Research on Optimization Design Strategy of Concrete Structure in Hydraulic Engineering
李朝辉 LI Zhao-hui
（精佳建设工程集团有限公司，重庆 400041）
（Jingjia Construction Engineering Group Co.，Ltd.，Chongqing 400041，China）
摘要：本文对水利工程中混凝土结构的优化设计有效方法进行论述，发现水利工程中混凝土结构需要优化的位置很多，如材料筹备、准备工作、岔管设计等方面，由于复杂的影响因素种类较多，且混凝土结构的覆盖范围较大，因此设计人员必须拥有超高的技术水准，结合实际对应出适宜的解决方法。
Abstract: This paper discusses the effective design method of concrete structure in hydraulic engineering. It is found that the concrete structure needs to be optimized in water conservancy projects, such as material preparation, preparation work, manifold design, etc. And the coverage of the concrete structure is large, so the designer must have a super high technical level, and the corresponding solution is combined with the actual situation.
关键词：水利工程；混凝土结构；优化设计；策略
Key words: hydraulic engineering；concrete structure；optimization design；strategy
中图分类号：TV33 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）23-0183-03
0 引言
随着时代的发展与进步，水利工程建设项目数量与日俱增，建设规模也在不断扩大，因此这些变化的存在给设计人员的工作提出了更多难题，尤其混凝土结构层面的设计，其结构的耐用性、持久性等方面指标存在不达标的情况，加上裂缝问题的影响，结构的设计方案合理性必须得到保证。
1 水利工程混凝土结构设计中存在的问题
1.1 水利工程混凝土材料配比不合理
水利工程混凝土材料使用中的配比方面比较容易出现问题，因此材料配比上的合理性直接影响着混凝土的质量，其中的孔洞、气泡、麻面等问题的出现大多是因为混凝土配比不够合理，不能让建筑工程的使用部位要求得到满足。一般情况下，混凝土结构主要由水泥、碎石、砂等基本材料构成。水泥的质量直接对混凝土的强度产生作用，因此原料的配比设计如果存在问题，那么执行搅拌环节时，就可能出现问题，如混凝土拌合物出现较为严重的离析，混凝土土料出现干硬问题等，最终可能导致入仓混凝土料或是骨料过于集中。混凝土摊铺料也可能出现摊铺的过厚、漏振等问题，此时混凝土结构就会比较容易出现孔洞、麻面等质量问题。
1.2 水热化、应力过于集中，出现裂缝
混凝土的结构中比较容易出现结构裂缝，而导致裂缝出现的原因是多种多样的，但是其中最为常见的两个原因是温度与应力。混凝土浇筑操作环节结束以后，需要给混凝土结构足够的养护时间，整个过程需要对大体积混凝土的温度进行水平维持，尽量不要出现温差过大的情况，导致混凝土结构的内外温差过大，形成裂缝，养护的温度最好控制在平均25℃左右。
结构应力也容易导致裂缝出现，混凝土结构中的某个部位如果受到的应力超出了结构的承受极限就可能导致裂缝。
1.3 岔管设计不够合理
水利工程建设中，混凝土结构设计中的岔管部分较为重要，同时拥有较大的难度，需要设计人员具备较强的技能素质，让结构的合理性得到满足。设计人员最好根据实际情况进行岔管的形式与材料进行确定，尽量可以通过人为设计减少后期开裂问题出现的概率，让岔管设计方法的作用可以全面发挥。但是需要注意的是混凝土结构的变形与受力特征还是会受到复杂的实际状况影响，因此，计算工作的精确度必须满足相应要求，同时注意对施工工期的监测与信息反馈工作监控，保证工程建设的质量水准可以满足实际需要。
2 水利工程中的混凝土结构优化设计路径
2.1 混凝土原料设计的科学配置
对混凝土原料进行的科学配置是保证工程建设的质量水平达到相应标准的重要因素之一，因此此项工作必须得到专业人员的重视。保障混凝土原料得到科学、合理配置，可以有效减少起泡、孔洞、麻面等问题的出现，不仅可以较少后期调整维护的操作，还可以节省大量的成本投入。当然预防这些问题出现的步骤也较为复杂，每个问题的预防都需对应不同的技术操作：
