關(guān)于水利工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究

肖勇

【摘要】通過對(duì)我國(guó)現(xiàn)階段的大多數(shù)水利工程進(jìn)行分析能夠發(fā)現(xiàn)，目前我國(guó)的水利工程主要以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主，這種結(jié)構(gòu)中的防滲功能和荷載承重都由混凝土結(jié)構(gòu)來(lái)完成，因此混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)水利工程建筑物來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。本文主要探究了水利工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以供參考。

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

引言

水利工程建筑物的設(shè)計(jì)是在水利工程目標(biāo)制定之后隨之產(chǎn)生的一系列預(yù)算和方案，這些方案的優(yōu)劣性對(duì)工程建筑物的質(zhì)量和效益產(chǎn)生較為直接的影響。水工建筑多是用于容納水及調(diào)節(jié)水的一些設(shè)施，首先要有好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，才能更好的完成項(xiàng)目施工、驗(yàn)收。但在水工混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)階段還存在著一定的問題，比如耐久性差、適用性不佳等問題，這些問題的存在嚴(yán)重影響到了生產(chǎn)的正常進(jìn)行，因此提高質(zhì)量勢(shì)在必行。

一、水利工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概述

針對(duì)傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以強(qiáng)度設(shè)計(jì)為主的特點(diǎn)，水工混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅要注重結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)，還需要更多的考慮建筑結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期使用過程中由于水下環(huán)境作用引起的結(jié)構(gòu)材料腐蝕對(duì)結(jié)構(gòu)性能與適應(yīng)性的影響，應(yīng)盡可能通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)使用期限。水工混凝土建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格按照現(xiàn)行的有關(guān)國(guó)家、地區(qū)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定執(zhí)行，充分考慮建筑結(jié)構(gòu)在正常使用階段結(jié)構(gòu)構(gòu)件的相關(guān)檢測(cè)和維護(hù)過程。在進(jìn)行水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)預(yù)留足夠的工作面為后續(xù)工作工作提供可實(shí)施性。值得指出的是，水工混凝土結(jié)構(gòu)在使用過程中遭受病害是不可避免的，只是應(yīng)將其程度降低到最低水平。因此，在設(shè)計(jì)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)，在考慮材料受環(huán)境侵蝕和老化對(duì)性能產(chǎn)生的影響后，還仍然要確保結(jié)構(gòu)和構(gòu)件存有足夠的安全性和整體穩(wěn)定性。

二、水利工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、混凝土材料的選擇及檢驗(yàn)

混凝土結(jié)構(gòu)的主要材料包括有碎石、砂、水泥、外加劑等。在確保水工混凝土結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，選用相應(yīng)的混凝土原材料前，一定要對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)檢驗(yàn)，只有所有的技術(shù)性能指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求才能采用；當(dāng)碎石骨料中含有過量有害物質(zhì)時(shí)，則會(huì)影響水泥的水化反應(yīng)，降低混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度，減弱骨料與水泥膠體的粘結(jié)。

在混凝土攪拌施工過程中，還要求質(zhì)量控制管理人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的結(jié)果及時(shí)對(duì)原材料的配比進(jìn)行調(diào)整。如在現(xiàn)場(chǎng)采用干炒法快速確定砂子的含水率，并及時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的含水率及時(shí)調(diào)整混凝土配合比中的實(shí)際用水量和集料配比。

2、混凝土現(xiàn)場(chǎng)配合比的確定

水工結(jié)構(gòu)作為國(guó)家基礎(chǔ)建設(shè)中重要的組成部分，針對(duì)其特殊使用功能的設(shè)計(jì)，也將成為水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)功能正常實(shí)現(xiàn)的保障?；诠δ艿慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以安全一經(jīng)濟(jì)為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，安全性是指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)功能在使用過程中能夠正常運(yùn)行的可靠程度；結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性是考慮結(jié)構(gòu)在整個(gè)功能使用期間的所有費(fèi)用和損失之和。

影響混凝土原材料配合比變化而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度變化過大的主要因素是細(xì)骨料砂子含水率、含泥量的變化和碎石含粉量的影響：第一，混凝土原材料施工配合比的換算。在混凝土攪拌拌現(xiàn)場(chǎng)，各級(jí)碎石骨料中普遍含有一定量的超粒徑顆粒，而且骨料的含水量通常都會(huì)比飽和面干狀態(tài)要高的多。因此，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)骨料的粒徑變化范圍及砂石表面的實(shí)際含水量，將試驗(yàn)配合比換算為混凝土現(xiàn)場(chǎng)施工配合比。第二，混凝土施工配合比調(diào)整。由于混凝土施工易受現(xiàn)場(chǎng)其余條件的影響，根據(jù)混凝土在試驗(yàn)室里確定的設(shè)計(jì)配合比配置的混凝土，其和易性難于實(shí)際施工條件完全適合，其現(xiàn)場(chǎng)塌落度也會(huì)隨之改變。為確保水工建筑結(jié)構(gòu)的混凝土和易性并滿足現(xiàn)場(chǎng)施工條件的要求，在保持水灰比不變的條件下，應(yīng)對(duì)混凝土含水率及其用水量進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

