水利工程中混凝土结构的优化设计

水利工程中混凝土结构的优化设计

杨知渝

陕西省水利电力勘测设计研究院

摘要：伴随着社会经济的蓬勃发展，我国的水利工程建设数量和施工规模越来越庞大，混凝土结构在水利工程中的设计应用愈发常见。混凝土结构成本较低、整体性高的优势使其成为水利工程建设的中流砥柱，关系着水利工程建设的质量安全。但不可忽略的是，由于混凝土结构设计难度大，在水利工程建设过程中也显露出一些问题。因此，如何优化设计水利工程中的混凝土结构，成为水利工程建筑设计人员面临的重要课题。

关键词：水利工程；混凝土结构；优化设计

引言

水利工程是通过修建堤坝、水闸、渡槽、溢洪道等水工建筑物，调控自然界的地表水和地下水资源，以防止洪涝干旱等自然灾害，满足社会生产生活的需要。由于水利工程规模大、工期长、技术难度高，所以在其建设中应用混凝土结构也就势在必行。混凝土是指以水泥为胶凝材料，以砂石为集料，与水等按比例混合搅拌形成的建筑工程复合材料。再以其作为承重材料，配以定量的钢筋、预应力筋等构件，则成为耐久耐火性好、整体灌注性高、广泛应用于大型工程建设中的混凝土结构。但我国混凝土结构应用于水利工程建设的时间较短、经验较少，尚未形成完善的优化设计方案。因此，探究水利工程中混凝土结构的优化设计，具有重要的理论和实践价值。

1水利工程混凝土结构设计意义

近年来，随着三峡大坝、南水北调等国家重要水利工程的建设完工，水利工程建设中的混凝土设计吸引着社会的广泛关注，显现出其独特的重要意义。

1.1提高工程质量

水利工程利及千秋万代，其工程质量至关重要。混凝土的粘聚性使混凝土结构的密度增大，结构性质趋于稳定；同时，混凝土抵抗重压、抻拉、弯剪等作用力的能力较强，不易变形，能够确保水利工程结构的稳定性。此外，混凝土结构相较于其他土木结构来讲，还有良好的耐久性和耐火性，可以抵御较长时间的外力侵蚀。因此，混凝土结构能够有效提高水利工程建设质量。

1.2降低施工难度

水利工程体量复杂且庞大，而且大多修建在地势起伏大、地形复杂的山区，普遍来讲施工难度较大。但混凝土结构设计的引入，则可有效改善这一状况。一方面，混凝土的可塑性极强，可以根据预先设定好的模型进行浇灌，从而弥补其他结构技术的精密性误差。另一方面，混凝土结构属于一次浇灌成型，操作简单快捷，极大降低了水利工程的施工难度。

1.3便于保养维护

延长水利工程的使用寿命必须依赖于健全的保养维护举措。传统的水利工程结构普遍难以进行保养维护，而混凝土结构则不然。例如，通过对混凝土结构进行定期清洁，可清晰发现结构表面的磨损、裂缝，即可进行及时修补，从而有效防止缺陷继续延展。便于保养维护的优势，使混凝土结构设计有力保障着水利工程使用安全。

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

混凝土并不是单一属性的施工材料，混凝土主要是由水泥、骨料、砂石等施工材料经过搅拌、凝结而形成的，所以，在施工的过程中，混凝土各种材料的搭配比例各不相同，这样就会导致混凝土的标号降低，在混凝土施工的时候，会使混凝土的表面出现麻面、气孔等问题，会给混凝土的结构带来非让严重的问题。例如，如果是在混凝土搅拌的过程中发现砂石材料的比例过高，就会导致混凝土在搅拌中因为骨料过于集而使拌合物出现离析以及混凝土料变干甚至硬化的情况，这样就会降低混凝土的牢固性。

2.2混凝土岔管设计不合理

在当前的水利工程中对于地下管网主要应用的是“一洞多机”的布局方案，然而对于岔管的设置当中对于混凝土的结构设计要求也是非常的高，同时现阶段还没形成较为完善以及实际的混凝土岔管设计准则。所以，施工人员就对混凝土岔管设计当中的承压能力很难了解，并且在较为复杂的地貌中以及计算当中，往往产生设计不合理的情况，以此为混凝土的结构安全造成一定的影响。

