對(duì)于水利工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路探究

【摘要】本文首先分析了水利工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思想和原則，然后闡述了具體的水利工程混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 本文在此進(jìn)行了分析，可供同行借鑒。

【關(guān)鍵詞】混凝土； 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一、前言

水利工程作為關(guān)系著城市生活、工業(yè)用水，農(nóng)村防洪、灌溉等等的重要基礎(chǔ)型服務(wù)設(shè)施，其施工質(zhì)量以及施工管理一直是我們重點(diǎn)關(guān)注的問題?；炷磷鳛樗こ痰闹匾M成部分，其施工質(zhì)量對(duì)于工程的整體質(zhì)量有著重要的影響。本文主要對(duì)水利工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路進(jìn)行了分析。

二、水利工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思想

1、水利工程內(nèi)容及結(jié)構(gòu)要求

水利工程指的是為了控制、利用以及保護(hù)地表和地下水資源，而修建的各種工程建筑。水利工程建筑的規(guī)模比較大，工期比較長，在建筑過程中可能會(huì)遇到很多問題。就拿近幾年應(yīng)用比較廣泛的混凝土結(jié)構(gòu)來說，它在水工建筑中起到很大的幫助，但是其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)技術(shù)性要求很高的工作，不容易把控。

2、水利工程混凝土的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

在水利工程建筑中混凝土的結(jié)構(gòu)尺寸比較大，跨度比較小，與其他建筑的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需要的配筋率相比取值比較小，但是數(shù)量比較大；大體積的水工混凝土結(jié)構(gòu)水泥水熱化比較大，當(dāng)外界溫度變化時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生裂縫，再設(shè)計(jì)時(shí)需要配置更多的溫度鋼筋；有些混凝土結(jié)構(gòu)需要完全侵入水中，或者凍融，所以其耐久性不佳。目前，我國在水利工程建筑中仍然存在很多無法計(jì)算的因素，致使混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，影響工程質(zhì)量。

3、混凝土的結(jié)構(gòu)應(yīng)用

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鋼筋混凝土的應(yīng)用越來越廣泛，比如三峽水電站、南水北調(diào)工程等大型水利建設(shè)。同時(shí)隨著技術(shù)的進(jìn)步與工程難度的增加，混凝土的結(jié)構(gòu)有許多需要優(yōu)化升級(jí)的地方，特別是在一些地形比較復(fù)雜的地區(qū)，混凝土的穩(wěn)定性易受到影響，容易出現(xiàn)開裂，從而影響水利工程的建筑質(zhì)量，所以必須對(duì)水利工程的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保工程質(zhì)量。

三、水利工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則

1、對(duì)混凝土配合比予以優(yōu)化

首先，正確選擇混凝土原材料，其中水泥是最重要的原料之一，水泥水化熱會(huì)對(duì)大體積混凝土產(chǎn)生直接影響，故要水化熱低的水泥是首選，比如低熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥等，保證其與混凝土施工要求相符。其次，合理設(shè)計(jì)混凝土配合比。混凝土配合比的設(shè)計(jì)要考慮諸多因素，包括混凝土水化熱、施工的和易性與穩(wěn)定性等，再以這些標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)設(shè)計(jì)混凝土配合比。不過需要注意以下幾個(gè)問題，一是在保證混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等級(jí)的前提下盡量降低混凝土水化熱；二是在保證混凝土施工和易性的前提下盡量控制砂石骨料的用量，以控制混凝土變形；三是通過用水量的控制來控制混凝土的緩凝時(shí)間。

2、混凝土的施工

首先做好施工技術(shù)準(zhǔn)備，根據(jù)相關(guān)規(guī)范對(duì)混凝土的溫度、溫度應(yīng)力、收縮應(yīng)力等指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)算，以確定出其升溫峰值、內(nèi)外溫差及降溫速率等指標(biāo)，再采取有針對(duì)性的措施控制施工溫度。一般情況下，水利工程混凝土澆筑入模溫度升溫峰值控制在45℃，內(nèi)外溫差不得大于30℃，降溫速率保持在2℃/時(shí)。其次，模板施工。在驗(yàn)算模板的剛強(qiáng)度及穩(wěn)定性后，要進(jìn)行混凝土模板施工，再根據(jù)混凝土澆筑后的養(yǎng)護(hù)要求制定適用的養(yǎng)護(hù)策略。注意控制模板的拆模時(shí)間，要能夠滿足混凝土的強(qiáng)度等級(jí)要求；嚴(yán)格控制混凝土拆模溫度，保證內(nèi)外溫差不超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍。