3、混凝土結(jié)構(gòu)極限

水工混凝土的結(jié)構(gòu)極限可以分為承載能力與正常使用兩種極限狀態(tài)。水工混凝土的承載力極限狀態(tài)是指結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度超過了破壞的最大承載力，或由于變形嚴(yán)重而導(dǎo)致的不能繼續(xù)承載。在使用水工建筑作為擋水結(jié)構(gòu)時(shí)，要將受壓破壞極限值來(lái)作為設(shè)計(jì)根據(jù)。設(shè)定最低的應(yīng)力限值，使最大的拉力要低于此值。所以在水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要確定好應(yīng)力約束極限狀態(tài)，來(lái)測(cè)定混凝土的不連續(xù)點(diǎn)，減少裂縫的產(chǎn)生。

4、混凝土裂縫控制

裂縫控制是水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)。水利工程中，多數(shù)結(jié)構(gòu)都是受裂縫要求控制，而不只是承載力的控制。要通過一些辦法來(lái)減少裂縫的出現(xiàn)。要確定出容許裂縫的寬度，要根據(jù)當(dāng)?shù)氐某睗癍h(huán)境、荷載性質(zhì)以及水壓力的變化等參數(shù)來(lái)進(jìn)行確定，綜合考慮。一般而言，不同的安全等級(jí)的水工建筑，耐久性指標(biāo)也會(huì)不同?，F(xiàn)代工程中，裂縫的控制適用于一些標(biāo)準(zhǔn)彎拉構(gòu)件上，在水工建筑結(jié)構(gòu)中多數(shù)使用的是非常規(guī)的桿件，所以如何控制好裂縫的寬度是水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)與要點(diǎn)。對(duì)裂縫的設(shè)定要根據(jù)鋼筋混凝土構(gòu)件的裂性評(píng)估后結(jié)論，根據(jù)斷面的作用力變形情況所導(dǎo)致的裂紋開度制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。另外，要注意在實(shí)際的使用中，混凝土與鋼筋的極限狀態(tài)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

對(duì)于重要的工程而言，由于現(xiàn)行的規(guī)范中限裂驗(yàn)算的可靠性不高，所以需要根據(jù)不同情況進(jìn)行處理雙保證的問題：①如M≤Mcr，則不必再進(jìn)行限裂驗(yàn)算；②如M >Mcr，而M≤ Mcrk，則要求Wcrk≤[Wcr]；③如Mk < Mcrk，則要求Wcrk≤[Wcr]。

以上不帶K 的為設(shè)計(jì)值，Wcr為抗裂彎矩。

5、混凝土結(jié)構(gòu)變形控制

混凝土結(jié)構(gòu)及構(gòu)件產(chǎn)生裂縫是水工建筑中常有的質(zhì)量通病，在混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中，可以在以下幾個(gè)方面進(jìn)行預(yù)防控制：

（1）水工建筑物的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)造應(yīng)設(shè)計(jì)合理，在保證結(jié)構(gòu)整體性滿足要求的前提下，應(yīng)合理設(shè)置相應(yīng)的變形縫；在結(jié)構(gòu)受力分析計(jì)算時(shí)，應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的斷面設(shè)計(jì)驗(yàn)算，正常使用階段的應(yīng)力情況，抗裂驗(yàn)算、超載、維修施工驗(yàn)算。

（2）控制原材料、半成品的質(zhì)量。確保使用水泥的安定性滿足要求，砂石級(jí)配良好，砂、石的含泥土、石灰比例應(yīng)控制在允許的范圍內(nèi)；混凝土配合比應(yīng)通過相應(yīng)的配合比試驗(yàn)確定，并根據(jù)相應(yīng)的骨料條件進(jìn)行換算、調(diào)整；應(yīng)結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境溫度變化情況采用水化熱適當(dāng)?shù)乃喈a(chǎn)品。

（3）水工混凝土澆筑施工，應(yīng)按一定順序進(jìn)行分區(qū)、分段、分層進(jìn)行，澆筑和振搗方法要妥當(dāng)，澆注速度勻速；振搗施工要確保混凝土充分密實(shí)，保持插入式振搗器與模板的最小距離，防止模板過度變形甚至出現(xiàn)漏漿的現(xiàn)象；混凝土澆筑完成后應(yīng)及時(shí)合理養(yǎng)護(hù)；制定高溫、雨季、低溫等特殊環(huán)境的混凝土施工專項(xiàng)方案。

（4）注意水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)的地基在施工期間發(fā)生較大變形，以及環(huán)境濕度急劇變化產(chǎn)生的不利影響，做好大體積混凝土澆筑時(shí)的溫控措施。

三、結(jié)束語(yǔ)

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。只有不斷地對(duì)水利工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行深入的研究和探索，才能夠不斷的滿足日新月異的工程目標(biāo)需求，保證工程的順利進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]危朝揚(yáng).水工建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵問題探討[J].河南建材，2013（03）：121-122.

[2]王建偉.不同規(guī)范的鋼筋混凝土梁鋼筋用量對(duì)比分析[J].人民黃河，2014，33（03）：93-95.

[3]賈明川.水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)若干問題探討[J].內(nèi)蒙古水利，2014（04）：15-16.