水利工程中混凝土结构的优化设计策略分析

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　　摘 要：水利工程的建设简单来讲就是对水工建筑物的建设过程，水工建筑物的类型主要包括水闸、渡槽、溢洪道等几种，通过各种设施的相互配合和作用来实现对地表水的调度和控制。因此在水利工程中，为了避免洪涝干旱等灾害的出现，合理的结构设计就显得尤为重要。同时水利工程也是一项规模较大、建设工期长、工程质量和使用年限有着一定要求工程，在这个过程中混凝土的结构设计会直接影响到水利工程的施工进度和总体质量。其中混凝土结构的耐用性、持久性和设计的合理性等问题都是在水利工程中必须解决的，基于此，本文对水利工程中混凝土结构的优化设计策略展开了分析。
　　关键词：水利工程 混凝土结构 优化设计 策略分析
　　本文首先对水利工程的内容和结构要求进行了简单介绍，进而讲述了水利工程中混凝土的结构特点以及混凝土的结构应用。从实际案例进行分析发现在水利工程混凝土设计中存在的问题主要有材料问题、工程准备问题、设计问题和衬砌渗漏等问题。文章的最后部分再根据前文中罗列的种种问题给出有针对性的解决方案，以期总结出一个科学合理且全面的水利工程中混凝土结构的优化设计策略方案。要想控制水利工程的总体质量，对混凝土的设计不断进行优化，就需要从材料和技术入手，把握好设计和施工过程中的每一步，从而全面提升水利工程的工程质量。
　　1.水利工程的混凝土结构
　　1.1水利工程的内容和结构要求
　　水利工程建设的目的，是为了对水资源进行控制和保护，当洪涝和旱灾即将来临时及时调配地表水和地下水，以避免灾难的发生。水利工程的特点是建设施工的周期长、工程量巨大、工程规模涉足庞大，因此在水利工程的建设过程中往往会遇到许多的问题和困难。近些年来随着混凝土结构的发展，将混凝土结构应用在水利工程中为工程的建造提供了诸多便利，水利工程的质量也有了明显的提升。但目前来看，水利工程中混凝土结构的设计还没有达到很高的水平，其中仍存在一些问题需要研究人员在研究过程中有技术性的突破，才能更好地把控水利工程中的混凝土结构设计。
　　1.2水利工程中混凝土的结构特点
　　相较于其他工程中的混凝土结构，水利工程中的混凝土结构具有尺寸大、跨度小、数量多、配筋率取值较小等特点。从技术上来说，体积越大的水工混凝土结构，其水泥的热化比也较大，这也就意味着当外界的温度发生变化时，混凝土产生裂缝的几率也更大，因此在结构设计上就需要设置更多的温度钢筋。在水利工程中，不止有地表混凝土结构，还会有水下混凝土结构，在水下的混凝土长期浸泡在水中，水中的微生物和酸碱盐等会对其造成腐蚀，水中杂质的冲击也会对混凝土的结构造成冲击，因此水下混凝土的耐久性和寿命难以得到保障。我国水利工程中混凝土结构设计还不够完善的原因是在该工程中还有许多无法预算和预估的地方，在设计的过程中也就无法有针对性地对混凝土结构进行优化和改良处理，工程的质量也会大打折扣。
　　1.3混凝土的结构应用
　　在我国的许多大型水利工程中都有应用到混凝土结构，其中较为知名的就有三峡水电站和南水北调大工程。随着环境的改变和地形地貌的不同，水利工程的质量要求也越来越严格，混凝土结构的稳定性难以满足工程的需求和需要，尤其在一些地势复杂或环境恶劣的地区，混凝土结构设计的合理性更直接影响到整个工程的质量。为了保证水利工程的总体质量，就必须在发展的过程中不断对混凝土结构进行优化设计，让其在水利工程中发挥积极有效的作用。
　　2.水利工程混凝土设计中存在的主要问题
　　2.1混凝土材料问题
　　组成混凝土结构的材料一般包含有水泥、碎石、砂等，混凝土材料的配比问题对混凝土的质量有着直接的影响，配比不合理极易造成混凝土表面出现孔洞、麻面或气泡，混凝土的质量就无法得到保障。不合理的材料配比会使混凝土在搅拌过程中出现离析、干硬、摊铺过厚或漏震等情况，所生产出来的混凝土也不能满足工程的使用要求。
