水利工程中混凝土結構的優化設計策略分析

陳尚橋

摘 要：水利工程的建設簡單來講就是對水工建筑物的建設過程，水工建筑物的類型主要包括水閘、渡槽、溢洪道等幾種，通過各種設施的相互配合和作用來實現對地表水的調度和控制。因此在水利工程中，為了避免洪澇干旱等災害的出現，合理的結構設計就顯得尤為重要。同時水利工程也是一項規模較大、建設工期長、工程質量和使用年限有著一定要求工程，在這個過程中混凝土的結構設計會直接影響到水利工程的施工進度和總體質量。其中混凝土結構的耐用性、持久性和設計的合理性等問題都是在水利工程中必須解決的，基于此，本文對水利工程中混凝土結構的優化設計策略展開了分析。

關鍵詞：水利工程 混凝土結構 優化設計 策略分析

本文首先對水利工程的內容和結構要求進行了簡單介紹，進而講述了水利工程中混凝土的結構特點以及混凝土的結構應用。從實際案例進行分析發現在水利工程混凝土設計中存在的問題主要有材料問題、工程準備問題、設計問題和襯砌滲漏等問題。文章的最后部分再根據前文中羅列的種種問題給出有針對性的解決方案，以期總結出一個科學合理且全面的水利工程中混凝土結構的優化設計策略方案。要想控制水利工程的總體質量，對混凝土的設計不斷進行優化，就需要從材料和技術入手，把握好設計和施工過程中的每一步，從而全面提升水利工程的工程質量。

1.水利工程的混凝土結構

1.1水利工程的內容和結構要求

水利工程建設的目的，是為了對水資源進行控制和保護，當洪澇和旱災即將來臨時及時調配地表水和地下水，以避免災難的發生。水利工程的特點是建設施工的周期長、工程量巨大、工程規模涉足龐大，因此在水利工程的建設過程中往往會遇到許多的問題和困難。近些年來隨著混凝土結構的發展，將混凝土結構應用在水利工程中為工程的建造提供了諸多便利，水利工程的質量也有了明顯的提升。但目前來看，水利工程中混凝土結構的設計還沒有達到很高的水平，其中仍存在一些問題需要研究人員在研究過程中有技術性的突破，才能更好地把控水利工程中的混凝土結構設計。

1.2水利工程中混凝土的結構特點

相較于其他工程中的混凝土結構，水利工程中的混凝土結構具有尺寸大、跨度小、數量多、配筋率取值較小等特點。從技術上來說，體積越大的水工混凝土結構，其水泥的熱化比也較大，這也就意味著當外界的溫度發生變化時，混凝土產生裂縫的幾率也更大，因此在結構設計上就需要設置更多的溫度鋼筋。在水利工程中，不止有地表混凝土結構，還會有水下混凝土結構，在水下的混凝土長期浸泡在水中，水中的微生物和酸堿鹽等會對其造成腐蝕，水中雜質的沖擊也會對混凝土的結構造成沖擊，因此水下混凝土的耐久性和壽命難以得到保障。我國水利工程中混凝土結構設計還不夠完善的原因是在該工程中還有許多無法預算和預估的地方，在設計的過程中也就無法有針對性地對混凝土結構進行優化和改良處理，工程的質量也會大打折扣。

1.3混凝土的結構應用

在我國的許多大型水利工程中都有應用到混凝土結構，其中較為知名的就有三峽水電站和南水北調大工程。隨著環境的改變和地形地貌的不同，水利工程的質量要求也越來越嚴格，混凝土結構的穩定性難以滿足工程的需求和需要，尤其在一些地勢復雜或環境惡劣的地區，混凝土結構設計的合理性更直接影響到整個工程的質量。為了保證水利工程的總體質量，就必須在發展的過程中不斷對混凝土結構進行優化設計，讓其在水利工程中發揮積極有效的作用。

2.水利工程混凝土設計中存在的主要問題

2.1混凝土材料問題

組成混凝土結構的材料一般包含有水泥、碎石、砂等，混凝土材料的配比問題對混凝土的質量有著直接的影響，配比不合理極易造成混凝土表面出現孔洞、麻面或氣泡，混凝土的質量就無法得到保障。不合理的材料配比會使混凝土在攪拌過程中出現離析、干硬、攤鋪過厚或漏震等情況，所生產出來的混凝土也不能滿足工程的使用要求。

