水利工程中混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

石 圣

（中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311100）

水利工程是國家的基礎(chǔ)設(shè)施之一，能夠?yàn)榫用裉峁└颖憷纳顥l件，還能夠預(yù)防災(zāi)害的發(fā)生，水利工程的建設(shè)水平一定程度上反映了國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。因此，水利工程的建設(shè)，尤其是水工混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，非常有必要進(jìn)行深入的探討和具體分析，并應(yīng)用科學(xué)的方法提高水利工程的施工成效。

1 水利工程混凝土結(jié)構(gòu)概述

1.1 水利工程概述

水利工程作為利國利民的基礎(chǔ)性設(shè)施，通過對地表水和地下水的合理控制利用，實(shí)現(xiàn)防洪、灌溉、發(fā)電等便利生產(chǎn)的功能，其建設(shè)意義十分重大。但由于水利工程規(guī)模龐大、修建難度大、施工周期長、影響因素眾多，會(huì)給水利工程施工效率和施工質(zhì)量帶來不良影響。水利工程的主體結(jié)構(gòu)大多為混凝土鋼筋結(jié)構(gòu)，可以保障水利工程實(shí)際使用承載力及穩(wěn)定性，有效提高水利工程的建設(shè)質(zhì)量。水利工程混凝土結(jié)構(gòu)巨大，對設(shè)計(jì)要求高，十分考驗(yàn)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，為保障混凝土結(jié)構(gòu)達(dá)到承載使用標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)相對增加建造施工難度，因此，需要不斷優(yōu)化混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，降低施工難度的同時(shí)保障建設(shè)質(zhì)量[1]。

1.2 混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

水利工程中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)龐大，與其他建筑使用的混凝土結(jié)構(gòu)相比，跨度小、配筋率低，但數(shù)值較大。且大體積混凝土機(jī)構(gòu)在建造時(shí)，會(huì)受到外界的明顯影響，溫度變化等都會(huì)導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生質(zhì)量變化，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫等，影響工程實(shí)用性能和整體質(zhì)量。針對以上問題，不僅要在施工過程中合理控制，更要從設(shè)計(jì)源頭把控，將溫度鋼筋作為補(bǔ)充配置加入混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，避免溫度變化影響結(jié)構(gòu)質(zhì)量。同時(shí)，水利工程混凝土結(jié)構(gòu)還會(huì)因?yàn)榻佑|水面面積大而出現(xiàn)凍融情況，會(huì)相對縮短混凝土的使用壽命。諸如此類的問題較多，需要從設(shè)計(jì)、施工等多層面進(jìn)行改善，才能切實(shí)提高水利工程混凝土建設(shè)質(zhì)量，發(fā)揮水利工程的實(shí)用價(jià)值。

1.3 混凝土結(jié)構(gòu)的具體應(yīng)用

鑒于混凝土鋼筋結(jié)構(gòu)施工便捷、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在建筑領(lǐng)域優(yōu)勢明顯、應(yīng)用廣泛，水利工程中應(yīng)用概率也非常高，最具代表性的有長江三峽水利工程。但是隨著科技的發(fā)展進(jìn)步，建筑施工工藝水平提高，設(shè)備更新?lián)Q代，混凝土結(jié)構(gòu)的一些弊端也暴露無遺，無法切實(shí)滿足復(fù)雜地勢地形的建設(shè)穩(wěn)定需求，也不能降低裂縫等質(zhì)量發(fā)生概率，相對拉低了水利工程混凝土結(jié)構(gòu)的利用優(yōu)勢。因此，在進(jìn)行水利工程設(shè)計(jì)施工時(shí)，應(yīng)結(jié)合時(shí)代發(fā)展變化，不斷進(jìn)行理念更新及設(shè)計(jì)優(yōu)化，提高混凝土結(jié)構(gòu)的建設(shè)質(zhì)量，保障水利工程整體的建設(shè)質(zhì)量[2]。

2 優(yōu)化水利工程中混凝土結(jié)構(gòu)的意義

2.1 提高水利工程質(zhì)量

混凝土自身黏聚性較強(qiáng)的特性決定了混凝土結(jié)構(gòu)密度大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高的優(yōu)勢，也相對保障了結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度韌性，提高了結(jié)構(gòu)的抗拉伸、抗重壓能力，極大地降低了混凝土的結(jié)構(gòu)變形概率。而以往的木制結(jié)構(gòu)建筑則會(huì)受到風(fēng)沙、雨水侵蝕影響而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)受損、穩(wěn)定性變差等現(xiàn)象，不利于水利工程的長久運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，不斷采用混凝土結(jié)構(gòu)建造水利工程，并持續(xù)優(yōu)化混凝土結(jié)構(gòu)，能有效提高水利工程的建設(shè)質(zhì)量及延長其使用壽命。

