现阶段水工混凝土结构设计相关问题分析

【摘要】现代施工中，水利工程比重越来越大，水工建筑结构的设计在整个过程中非常重要，它的质量影响到整个工程的质量。水工混凝土结构主要用于保护水利设施，其结构设计直接影响到使用安全。现代水工混凝土结构建筑数量正在不断增多，在设计阶段面临着一些问题。文章结合水工混凝土结构的特点、材料以及裂缝、止水等相关的问题进行探讨，并针对这些问题提出一定的解决方案，通过监控达到有效提高水工混凝土结构质量的目的。

文章对水工混凝土结构设计中出现的问题进行系统总结，并就这些问题提出相应的解决措施。

【关键词】水工混凝土；结构设计；问题

1.水工混凝土结构具有以下5个特点：

①结构尺寸大，跨度相对较小。

②配筋率会小于一般的混凝土结构设计中的最小值，不过数量仍然很大。

③由于大体积的混凝土结构水泥水化热大，当外界有温度变化时，会发生一些温度裂缝，需要配置较多的温度钢筋。

④有的结构需要完全浸入水中，或者处于承压的状态，甚至冻融等，它的耐久性相对差一些。

⑤非杆件体系不利于进行极限强度理论配筋分析计算。

2.水工混凝土结构中原材料的选择

水工建筑物采用的都是碎石、泥沙、高强度水泥等有机融合的混凝土作为主要施工原材料。不同的混凝土其自身的性能也不一样，水工建筑要选用高强度的混凝土，在使用之前必须要经过科学的检验，如果混凝土的性能指数不能达到国家标准，也不能满足水工建筑工程的施工要求，那么水工混凝土结构的质量就无法得到有效的保障。

水工混凝土结构当中的主要原材料就是水泥，水泥有一个显著的特征就是会产生水化反应，具体表现为碎石灰中所含的有害物质严重超标，粘结性能难以达到预期的效果，降低了水工混凝土结构的强度以及刚度。实践证明，在水泥当中掺入适当数量的粉煤灰或者是早强剂都可以有效解决水化反应。此外，在原材料的配比过程当中，需要设计人员在设计的过程当中，反复计算，反复试验，得到最合理的配比数据以及配比方案。泥沙一般取自河里，含水量非常大，这时就必须要求将泥沙自然风干，或者是使用人工干炒法来使其干燥，同时，记录其含水量，作为制定配比方案的参数依据。

在混凝土的搅拌过程中，原材料的配比非常重要，这时需要质量管理人员根据现场需求对这一比例进行检验测试，符合实际要求的配比才是最适合的。对于砂子中的含水率可以采用现场干炒法来进行，根据得出的含水率及时对混凝土的配合比进行调整

3.水工混凝土结构设计的原则性

3.1水工混凝土结构设计的最大承载能力

水工混凝土结构的最大承载能力是指所用材料的强度以及刚度无法荷载巨大的破坏压力，以至于水工混凝土结构的内部钢筋构件发生严重的变形，无法达到承载要求。水工建筑一般是用作挡水以及蓄水的用途，在此情况下，由于庞大的水量会产生巨大的压迫力和冲击力，对水工混凝土结构的损害非常严重。因此，设计人员在设计的时候，要充分考虑到上述的情况，合理设置水工混凝土结构的最大荷载以及抗压能力参数，将受压破坏极限值作为设计根据，最大拉力必须低于应力限值，合理设定水工混凝土结构的应力约束极限状态，统筹兼顾结构中的所有不确定因素，科学计算水工混凝土结构的不连续点，争取杜绝裂缝的出现。3.2对裂缝进行有效的控制