2.2工程建筑準備工作中的常見問題

水利工程的工程量大，需要注意的細節繁多，在正式施工前不僅要對水利工程建設的具體位置進行勘察和勘探，還要對地質條件、水文條件等各項內容都有全面的了解。在許多工程中，由于工作人員的準備工作不夠細致，導致在設計不合理，在正式施工過程中也會出現許多問題而導致工程進行受阻。

2.3岔管設計不合理

岔管設計在水利工程混凝土結構的設計中是較為復雜的工程之一，不及設計難度比較大，施工技術的難度也比較高。在進行岔管設計時，首先要選擇合適的岔管方式和材料，以避免后期岔管出現開裂或損壞現象。雖然目前在岔管的設計上有一套較為可行的通用方案，但每一個水利工程的特征、特點和要求都不一樣，因此要想岔管的設計完全合理，還需要設計施工人員總結出一套因地制宜的岔管設計方案。

2.4襯砌滲漏問題

在水利工程中出現襯砌滲漏的問題十分普遍，造成滲漏問題最主要的原因通常是因為地基不穩定，在設計過程中也沒有對地基進行加固處理，當工程實施到一定階段時，混凝土就會因為滲漏問題出現裂縫，整個工程也會隨著襯砌的發生出現塌陷。

3.水利工程中混凝土結構的優化設計策略

3.1混凝土裂縫控制

對混凝土的裂縫進行控制不僅要控制混凝土結構的承載能力，而是要在前期的準備階段就開始全面了解水利工程的環境情況，包括水面的荷載性質和水壓力等參數。水工混凝土的裂縫控制一般都要采用非常規的桿件，在進行構建的裂性評估之后，根據斷面的情況來制定裂縫的寬度標準，在設計時選用承載力和極限能力滿足要求的鋼筋混凝土，保證在實際應用時設計方案合理，施工技術達標。

3.2合理配置混凝土原料

在配置混凝土原料之前，首先要選擇符合施工要求的原材料，例如砂一般采用細度模數在2.0-3.0范圍內的天然砂或人工砂，在按照施工要求標準設定好原材料配比值之后，要嚴格按照配比要求來增加其他原材料的劑量。在混凝土攪拌時要攪拌均勻，保證混凝土的易和性符合要求，防止攪拌過程中出現孔洞；在振搗過程中要注意節奏，緩慢拔出，振搗均勻，防止氣泡的出現；在攤鋪是一般將混凝土的厚度控制在30cm-50cm之間，且用分層攤鋪的形式保證模板支撐的牢靠。

3.3圍巖結構穩定性優化

要優化混凝土的結構，還要解決圍巖所要承受的壓力的問題，在這個過程中首先要確定一個合理的圍巖的厚度，圍巖的厚度太薄容易導致工程滲水或坍塌，圍巖的承載力不夠也無法對抗水壓長期施加的壓力，極易導致事故發生。因此在優化混凝土結構之前，一定要先優化圍巖的結構穩定性。同時圍巖的結構與襯砌的設計也是密不可分的，在下文中將介紹到襯砌設計的優化策略。

3.4襯砌設計的優化

在混凝土結構設計中，襯砌的類型和方式比較多，但要選擇合適的襯砌方式，還需要在確定好圍巖承載壓力的參數之后，按照實際的設計需求選擇科學合理的襯砌方式。在襯砌方式中最重要的兩個部分分別是開裂襯砌和抗裂襯砌，選擇好合適的襯砌方案之后，首先要用所選的方式進行模擬測試，保證在試驗的過程中混凝土的支護能夠發揮作用，且在壓力的作用下襯砌不會出現變形或裂縫。要充分保證岔管襯砌的布局合理，在有質量保證和安全保證的前提下盡可能減少配筋量，從而保證鋼筋混凝土襯砌和圍巖的聯合作用能夠在水利工程的建設中發揮良好的作用。

混凝土在水利工程中的應用面積和范圍十分廣泛，這也是混凝土結構的質量會直接影響到水利工程整體建設水平的最大原因。在混凝土施工的過程中，不僅會受到自身材料、設計、施工的影響，還會周到周圍環境和溫度的影響。為了提高混凝土結構的強度，就需要不斷對建筑體系的設計進行更新，以防出現裂縫或滲漏的現象。混凝土結構的優化設計涉及到的技術問題和施工問題覆蓋了方方面面，也只有全面縱觀全盤、隨機應變，才能讓水利工程的總體質量有所保障。

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