　　2.2工程建筑准备工作中的常见问题
　　水利工程的工程量大，需要注意的细节繁多，在正式施工前不仅要对水利工程建设的具体位置进行勘察和勘探，还要对地质条件、水文条件等各项内容都有全面的了解。在许多工程中，由于工作人员的准备工作不够细致，导致在设计不合理，在正式施工过程中也会出现许多问题而导致工程进行受阻。
　　2.3岔管设计不合理
　　岔管设计在水利工程混凝土结构的设计中是较为复杂的工程之一，不及设计难度比较大，施工技术的难度也比较高。在进行岔管设计时，首先要选择合适的岔管方式和材料，以避免后期岔管出现开裂或损坏现象。虽然目前在岔管的设计上有一套较为可行的通用方案，但每一个水利工程的特征、特点和要求都不一样，因此要想岔管的设计完全合理，还需要设计施工人员总结出一套因地制宜的岔管设计方案。
　　2.4衬砌渗漏问题
　　在水利工程中出现衬砌渗漏的问题十分普遍，造成渗漏问题最主要的原因通常是因为地基不稳定，在设计过程中也没有对地基进行加固处理，当工程实施到一定阶段时，混凝土就会因为渗漏问题出现裂缝，整个工程也会随着衬砌的发生出现塌陷。
　　3.水利工程中混凝土结构的优化设计策略
　　3.1混凝土裂缝控制
　　对混凝土的裂缝进行控制不仅要控制混凝土结构的承载能力，而是要在前期的准备阶段就开始全面了解水利工程的环境情况，包括水面的荷载性质和水压力等参数。水工混凝土的裂缝控制一般都要采用非常规的杆件，在进行构建的裂性评估之后，根据断面的情况来制定裂缝的宽度标准，在设计时选用承载力和极限能力满足要求的钢筋混凝土，保证在实际应用时设计方案合理，施工技术达标。
　　3.2合理配置混凝土原料
　　在配置混凝土原料之前，首先要选择符合施工要求的原材料，例如砂一般采用细度模数在2.0-3.0范围内的天然砂或人工砂，在按照施工要求标准设定好原材料配比值之后，要严格按照配比要求来增加其他原材料的剂量。在混凝土搅拌时要搅拌均匀，保证混凝土的易和性符合要求，防止搅拌过程中出现孔洞；在振捣过程中要注意节奏，缓慢拔出，振捣均匀，防止气泡的出现；在摊铺是一般将混凝土的厚度控制在30cm-50cm之间，且用分层摊铺的形式保证模板支撑的牢靠。
　　3.3围岩结构稳定性优化
　　要优化混凝土的结构，还要解决围岩所要承受的压力的问题，在这个过程中首先要确定一个合理的围岩的厚度，围岩的厚度太薄容易导致工程渗水或坍塌，围岩的承载力不够也无法对抗水压长期施加的压力，极易导致事故发生。因此在优化混凝土结构之前，一定要先优化围岩的结构稳定性。同时围岩的结构与衬砌的设计也是密不可分的，在下文中将介绍到衬砌设计的优化策略。
　　3.4衬砌设计的优化
　　在混凝土结构设计中，衬砌的类型和方式比较多，但要选择合适的衬砌方式，还需要在确定好围岩承载压力的参数之后，按照实际的设计需求選择科学合理的衬砌方式。在衬砌方式中最重要的两个部分分别是开裂衬砌和抗裂衬砌，选择好合适的衬砌方案之后，首先要用所选的方式进行模拟测试，保证在试验的过程中混凝土的支护能够发挥作用，且在压力的作用下衬砌不会出现变形或裂缝。要充分保证岔管衬砌的布局合理，在有质量保证和安全保证的前提下尽可能减少配筋量，从而保证钢筋混凝土衬砌和围岩的联合作用能够在水利工程的建设中发挥良好的作用。
　　混凝土在水利工程中的应用面积和范围十分广泛，这也是混凝土结构的质量会直接影响到水利工程整体建设水平的最大原因。在混凝土施工的过程中，不仅会受到自身材料、设计、施工的影响，还会周到周围环境和温度的影响。为了提高混凝土结构的强度，就需要不断对建筑体系的设计进行更新，以防出现裂缝或渗漏的现象。混凝土结构的优化设计涉及到的技术问题和施工问题覆盖了方方面面，也只有全面纵观全盘、随机应变，才能让水利工程的总体质量有所保障。
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