关于水利工程混凝土结构设计的研究

肖勇

【摘要】通过对我国现阶段的大多数水利工程进行分析能够发现，目前我国的水利工程主要以钢筋混凝土结构为主，这种结构中的防渗功能和荷载承重都由混凝土结构来完成，因此混凝土结构的设计对水利工程建筑物来说至关重要。本文主要探究了水利工程混凝土结构设计要点，以供参考。

【关键词】水利工程；混凝土；结构设计

引言

水利工程建筑物的设计是在水利工程目标制定之后随之产生的一系列预算和方案，这些方案的优劣性对工程建筑物的质量和效益产生较为直接的影响。水工建筑多是用于容纳水及调节水的一些设施，首先要有好的结构设计，才能更好的完成项目施工、验收。但在水工混凝土结构的设计阶段还存在着一定的问题，比如耐久性差、适用性不佳等问题，这些问题的存在严重影响到了生产的正常进行，因此提高质量势在必行。

一、水利工程混凝土结构设计的概述

针对传统的混凝土结构设计以强度设计为主的特点，水工混凝土建筑结构设计不仅要注重结构强度设计，还需要更多的考虑建筑结构在长期使用过程中由于水下环境作用引起的结构材料腐蚀对结构性能与适应性的影响，应尽可能通过合理的结构设计来延长结构使用期限。水工混凝土建筑结构的设计应严格按照现行的有关国家、地区及行业标准和规定执行，充分考虑建筑结构在正常使用阶段结构构件的相关检测和维护过程。在进行水工混凝土结构设计时，应预留足够的工作面为后续工作工作提供可实施性。值得指出的是，水工混凝土结构在使用过程中遭受病害是不可避免的，只是应将其程度降低到最低水平。因此，在设计混凝土结构构件时，在考虑材料受环境侵蚀和老化对性能产生的影响后，还仍然要确保结构和构件存有足够的安全性和整体稳定性。

二、水利工程混凝土结构设计要点

1、混凝土材料的选择及检验

混凝土结构的主要材料包括有碎石、砂、水泥、外加剂等。在确保水工混凝土结构的施工质量，选用相应的混凝土原材料前，一定要对其进行试验检验，只有所有的技术性能指标均满足设计和规范要求才能采用；当碎石骨料中含有过量有害物质时，则会影响水泥的水化反应，降低混凝土构件的强度，减弱骨料与水泥胶体的粘结。

在混凝土搅拌施工过程中，还要求质量控制管理人员根据现场测定的结果及时对原材料的配比进行调整。如在现场采用干炒法快速确定砂子的含水率，并及时根据现场测定的含水率及时调整混凝土配合比中的实际用水量和集料配比。

2、混凝土现场配合比的确定

水工结构作为国家基础建设中重要的组成部分，针对其特殊使用功能的设计，也将成为水工结构设计功能正常实现的保障。基于功能的结构设计以安全一经济为评价标准，安全性是指结构设计功能在使用过程中能够正常运行的可靠程度；结构经济性是考虑结构在整个功能使用期间的所有费用和损失之和。

影响混凝土原材料配合比变化而导致混凝土结构强度变化过大的主要因素是细骨料砂子含水率、含泥量的变化和碎石含粉量的影响：第一，混凝土原材料施工配合比的换算。在混凝土搅拌拌现场，各级碎石骨料中普遍含有一定量的超粒径颗粒，而且骨料的含水量通常都会比饱和面干状态要高的多。因此，应根据现场实测骨料的粒径变化范围及砂石表面的实际含水量，将试验配合比换算为混凝土现场施工配合比。第二，混凝土施工配合比调整。由于混凝土施工易受现场其余条件的影响，根据混凝土在试验室里确定的设计配合比配置的混凝土，其和易性难于实际施工条件完全适合，其现场塌落度也会随之改变。为确保水工建筑结构的混凝土和易性并满足现场施工条件的要求，在保持水灰比不变的条件下，应对混凝土含水率及其用水量进行相应的调整。