2.2 降低工程施工難度

在水利工程建造初期，需要進(jìn)行修建選址，而為了避免占用民用區(qū)域，會(huì)選擇地勢相對較高的山區(qū)，盡可能減少水利工程的修建對民眾正常生活的影響，也能有效避免人為破壞。但正因?yàn)檫x址在地勢崎嶇不平的山區(qū)，建造難度會(huì)相比在地勢平坦的平原地區(qū)要高，應(yīng)用混凝土進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)和澆筑，不僅可以最大程度利用其可塑性，實(shí)現(xiàn)一次澆筑成型，還減少了材料運(yùn)輸?shù)穆闊瑴p少了施工工序，節(jié)約了施工，也相對降低了施工難度，為更好地開展水利工程建設(shè)提供便利。

2.3 便于后期維修保養(yǎng)

由于水利工程的建設(shè)意義重大且工程量大，一般都會(huì)格外注重水利工程的使用壽命，在保障建設(shè)質(zhì)量的同時(shí)也會(huì)相對重視后期維修保養(yǎng)工作的開展?？傊?，水利工程的主體龐大且與水面接觸面積廣，維修難度較高。而混凝土結(jié)構(gòu)建設(shè)的水利工程，可以相對降低維修難度，混凝土材質(zhì)不易被侵蝕且穩(wěn)定性強(qiáng)，定期進(jìn)行檢查維修并及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)，就能提高水利工程實(shí)用性能、延長使用壽命，實(shí)現(xiàn)水利工程的長久運(yùn)轉(zhuǎn)目標(biāo)。

3 水利工程中混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問題

3.1 材料配比不嚴(yán)謹(jǐn)

混凝土是由水泥、骨料、水和砂石等材料攪拌混合而成的，通過多種材料性能相結(jié)合，組成強(qiáng)度高、穩(wěn)定性強(qiáng)的混凝土材質(zhì)。但正由于混凝土材料復(fù)雜、數(shù)量種類多，調(diào)配混合時(shí)各材料的比重也不相同，如果配比出現(xiàn)誤差，水分過多或砂石過多都會(huì)導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)麻面、氣孔等各種各樣的問題，從而影響混凝土配比質(zhì)量，降低混凝土的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，影響工程建設(shè)質(zhì)量[3]。

3.2 岔管設(shè)計(jì)不科學(xué)

在水利工程建設(shè)時(shí)，我國會(huì)采取“一洞多機(jī)”的地下網(wǎng)管布設(shè)方法，這種方法對混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求高。而我國當(dāng)前的設(shè)計(jì)水平還不能滿足地下網(wǎng)管布設(shè)方法的要求，會(huì)影響岔管的設(shè)計(jì)水平，導(dǎo)致岔管承重能力不達(dá)標(biāo)，且地形復(fù)雜也會(huì)增加岔管設(shè)計(jì)難度，極大地影響水利工程的建設(shè)安全及質(zhì)量，進(jìn)而影響水利工程的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

3.3 襯砌滲漏現(xiàn)象

水利工程建造中常見的問題還有混凝土的襯砌滲漏問題，會(huì)極大地影響水利工程整體建設(shè)質(zhì)量。導(dǎo)致襯砌滲漏現(xiàn)象的原因很多，主要原因有混凝土模板設(shè)計(jì)不合理；通道位置設(shè)置不合理，導(dǎo)致通道沉降對襯砌產(chǎn)生壓力從而引發(fā)裂縫；混凝土配比不合理，導(dǎo)致材質(zhì)不符合標(biāo)準(zhǔn)；混凝土的攪拌及后期成型質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，導(dǎo)致后期投入使用存在安全隱患，從而出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，降低水利工程建設(shè)質(zhì)量[4]。

3.4 前期準(zhǔn)備不充分

水利工程作為大型建筑工程，工程復(fù)雜度高、建設(shè)地形復(fù)雜，對技術(shù)含量要求高。因此，在建設(shè)施工前，應(yīng)做好綜合考慮，全面掌握施工場地的地形特點(diǎn)、地貌特征，了解地質(zhì)條件并及時(shí)掌握氣候變化，將可能出現(xiàn)的隱患故障全面考慮，做好前期預(yù)防工作，以免出現(xiàn)問題而影響施工進(jìn)度和施工質(zhì)量，降低水利工程整體建設(shè)質(zhì)量。

