探析水利工程中混凝土结构的优化设计张继文

探析水利工程中混凝土结构的优化设计张继文

张继文

安徽华睿水利建设有限公司安徽省滁州市239082

摘要：水利工程中的混凝土结构设计占据重要的位置，所以，必须要提高设计人员的综合能力，并且不断优化设计方案。同时，也需要分析其中的不足之处，就像混凝土的配比问题以及混凝土的裂缝和渗漏等问题，都必须及时的进行解决，并制定详细的实施方案进而保证水利工程建设的质量。

关键词：水利工程；混凝土结构；优化设计

引言

在水利工程建设的过程当中，混凝土结构被广泛的应用于其中，为了提高水利工程整体的建设水平，需要大面积的去应用混凝土结构。混凝土的开裂会受周围温度的影响，对于建筑体系要不断的进行更新，有效地提高混凝土的强度。混凝土的成分中包含水泥，混凝土裂缝的产生，大多数都是由混凝土养护不当所造成的。

1水利工程混凝土结构设计的意义

水利工程通过修建堤坝、水闸、渡槽等水工建筑对水资源进行调控，通过这些水工建筑的兴建来预防或控制洪涝灾害和干旱灾害，满足社会生产和人民生活的需要。水利工程的规模比较大。工期比较长、施工技术难度比较高，一般来说在水利工程中需要应用混凝土结构。混凝土是指砂石、水泥、水按照一定比例进行混合配比，并以水泥为胶凝材料的建筑工程复合材料。混凝土与一定量的钢筋等构件进行配合使用，可以作为承重材料使用到各种建设工程项目中。由于混凝土结构具有良好的耐火性、耐久性、整体性，因此在大型建设工程项目中应用非常广泛，但混凝土结构在我国的水利工程项目中的应用时间比较短，应用经验比较少，尚有很多不足，因此研究如何对水利工程中的混凝土结构进行优化设计，对我国水利工程建设具有非常重要的理论意义和实践价值。

2水利工程中混凝土结构设计存在的问题

2.1混凝土材料配比不稳定

水泥、石和砂经过搅拌之后就得到了混凝土材料，混凝土由于材料配置比例的不同，也会出现使用性能的不同，这也是导致混凝土标号不同的原因之一。混凝土的开裂会受周围温度的影响，混凝土的裂缝问题大多数都是有温度而引起的，

在建筑的屋顶和墙体部位非常容易发生裂缝。混凝土的成分中包含水泥，水泥对于温度有较高的要求，水泥的水化热较高，当温度达到一定的范围之内，水泥的物理性质会急剧下降。尤其是在混凝土浇筑的过程中，水泥非常容易凝结和硬化，

进而就会产生大量的水化热量[1]。

2.2混凝土岔管设计不合理

地下网道布局是水利工程的重要环节，一般会采用一洞多机的布局方案，在这个环节当中，岔管必须要利用混凝土设计。如果要利用岔管设计来完成混凝土的布局，必须要使混凝土相关结构的设计要求达到一定的标准。对于建筑的一些指导细则要不断的进行完善，对于建筑体系要不断的进行更新。混凝土岔管设计需要相对应的承压能力，一般的工作人员是很难掌握的，需要专业的建筑设计师来进行计算。在计算的过程当中，需要结合周围复杂的建筑地形，结合相应的建筑设计软件，对混凝土设计所需的数据进行计算。

2.3混凝土衬砌易出现渗漏

混凝土的衬砌经常会出现渗透，渗透问题是混凝土结构设计中最突出的问题，同时也是最难解决的问题。渗透问题如果不能得到有效的解决，就会对渠道整体的结构造成影响，建筑之所以会出现渗透，主要是由于混凝土结构出现了裂缝。混凝土在浇筑完成之后，部分结构会受到外力的干扰，当外来因素作用于混凝土浇筑时，就会导致混凝土内部的作用力增加。一旦内部的混凝土压力增加，混凝土根据物理性质就会产生裂缝，不同性质的作用力会导致不同的混凝土裂缝，主要的可以分为直接裂缝和次应力裂缝。如果外力直接的作用与混凝土，产生的则是直接裂缝，如果外力通过间接的方式作用于混凝土，产生的则是次应力裂缝。

