程微
福建省永川水利水电勘测设计院有限公司
摘要：作为水利设施保护重要环节，水工混凝土结构设计质量会对水利工程使用安全形成直接影响，因此各方极为重视该结构设计工作，并加大了对结构设计注意问题的研究力度。而本文也将以水工混凝土结构特点分析为切入点，对结构设计需要注意的若干问题展开全面论述。旨在提高水工混凝土结构设计水平，保证整体水利设施防护质量。
关键词：结构特点；水利工程；结构设计；水工混凝土
水工混凝土具有骨料颗粒径大、凝胶材料用量少以及强度等级要求较高等方面特征，在进行结构设计时，设计人员需要按照结构物及其所处环境等方面因素，确定混凝土结构设计目标以及设计重点，以确保在静水或流动水作用之下，结构可以有效抵抗侵蚀、冲刷以及冰冻等方面影响，能够对水利设施形成有效保护，以为水利工程稳定性运行提供可靠保障。
1.水工混凝土结构特点
水工混凝土结构具有以下几方面的特点：第一，骨料颗粒直径大。结构所用混凝土具有骨料颗粒直径大且占比较高等方面的特征，通常大体积施工混凝土骨料颗粒直径最大可以达到150毫米；第二，凝胶材料相对较少。若没有特殊要求，水工混凝土凝胶材料用量一般都控制在每立方米200kg左右，且会掺杂一些减水剂以及掺和料，以对混凝土水灰比以及和易性进行调整，进而达到控制水热化，降低水泥整体用量的目标；第三，处于潮湿环境。多数水工结构物都长期处于水环境之中，混凝土内拌和水含量相对较为充足，即便是在水泥水化作用下会消耗一部分的水分，也会因为其处于水环境之中而得到及时补给，所以混凝土会处于长期保持状态；第四，强度等级。由于部分混凝土会处于高速水流环境中，很容易会出现泥沙磨损以及空蚀问题，因此为保证整体结构使用质量，要求该部分混凝土强度等级要保证在C40（R400）或以上[1]。
2.水工混凝土结构设计需要注意的若干问题
2.1温湿度计算与安全控制方面
作为水工混凝土结构设计重要一环，温湿度计算对于整体工程施工有着极为重要的影响，可以有效避免因温湿度而造成的裂缝出现。由于目前行业内部温湿度计算规范还处于修订与完善过程中，所以计算人员要凭借自身工作经验完成温湿度计算工作。同时技术人员还可以借助相应公式，降低自身数据计算误差，以得到较为准确的温湿度计算结果[2]。此外要加强对结构设计中安全监管工作的注重力度，要明确水工建筑问题出现前往往存在着一些典型特征，相关人员可以通过严格的监督方式，在对数据进行采集与分析之后，明确工程是否存在问题，以便及时做好解决与应对方案，以达到理想化安全控制效果。
2.2结构设计基础方面
2.2.1结构极限
通常水工混凝土结构极限，可以分为正常使用以及承载能力两种状态。其中承载力极限状态指的是，由于结构出现变形而无法继续进行承载或结构材料强度远远高于最大破坏承载力，会对结构使用形成直接影响[3]。在运用水工建筑作为挡水结构过程中，要对其受破坏极限数值进行充分考量，并要将其融入到结构设计之中。同时要设置最低应力限制，要保证最大拉力能够保持在该数值之下，要对应力约束极限状态进行设置，以对混凝土不连续点进行科学设置，以降低裂缝产生的可能性。
2.2.2裂缝控制
图一不同情况下的裂缝验算示意图
裂缝控制也是水工混凝土结构设计重要内容，由于多数水利工程都对结构裂缝控制有明确要求，强调不仅要对承载力展开控制，同时还要通过合理手段，对裂缝产生概率进行有效控制。在进行裂缝控制过程中，需要对容许裂缝宽度进行明确，并要结合对现场水压力变化、潮湿环境以及荷载性质等参数，对整体设计进行综合评定。技术人员要对钢筋混凝土构件展开裂性评估，并要在对断面作用力影响进行明确的基础上，制定出相应控制标准，并要做好钢筋以及混凝土极限状态评估，以完成相应设计。图一为裂缝验算示意图。
2.3结构水闸设计问题
2.3.1消力池排水设计
消力池是水闸底部主要结构组成，该对该部分排水进行设计时，需要做好排水孔设计，以对底部压力进行有效分散，以对底部压力进行有效控制。同时要做好排水孔底层滤层铺设，以便在水流手闸后，可以将所有压力抵消在底板之上，以在陡坡末端形成水深，以对水流速度进行保证[4]。
2.3.2止水伸缩缝设计
由于多数空间隔板与其底板位置水流多以垂直分段为主，且会设置相应水流流向永久性裂缝，此种设计不仅可以有效降低混凝土干缩问题发生的可能性，同时还能减小温度裂缝以及地基沉降对混凝土结构所造成的影响。在水利工程，尤其是大型水利工程中，止水伸缩缝很容易会出现渗漏问题，而这一问题的产生原因多是因为施工操作不当所造成的，所以在进行止水伸缩缝设计时，需要对各项设计细节进行明确，并要做好设计交底工作，要配合相关人员做好该部分施工管理，以对各项施工操作进行有效规范。
2.4混凝土原料配置
原料配置与混凝土结构性能有着直接关联，科学化的原料配置方式，能够有效避免麻面、气泡以及孔洞等问题的产生。为避免孔洞出现，在对混凝土进行搅拌过程中，要对搅拌均匀性进行保证，并要对模板支撑实施加固处理，要在孔洞出现时，及时对孔洞松散部分展开处理，并运用细石完成混凝土填塞；而在对混凝土结构露筋问题进行控制时，要对钢筋安装位置进行明确，并要做好焊接加固，要保证混凝土保护层垫块牢固性以及均匀性，且要防止出现随意踩踏以及搬动的情况，并要在出现露筋时，及时对其进行抹平压光与覆盖养护处理，以从源头其对结构质量形成有效保护；为防止混凝土出现气泡，在进行配料时可以选择细度模数在2.0-3.0之间的人工砂与天然砂，并要严格根据混凝土配合比展开施工，并要对外加剂掺入量进行合理控制，且要做好振捣以及摊铺等处理，要确保每层混凝土铺设厚度都可以被控制在45厘米左右，应在振捣时缓慢拔出振捣设备，以降低气泡出现的可能性。
结束语
通过本文对水工混凝土结构设计相关内容的论述，使我们对该结构以及结构设计有了更加深入的认知。设计人员要明确认识到水工混凝土结构设计对于水利工程施工与运行的重要性，要在对混凝土结构特征进行明确的前提下，对基础设计以及原料配置等结构设计部分注意问题展开分析，并要按照分析结构及时对设计方案进行调整与优化，以提高整体水工混凝土结构设计水平，确保混凝土结构功能可以在水利工程中得到有效发挥。
参考文献
[1]王凤群.浅谈水工混凝土结构设计需要注意的几个问题[J].科技视界,2014(11):332-332.
[2]王进.水工混凝土结构设计若干问题探讨[J].房地产导刊,2015(5).
[3]施松华,季厅,施冬梅.水工混凝土结构设计若干问题探讨[J].工程技术:文摘版,2016(9):00042-00042.
[4]黄亮华.水工混凝土结构设计若干问题分析[J].城市建设理论研究:电子版,2015(15).
论文作者:程微
论文发表刊物:《防护工程》2018年第11期
论文发表时间:2018/10/12
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