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?；炷僚c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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(jù)荷載、壓力變化等參數(shù)來確定。水利工程中經常使用非常規(guī)桿件，裂縫要根據(jù)構件的烈性進行評估，并考慮斷面作用力的變化問題。根據(jù)工程實際情況選擇不同的養(yǎng)護方法，創(chuàng)造適當?shù)臏囟群蜐穸葪l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)?？刂苹炷恋睦锉頊夭钜约氨砻娼禍厮俣龋罱K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?；炷恋暮鸵仔?，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(jù)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(lián)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(xiàn)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(xiàn)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.