2.4前期准备不足

水利工程的技术含量比较高，相比建筑工程，水利工程的施工难度更大更复杂，在水利工程设计阶段，需要对工程所在地的地形地貌、水文地质条件、气候条件进行详细调查。在实际施工过程中，经常出现因为前期调查不细致而导致水利工程在施工过程中的各种质量问题。比如有的水利工程项目围岩应力比较大，围岩不稳定，加上岔管形态复杂，导致应力集中和衬砌开裂，破坏混凝土结构的稳定性。

3水利工程中混凝土结构优化设计

3.1加强对混凝土结构的裂缝控制

裂缝控制是水利工程混凝土结构设计的重要内容，混凝土结构既要控制好承载力，也要把裂缝控制在国家强制标准和设计标准允许的范围内，并根据荷载、压力变化等参数来确定。水利工程中经常使用非常规杆件，裂缝要根据构件的烈性进行评估，并考虑断面作用力的变化问题。根据工程实际情况选择不同的养护方法，创造适当的温度和湿度条件，保证混凝土正常硬化。不同的养护方式对混凝土性能的影响也不同，最为常见的施工养护方法就是自然养护，除此之外还有干湿热、红外线、蒸汽等多种养护方式，标准的养护时间为28d，湿度不低于95%，

在自然养护的过程中，可以重点加强对温度和湿度的控制，减少混凝土表面暴露时间，防止水分快速蒸发。控制混凝土的里表温差以及表面降温速度，最终达到控制混凝土结构质量，优化混凝土结构设计的目的。

3.2加强围岩结构稳定性的优化设计

衬砌的布局对于水利工程的混凝土结构质量具有重要影响，在进行混凝土衬砌设计时，要注意围岩能够承载的水压力。水利工程混凝土结构设计的优化，要重点解决围岩承载力问题，在设计过程中，用平缓地面和陡坡地面确定最小覆盖厚度，厚度不足容易引起工程渗水。

3.3加强衬砌的优化设计

衬砌可分为开裂和抗裂两种衬砌，要根据工程设计要求和围岩承载力来确定衬砌方式。通过对混凝土衬砌与围岩进行联合作用模拟，形成二次应力，并在此基础上进行钢筋混凝土的支护，把衬砌配筋量控制在合理的范围内，达到最佳支撑效果。通过分析变形与裂缝产生的原因，进行岔管衬砌的布置。

3.4加强混凝土的温度和湿度计算

对于水利工程中的大体积混凝土温度计算主要通过温度场、应力、抗裂性三个方面。一般运用限元法和差分法进行应力计算和温度场计算，而且在进行应力计算的过程中，要考虑混凝土变化而导致的应力松弛。不同配比的情况下需要进行试验值与计算值的比较。

3.5加强混凝土的养护工作

混凝土在进行浇筑完成之后，必须要进行养护工作，保证混凝土的稳固性和强度；并且，混凝土的结构强度直接会影响水利工程建设的使用年限。因此，必须要及时进行保养和维护；同时，需要定期的对混凝土结构进行清洗，一旦发现破损或者裂缝的情况，立即进行补修，以免遭受更大的损害。所以，后期的养护工作是非常关键的，它直接影响到混凝土的强度。

结束语

综上所述，水利工程对于周边居民的生产生活和生态环境有着非常重要的影响，混凝土结构在水利工程建设中发挥着重要作用，针对当前混凝土结构在水利工程建设中暴露的问题，在混凝土配比、裂缝控制、围岩稳定等方面进行设计优化，为实现高质量的水利工程奠定基础。

参考文献

[1]岳荣宾.水利工程中混凝土结构的优化设计[J].城市建设理论研究（电子版），2016（24）：91-92.

[2]董巍立.水利工程中混凝土结构的优化设计[J].智能城市，2016，2（06）：12+14.

[3]张志刚，邓钦.水利工程中混凝土结构的优化设计[J].珠江水运，2015（01）：84-85.

[4]刘荣钊.水利工程中优化加强混凝土结构的相关策略设计[J].黑龙江水利科技，2014，42（07）：140-142.