四、水利工程中混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

1、混凝土裂縫的控制

在水利工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，裂縫控制是其重要控制內(nèi)容，在混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，除了要控制好混凝土的承載力以外，還要嚴(yán)格控制裂縫的出現(xiàn)，把裂縫控制在允許的范圍之內(nèi)。而裂縫的控制需要根據(jù)工程環(huán)境情況、荷載性質(zhì)、水壓力的變化情況等參數(shù)來確定。在現(xiàn)代水利工程中，裂縫的控制適合用于一些彎拉構(gòu)件方面，而水工建筑中一般使用非常規(guī)的桿件，所以要特別注意控制好混凝土的裂縫寬度。裂縫的設(shè)定一般根據(jù)鋼筋混凝土構(gòu)件的裂性評(píng)估進(jìn)行，根據(jù)其斷面作用力變化情況，制定裂紋開度標(biāo)準(zhǔn)。另外還要考慮在實(shí)際使用中，鋼筋與混凝土的極限狀態(tài)。

2、合理配置混凝土原料

混凝土的原料配置是保障混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵步驟，合理的配置混凝土原料，能有效的防止混凝土氣泡、孔洞、麻面的出現(xiàn)。首先為了防止氣泡的出現(xiàn)，在施工的過程中可以采用細(xì)度模數(shù)2.0—3.0范圍的天然砂或人工砂，嚴(yán)格按照混凝土配合比施工，合理控制外加劑的摻入量，做好混凝土的攤鋪、振搗等，每層的混凝土鋪設(shè)厚度控制在30-50cm范圍內(nèi)，振搗時(shí)注意緩慢拔出振搗幫，防止氣泡的生成；為了防止混凝土孔洞的出現(xiàn)，在進(jìn)行混凝土的攪拌時(shí)，要注意均勻攪拌，混凝土的和易性好，分層攤鋪，振搗均勻，模板支撐要牢固。如果出現(xiàn)孔洞，要及時(shí)將孔洞部分的松散物處理干凈，用細(xì)石混凝土填塞處理；對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)露筋現(xiàn)象的預(yù)防，在安裝鋼筋時(shí)要找準(zhǔn)位置，焊接牢固，混凝土的保護(hù)層墊塊要均勻牢固，禁止隨意搬動(dòng)、踩踏。如果出現(xiàn)露筋，要及時(shí)清除干凈外露鋼筋上的銹斑，抹平壓光，覆蓋養(yǎng)護(hù)，用澆灌技術(shù)把混凝土加厚處理。

3、圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)

在水利工程中，襯砌方式與布局的深度影響著混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣，在設(shè)計(jì)混凝土襯砌時(shí)需要注意圍巖承擔(dān)水壓力的能力。所以，混凝土的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，首先要解決圍巖水壓承載力問題。在圍巖結(jié)構(gòu)中，首先要確定其最小覆蓋厚度，如果圍巖厚度不足，容易造成事故的發(fā)生，導(dǎo)致工程大量滲水。最小厚度的測(cè)量要根據(jù)平緩地表面和陡坡地表面上臺(tái)準(zhǔn)則確定。圍巖只有具有足夠的承載力，才能采用不襯砌、限裂或非限裂混凝土襯砌的方法。

4、襯砌設(shè)計(jì)

襯砌方式的選擇要根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)需求與圍巖承載壓力進(jìn)行確定，在混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，襯砌的類型比較多，但從設(shè)計(jì)方面來說可以分為開裂襯砌與抗裂襯砌兩部分。根據(jù)具體的工程要求，比較分析不同的襯砌方案，選擇最為合適的方案進(jìn)行施工。選擇好襯砌方式以后，對(duì)鋼筋混凝土襯砌與圍巖聯(lián)合作用進(jìn)行模擬，形成一個(gè)二次應(yīng)力場(chǎng)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行鋼筋混凝土的支護(hù)，分析襯砌的變形、裂縫出現(xiàn)問題，進(jìn)行岔管襯砌布局，盡量減少襯砌的配筋量，以便使其更好的應(yīng)用于水利工程的建設(shè)中。

5、混凝土的溫度計(jì)算

現(xiàn)在很多水工建設(shè)中，都會(huì)有溫度裂縫的出現(xiàn)，現(xiàn)行的混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范中對(duì)這一點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)不是太具體，一些大體積的混凝土溫度計(jì)算問題是溫度場(chǎng)計(jì)算、應(yīng)力計(jì)算、混凝土抗裂性驗(yàn)算等。對(duì)于溫度場(chǎng)和應(yīng)力的計(jì)算一般采用限元、差分法求解，在進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算時(shí)，需要加入因?yàn)榛炷磷兓鸬膽?yīng)力松弛條件。對(duì)于彈性溫度應(yīng)力一般會(huì)折減35%。經(jīng)過優(yōu)化后的溫度計(jì)算已經(jīng)適合與不同工程徐變計(jì)算公式，而且在不同的配比下通過試驗(yàn)值與計(jì)算值比較松弛系數(shù)。

五、結(jié)束語

綜上所述，隨著水利工程建筑發(fā)展迅速，在施工過程中對(duì)混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是保證工程質(zhì)量的重要因素，直接影響著工程建筑的安全性、耐久性以及綜合性能的提高。所以在工程進(jìn)程中要特別注意混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的，選擇合適的混凝土原料，注意裂縫的防范設(shè)計(jì)，選擇合適的溫度計(jì)算公式，合理規(guī)劃水工建設(shè)，確保水利工程建設(shè)保質(zhì)保量的完成。

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