由于混凝土结构自身的局限性，因此，在水工混凝土结构设计中非常容易出现裂缝，控制裂缝也是水工混凝土结构设计工作人员的重要任务之一。在我国的水工建筑相关的规章制度当中，对裂缝有着严格的控制标准，允许不危害水工混凝土结构整体安全性能以及使用性能的裂缝存在。但是，水工混凝土结构设计的工作人员必须要在科学理论的指导下，尽量杜绝裂缝的产生。这就要求设计人员结合当地的实际地理环境，包括地质、土壤、水文等内容，因地制宜，整合分析结构的荷载参数、水压的变化参数进行设计。与普通的建筑工程不一样，普通的建筑工程裂缝控制适用于一些标准拉弯构件上，而水工混凝土结构大部分采用的都是非常规的杆件，这种杆件的控制难度要比标准弯拉构件大得多。

设定裂缝必须要在对钢筋混凝土构件的裂性评估后下结论才能进行设定，参照断面作用力的实际变形情况产生的裂缝大小、长度等内容来制定相应的解决措施以及控制标准。在对裂缝的处理过程当中，必须要进行科学的计算，具体的计算公式如下：①当MkMcr，而M≤Mcrk，就要求Wcrk≤[Wcr]。③当M≤Wcr，就不用进行限裂验算。

4配筋率的问题

在水工混凝土结构设计过程当中，设计人员重点要考虑的问题有两个，第一个是上述的裂缝控制问题，第二个就是配筋率控制问题。目前，由于技术的限制，我国水工混凝土结构的最小配筋率问题一直难以得到有效的解决，缺乏具体的判断标准，也没有经过业内统一定义的准则。通常情况下，水工混凝土结构的构件尺寸与配筋数值成正比例，并且有大部分的理论都违背了Mcr=Mu的设计原则。实践证明，根据截面极限内力变化参数来配置，可以有效解决配筋率的问题。

5水闸设计问题

5.1侧墙的出水孔设计

混凝土结构的水工建筑物往往会出现渗水的现象，这在正常的范围之内。但是，为了有效地将渗水排出，设计人员在绘制设计图纸的时候，必须要注意在护坡上与单向的水流闸口下游的侧墙上设置排水孔，同时还要配备过滤装置。为了避免水工建筑物的侧面墙也出现渗水的现象，在侧墙要设置出水孔，避免上游的流水无法通过出水孔排出墙外而大量滞留，对水工建筑整体安全造成影响。

5.2消力池的出水孔设计

设置消力池出水孔可以有效降低水工建筑物底部的渗透压力。一般情况下，大量的水流出闸之后，首先流到消力池底板上，在强大的水压作用下，在陡坡的末端与底板的交接处会形成收缩水深，在动能大的地方设置出水孔，受低压强与高流速的双重作用，强大的水流会渐渐掏空消力池的地板，给建筑造成毁灭性的打击。因此，必须要在消力池的后半段垂直地设置出水孔，这样可以将渗透压力降到最低。

5.3止水伸缩缝

对于多空间的闸室底板需要沿着垂直水流的方向分段，设置沿水流方面的永久缝，这些是为了避免混凝土的干缩、地基沉降以及温度引起的裂缝等对水工混凝土结构的影响。

在水利建筑水闸工程中，止水伸缩缝会因为材料、设计的原因出现渗漏的问题，这大多数是由于施工引起的。所以在现场施工过程中，要对水泥渣、油渍进行清理干净，否则将会导致与混凝土的结合达不到要求，出现渗漏的问题。所以要将模板上的脱模剂安排在模板安全的前面，同时注意要在库外进行。

6结语

由于目前我国水工混凝土结构设计技术发展还不够完善，所以还面临着一些问题，只有把这些问题进行处理，综合考虑，才能提高安全性、耐久性。选择合适的混凝土原料，加强止水闸与裂缝的防范设计，提出安全监测，对于工程的使用都非常重要。随着工程技术的发展，会有更多的方法与途径可以解决目前在水工混凝土结构设计中的问题，相信在未来的工程应用中，水利工程将能够为国民经济的发展带来更大的效益，发挥出更大的能力。

参考文献：

[1]王建伟.不同规范的钢筋混凝土梁钢筋用量对比分析[J].人民黄河，2014，33（03）：93.

[2]马磊磊.基于光纤光栅传感的水工混凝土结构健康监控系统研究[D].郑州：郑州大学，2012.

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