝土的强度，甚至会造成在混凝土浇筑工作完成之后，出现种种问题，就像在进行混凝土搅拌时，砂灰和石子的数量过多，导致比例偏高，造成骨料集中、混凝土干硬，进而影响了混凝土结构的稳固性。

2.2混凝土衬砌易出现渗漏

混凝土的衬砌经常会出现渗透，渗透问题是混凝土结构设计中最突出的问题，同时也是最难解决的问题。渗透问题如果不能得到有效的解决，就会对渠道整体的结构造成影响，建筑之所以会出现渗透，主要是由于混凝土结构出现了裂缝。混凝土在浇筑完成之后，部分结构会受到外力的干扰，当外来因素作用于混凝土浇筑时，就会导致混凝土内部的作用力增加。一旦内部的混凝土压力增加，混凝土根据物理性质就会产生裂缝，不同性质的作用力会导致不同的混凝土裂缝，主要的可以分为直接裂缝和次应力裂缝。如果外力直接的作用与混凝土，产生的则是直接裂缝，如果外力通过间接的方式作用于混凝土，产生的则是次应力裂缝。

2.3岔管设计问题

目前我国的水利工程项目主要采用“一洞多机”的方式进行地下管网的布设，这种设置对于混凝土结构设计的要求比较高，目前我国还没有比较完善的岔管设计规范，这使得施工人员对于岔管设计的承压能力很难准确把握，特别是在地形地貌比较复杂的情况下，经常发生设计不合理的情况，对水利工程的整体安全性造成影响。

3水利工程中混凝土结构优化设计

3.1优化围岩结构

对水利工程而言，针对混凝土结构开展的优化设计工作，应当将围岩水压承载力列为研究重点，这主要是因为对非裂混凝土的衬砌或不衬砌方案进行应用的前提，是围岩具有良好的水压承载力，而上述两种衬砌方案与传统方案相比，不仅可以降低工程成本，还能够提高工程质量。正是因为如此，在对混凝土结构进行优化设计的过程中，工作人员应以陡坡/平缓地表面对应的准则为依据，对围岩结构覆盖厚度的最小值进行衡量，再通过测量和计算的方式，对围岩的稳定系数加以确定。

3.2保证混凝土配合比的合理性

对水利工程而言，保证作为结构设计原料的混凝土配比的合理性，是很有必要的。正常情况下，包括砂灰在内的原料，在细度或其他方面都存在着相应的规定，因此，选材时，工作人员必须对相关规范或要求进行严格遵守。另外，所铺设混凝土的单层厚度，一般来说应当处于30~50cm这一范围，在分层铺设的过程中，施工人员需要将混凝土完全捣碎，再对提前预留的钢筋架洞口进行校正与焊接，这样做不仅能够提高所设计混凝土结构的安全性，还能够为施工质量提供保障。

3.3加强对混凝土结构的裂缝控制

裂缝控制是水利工程混凝土结构设计的重要内容，混凝土结构既要控制好承载力，也要把裂缝控制在国家强制标准和设计标准允许的范围内，并根据荷载、压力变化等参数来确定。水利工程中经常使用非常规杆件，裂缝要根据构件的烈性进行评估，并考虑断面作用力的变化问题。根据工程实际情况选择不同的养护方法，创造适当的温度和湿度条件，保证混凝土正常硬化。不同的养护方式对混凝土性能的影响也不同，最为常见的施工养护方法就是自然养护，除此之外还有干湿热、红外线、蒸汽等多种养护方式，标准的养护时间为28d，湿度不低于95%，在自然养护的过程中，可以重点加强对温度和湿度的控制，减少混凝土表面暴露时间，防止水分快速蒸发。控制混凝土的里表温差以及表面降温速度，最终达到控制混凝土结构质量，优化混凝土结构设计的目的。

3.4优化衬砌设计

虽然适用于混凝土结构的衬砌类型较多，但可将其归纳为两类，分别是列衬砌和非裂衬砌。工作人员应当以围岩的稳定程度为依据，

完成衬砌方案的选择工作，并保证所选择方案符合水利工程的特点与需求；再对围岩和衬砌的承载能力进行模拟，同时完成支护钢筋混凝土、岔管布局等工作，结合实际情况，对出现裂缝、渗漏或其他问题的几率加以预估，通过调整技术设计的方式，从根本上降低乃至避免混凝土衬砌出现渗漏的可能。

3.5混凝土的温度和湿度计算

对于水利工程中的大体积混凝土温度计算主要通过温度场、应力、抗裂性三个方面。一般运用限元法和差分法进行应力计算和温度场计算，而且在进行应力计算的过程中，要考虑混凝土变化而导致的应力松弛。不同配比的情况下需要进行试验值与计算值的比较。

3.6混凝土的养护工作

混凝土在进行浇筑完成之后，必须要进行养护工作，保证混凝土的稳固性和强度；并且，混凝土的结构强度直接会影响水利工程建设的使用年限。因此，必须要及时进行保养和维护；同时，需要定期的对混凝土结构进行清洗，一旦发现破损或者裂缝的情况，立即进行补修，以免遭受更大的损害。所以，后期的养护工作是非常关键的，它直接影响到混凝土的强度。

结语

对水利工程建设而言，混凝土结构具有无法被忽视的重要作用，对结构设计加以优化很有必要。在对水利工程所应用混凝土结构进行优化设计时，工作人员应当将现存问题作为切入点，以保证混凝土配比的合理性为基础，从优化围岩结构、优化衬砌设计等方面出发，保证针对混凝土结构所开展优化设计工作的全面性，这样做不仅可以提高水利工程的质量和效益，还能够为水利工程的发展贡献一份力量。

参考文献：

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