4 優(yōu)化水利過程中混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的措施

4.1 提高混凝土質(zhì)量

水利工程建設(shè)質(zhì)量很大程度上由混凝土建設(shè)質(zhì)量決定，一旦混凝土出現(xiàn)裂縫就意味著混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。因此，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須綜合考量可能影響混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量的外在因素，如施工環(huán)境、地質(zhì)條件、水文特征等，全面考慮混凝土結(jié)構(gòu)承載能力，并將合適的鋼筋與混凝土材料標(biāo)注清晰，便于后期施工，嚴(yán)格控制混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低裂縫出現(xiàn)的概率，提高水利工程整體建設(shè)質(zhì)量[5]。

（1）保證原料質(zhì)量。要想提高混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量，保障水利工程的建設(shè)穩(wěn)定，就要控制好混凝土的質(zhì)量及混凝土原材料的質(zhì)量。因此，需要切實(shí)管控混凝土材料的選購，選用高品質(zhì)的材料，并嚴(yán)格控制材料配比，根據(jù)科學(xué)的配比率進(jìn)行調(diào)配，以提高混凝土的材質(zhì)質(zhì)量。并且對施工人員進(jìn)行指導(dǎo)，檢查混凝土材料質(zhì)量，確保符合要求后再投入施工，在保障混凝土質(zhì)量的基礎(chǔ)上保障工程整體質(zhì)量。

（2）防止溫差裂縫?；炷两Y(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫是由混凝土的水泥發(fā)熱引起的，因此，需要更改水泥材料，盡量選用發(fā)熱量較小的水泥，降低混凝土的內(nèi)外結(jié)構(gòu)溫差，避免裂縫產(chǎn)生。并且要結(jié)合實(shí)際施工情況，在溫度變化大的季節(jié)氣候內(nèi)，注重溫度控制，降低內(nèi)外溫差，及時(shí)補(bǔ)充水分，有效保障混凝土的結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

（3）防止干裂裂縫?；炷两Y(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫還有一部分原因是過于干裂，這就對混凝土的配制標(biāo)準(zhǔn)要求更加嚴(yán)格，應(yīng)選用高強(qiáng)度、小干縮值的原材料，適當(dāng)加入減水劑，合理控制水灰比例，充分保障混凝土的使用強(qiáng)度，有效避免干裂裂縫現(xiàn)象的發(fā)生。

4.2 強(qiáng)化圍巖結(jié)構(gòu)

水利工程的混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量還會(huì)受到襯砌結(jié)構(gòu)影響。由于襯砌結(jié)構(gòu)中的圍巖能分擔(dān)整個(gè)混凝土承載的重力，因此，可以通過不斷優(yōu)化圍巖結(jié)構(gòu)，不斷提高圍巖和整體混凝土結(jié)構(gòu)承載重力，保障襯砌結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，全面提高混凝土的結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

4.3 優(yōu)化襯砌設(shè)計(jì)

襯砌結(jié)構(gòu)作為混凝土結(jié)構(gòu)的重要組成部分，根據(jù)工程的具體要求和圍巖的承重能力，分為開裂和抗裂兩種結(jié)構(gòu)，這兩種類型發(fā)揮的作用不盡相同，但能相對降低混凝土裂縫情況的發(fā)生概率。在襯砌與圍巖結(jié)構(gòu)相結(jié)合時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行鋼筋混凝土加固，合理控制襯砌內(nèi)鋼筋比重，實(shí)現(xiàn)良好的支撐效果，保障混凝土結(jié)構(gòu)和水利工程整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4.4 做好基礎(chǔ)準(zhǔn)備

要想優(yōu)化混凝土結(jié)構(gòu)，就要在開展混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前，整理出完整的基礎(chǔ)資料，為科學(xué)合理的設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)，在真實(shí)數(shù)據(jù)的支持下減少設(shè)計(jì)失誤，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。同時(shí)，還要結(jié)合工程的建設(shè)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，合理考慮混凝土的結(jié)構(gòu)規(guī)模，并相對提出施工要求，合理監(jiān)督施工各項(xiàng)環(huán)節(jié)，以確保設(shè)計(jì)效果良好發(fā)揮，提高混凝土結(jié)構(gòu)建設(shè)質(zhì)量及水利工程整體質(zhì)量。

5 結(jié)束語

水利工程作為利國利民的基礎(chǔ)設(shè)施，為提高居民的生活質(zhì)量提供了極大的便利，是十分重要的工程設(shè)施，因此水利工程的質(zhì)量是不容忽視的存在。而對于水利工程重要結(jié)構(gòu)的混凝土結(jié)構(gòu)，需要采取有效措施進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，不斷提高混凝土結(jié)構(gòu)承載能力，提高混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，保障水利工程的建設(shè)質(zhì)量，充分發(fā)揮水利工程的建設(shè)意義，推動(dòng)建筑行業(yè)整體水平的提高。