3、混凝土结构极限

水工混凝土的结构极限可以分为承载能力与正常使用两种极限状态。水工混凝土的承载力极限状态是指结构材料强度超过了破坏的最大承载力，或由于变形严重而导致的不能继续承载。在使用水工建筑作为挡水结构时，要将受压破坏极限值来作为设计根据。设定最低的应力限值，使最大的拉力要低于此值。所以在水工混凝土结构设计中要确定好应力约束极限状态，来测定混凝土的不连续点，减少裂缝的产生。

4、混凝土裂缝控制

裂缝控制是水工混凝土结构设计中的重要环节。水利工程中，多数结构都是受裂缝要求控制，而不只是承载力的控制。要通过一些办法来减少裂缝的出现。要确定出容许裂缝的宽度，要根据当地的潮湿环境、荷载性质以及水压力的变化等参数来进行确定，综合考虑。一般而言，不同的安全等级的水工建筑，耐久性指标也会不同。现代工程中，裂缝的控制适用于一些标准弯拉构件上，在水工建筑结构中多数使用的是非常规的杆件，所以如何控制好裂缝的宽度是水工混凝土结构设计中的难点与要点。对裂缝的设定要根据钢筋混凝土构件的裂性评估后结论，根据断面的作用力变形情况所导致的裂纹开度制定相应的标准。另外，要注意在实际的使用中，混凝土与钢筋的极限状态来进行设计。

对于重要的工程而言，由于现行的规范中限裂验算的可靠性不高，所以需要根据不同情况进行处理双保证的问题：①如M≤Mcr，则不必再进行限裂验算；②如M >Mcr，而M≤ Mcrk，则要求Wcrk≤[Wcr]；③如Mk < Mcrk，则要求Wcrk≤[Wcr]。

以上不带K 的为设计值，Wcr为抗裂弯矩。

5、混凝土结构变形控制

混凝土结构及构件产生裂缝是水工建筑中常有的质量通病，在混凝土结构施工过程中，可以在以下几个方面进行预防控制：

（1）水工建筑物的混凝土结构构造应设计合理，在保证结构整体性满足要求的前提下，应合理设置相应的变形缝；在结构受力分析计算时，应进行相应的断面设计验算，正常使用阶段的应力情况，抗裂验算、超载、维修施工验算。

（2）控制原材料、半成品的质量。确保使用水泥的安定性满足要求，砂石级配良好，砂、石的含泥土、石灰比例应控制在允许的范围内；混凝土配合比应通过相应的配合比试验确定，并根据相应的骨料条件进行换算、调整；应结合施工现场的环境温度变化情况采用水化热适当的水泥产品。

（3）水工混凝土浇筑施工，应按一定顺序进行分区、分段、分层进行，浇筑和振捣方法要妥当，浇注速度匀速；振捣施工要确保混凝土充分密实，保持插入式振捣器与模板的最小距离，防止模板过度变形甚至出现漏浆的现象；混凝土澆筑完成后应及时合理养护；制定高温、雨季、低温等特殊环境的混凝土施工专项方案。

（4）注意水工建筑混凝土结构的地基在施工期间发生较大变形，以及环境湿度急剧变化产生的不利影响，做好大体积混凝土浇筑时的温控措施。

三、结束语

综上所述，随着水利工程建筑发展迅速，在施工过程中对混凝土的结构设计是保证工程质量的重要因素，直接影响着工程建筑的安全性、耐久性以及综合性能的提高。所以在工程进程中要特别注意混凝土结构设计的，选择合适的混凝土原料，注意裂缝的防范设计，选择合适的温度计算公式，合理规划水工建设，确保水利工程建设保质保量的完成。只有不断地对水利工程混凝土结构设计进行深入的研究和探索，才能够不断的满足日新月异的工程目标需求，保证工程的顺利进行。

参考文献：

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