首先，预防气泡出现。施工技术人员需要选择细度模数在2.0-3.0范围之内的天然砂、人工砂，并根据混凝土的配合比进行剂量控制，并酌情控制外加剂的掺入量，让混凝土的摊铺、振捣等操作可以顺利展开；对于混凝土的摊铺厚度，也要进行科学控制，最好在30-50cm的范围之内，同时注意振捣时要将振捣帮缓慢的拔出，这些操作都可以有效避免气泡的出现，混凝土结构气泡示意图如图1所示。
其次，孔洞出现的预防策略。混凝土搅拌步骤比较容易出现孔洞，因此搅拌的均匀性一定要达到相应标准。混凝土的和易性较好，因此技术人员需要采用分层摊铺的方式开展工作，并保证振捣操作的均匀，并保证模板支撑操作的牢固性。如果发现不可避免的出现了孔洞，应对空洞部分的松散物进行处理，清除干净后可以使用细石混凝土进行填塞处理。再次是混凝土的露筋问题，在混凝土施工中也较为常见，处理的科学方法是首先要在安装钢筋的时候注重位置上的精确确定，然后保证焊接操作的质量，同时注意混凝土保护层垫快的均匀性、牢固性达到要求，防止出现位移、踩踏等情况，如果已经出现露筋的问题，那么要先对外露钢筋上的锈斑进行清理，配合抹平与压光措施，让钢筋获得更好的护理，然后全部准备工作落实好后，使用浇灌技术将混凝土进行加厚，图2为混凝土孔洞示意图。
2.2 混凝土裂缝的控
混凝土结构施工设计方案上裂缝是较为常见的问题，因此设计工作往往会对此部分内容进行重视，配合科学的预防与治理措施，控制裂缝数量与产生部位。首先，工作人员要在混凝土结构设计中对混凝土的承载力进行科学控制，防止出现裂缝。如果裂缝不可避免，那么也需要通过一定的方法，让裂缝的范围得到控制。一般情况下，可以根据工程施工的基础环境对荷载性质、水压力变化等因素科学操控。尤其是现代水利工程建设过程中，弯拉构件上的一些裂缝控制较为棘手，给控制工作的效果获取带来了很多的难度。例如一些水工建筑中的非常规杆件，尤其要对裂缝的宽度进行严格控制，裂缝的宽度设置可以根据混凝土构件的裂性评估进行设定，同时依据次构件的断面作用力变化指数对裂纹的开度进行标准设置。同时，需要注意的一点是在实际应用的过程中要对钢筋、混凝土的极限承受力进行测定，然后让裂缝的尺度控制更为专业、科学，保证裂缝不会对工程项目的主体结构产生影响，结构主体产生的裂缝形式如图3所示。
2.3 优化围岩结构的稳定性设计
衬砌方式与布局深度是影响混凝土结构的优劣的两个重要因素。在对混凝土衬砌进行设计时，要对围岩承担的水压力能力指标，尽量不要超出指标承受范围。混凝土的结构优化上应先要将围岩水压力承载问题进行处理，首先，让围岩结构中的最小覆盖厚度得到确定，因为围岩厚度如果不能达到标准的话，可能导致工程出现大量渗水问题的出现，最终导致出现安全事故。
其次，最小厚度的测量工作应依据平缓地表面与陡坡表面上台准则进行确定，如此可以让围岩的承载力得到保证，进而在采用不衬砌、限裂或非限裂混凝土衬砌的方法进行方案拟定时，可以获得较好的施工效果。
2.4 衬砌设计的优化
衬砌的技术方案选择上，必须要注意满足实际设计需求，同时对围岩承载压力进行重点考虑，科学确定。混凝土结构设计层面，衬砌方法可以有多种选择，但是如果直接从设计方面上看，可以直接将其分为开裂与抗裂衬砌两种，然后对水利工程的实际需求进行衬砌方案上科学选择，比较方案应用上的合理性。确定好衬砌方式以后，要对钢筋混凝土的衬砌与围岩之间产生的联合作用进行试验模拟，组织出一个二次应力场，并在这个基础上进行钢筋混凝土的二次应力场的支护，让衬砌操作中的变形、裂缝问题得到科学处理。然后要对衬砌的配筋量进行缩减，目的是可以在水利工程建设中获得更好的建设效果。
2.5 计算混凝土温度与湿度
水利工程建设中，温度裂缝较为常见，这些温度裂缝的出现影响可大可小，主要看其所处的位置。混凝土结构建设标准规范中对其进行的设定不够清晰，因此技术人员主要通过温度场计算、应力计算、混凝土抗裂性验算等方式对温度裂缝的影响力进行计算。温度场、应力计算等操作主要依靠采用限元、差分法求解等方法进行解析，同时在开展应力计算工作时，要注意加入混凝土变化过程中产生的应力松弛条件，保证计算的结果具备较强的可参考性。弹性温度应力折减的比例在35％左右。同时，需要注意的一点是经过优化后的温度计算与不同工程徐变计算公式的结果具备一致性，同时不同的配比下，试验值与计算值之间的比较松弛系数可以得到更为科学的确定。
从当前的水利工程建设现状上看，其发展的速度越来越快，加上水利工程建设项目的逐渐扩大，因此混凝土结构的设计优化工作对工程质量的保证作用逐渐增强，使用的范围也在逐渐扩大，故如果可以通过一定的方法对混凝土结构进行优化可让工程建设的效率得到增强，同时保证工程建设的质量水平达到相应水平。混凝土结构设计的优化中要对混凝土原料、裂缝预防设计、合适的温度计算公式确定等步骤进行重视，通过科学合理的规划，促进水利工程项目的建设发展不但前进。
3 结语
综上所述，在一些地形比较复杂的地区，混凝土的稳定性易受到影响，容易出现开裂，从而影响水利工程的建筑质量，故水利工程中混凝土结构的优化设计工作落实时必须秉承科学、严谨的原则，并根据工程项目建设的实际进行设计方案实施，尽量保证结构建设工作因为获得科学的设计方案加持，质量水平更高，并可以保证水利工程的寿命更长。
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