2.3混凝土衬砌易出现渗漏

目前，我国水利工程在建设施工的过程中，混凝土结构设计存在很明显的问题，也就是在混凝土衬砌时，因为设计不合理而出现渗漏的情况，非常不利于渠道工程的安全。总之，在进行衬砌施工的时候出现渗漏原因主要是混凝土结构出现裂缝，产生裂缝主要是由以下几点引起：1）混凝土模板在进行设计的时候存在不合理的情况；2）在通道施工的时候，通道位置选择的不到位，岩土工程上方出现沉降的时会对衬砌产生一定的压力，导致混凝土出现裂缝；3）混凝土施工原材料存在一定的质量问题；4）混凝土在运输以及搅拌的过程中，没有加强对混凝土的养护管理。

3水利工程中混凝土结构的优化设计方案

自古至今，我国的水利工程建设方法和技术一直处于不断地改进更新过程中，持续推动着水利工程事业的发展。随着时代进步和科技水平的提升，水利工程建设对混凝土结构设计的质量、安全、性能等提出了更高标准要求，因而混凝土结构应当加大优化设计力度，努力形成优质高效的混凝土结构设计方案。

3.1科学合理配比混凝土原料

在混凝土结构优化设计过程中，保证混凝土原料的科学合理配比是首要策略，不仅可以减少混凝土结构的麻面、孔洞等缺陷，还对控制裂缝、衬砌防渗等有明显的帮助作用。具体而言，细度模数在2.0-3.0之间的砂应当是水利工程中混凝土结构设计的首选材料，继而将单层混凝土铺设厚度控制在30-50厘米范围内，分层摊铺、捣振均匀，同时钢筋架构要校准位置、精确焊接，才可为混凝土结构设计的安全性和稳定性保驾护航。

3.2优化设计混凝土裂缝控制

水利工程的裂缝控制是混凝土结构优化设计的重要方面。要实现对结构裂缝控制的优化设计，设计人员一方面要结合工程运行环境、水文压力、地势压力等要素，综合考量混凝土结构的极限承载力，从而选用与之相匹配标号的钢筋和混凝土；另一方面，现代水利工程在弯拉构件方面的裂缝控制，要选择恰当的杆件，严格控制混凝土的裂缝宽度。

3.3优化设计混凝土围岩稳定

水利工程中混凝土结构的优化设计，要着力研究围岩的水压承载能力。因为只有围岩的水压承载能力强，才能够选用不衬砌或非限裂混凝土衬砌的方案，对降低工程成本、提高工程质量意义重大。因此，设计人员要根据平缓或陡坡地表面的相关准则，优先衡量围岩结构的最小覆盖厚度，并通过精测的测量和计算确定混凝土围岩稳定系数。

3.4优化设计混凝土衬砌防渗

混凝土结构设计中的衬砌类型非常多，主要可分为裂衬砌与非裂衬砌两大类。技术人员首先要根据围岩稳定程度选择科学合理的衬砌方案，而后对衬砌与围岩的承载力进行联合模拟。同时对钢筋混凝土进行支护、对岔管进行布局，预估渗透、裂缝等问题的出现概率，从而做出相当的技术设计调整，以致力于降低混凝土衬砌渗漏的出现几率。

结束语

综上所述，在水利工程中，对于混凝土材料的应用日益广泛，其质量控制内容成为了焦点内容，从目前实际情况来看，是存在一些问题，但是只要有针对性解决这些难问题，综合进行考虑，一定鞥能够选择合适的混凝土原料，对于工程的使用都有重要的意义。

参考文献

[1]徐洪强.水利工程混凝土质量问题与质量控制措施研究[J].黑龙江水利科技，2016，02：131-133.

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

[5]桑成虎.水利工程中混凝土结构的优化设计探微[J].建材与装饰，2017，05：271-272.

[6]李峥.水利与建筑工程混凝土结构设计规范受弯承载力分析比较[J].结构工程师，2009，06：51-55.

[7]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,2014,07:140-142.