探微水利工程中混凝土结构的优化设计

　　1 水利工程中混凝土结构存在的问题
　　1.1 混凝土材料配比不稳定
　　混凝土并非是单一性质的材料，而是由水泥、砂、石等原料拌合胶凝而成。因此，材料配置比例的些许不同，就可能导致混凝土标号降低，在浇筑后则会使结构出现孔洞、气泡、麻面等不良现象，严重影响着混凝土结构的质量。例如，如果混凝土搅拌中砂石比例过高，则会因骨料集中而造成拌合物离折、混凝土料干硬，一定程度上降低了混凝土结构的牢固度。
　　1.2 混凝土衬砌易出现渗漏
　　我国水利工程建设中混凝土结构设计的突出问题之一，即是混凝土衬砌容易出现透漏，对渠道结构安全不利。总的来说，衬砌易渗漏是由于混凝土结构出现裂缝，主要由四方面原因所造成：①模板的设计布置存在偏差;②通道的位置处理不到位，上方岩土层沉降对衬砌产生巨大压力形成裂缝; ③则是混凝土原材料质量存在问题;④在搅拌、运输以及浇筑过程中对混凝土疏于养护。
　　1.3 水利工程施工中出现混凝土裂缝
　　温差方面的原因。混凝土凝固的过程中会发生水化热现象，而使混凝土内外部出现较大温差，进而出现混凝土裂缝现象。有诸多方面原因会导致混凝土内外部温差较大，比如施工过程中由于没有达到降温条件，使得混凝土内部温度比较高，而混凝土内部水分快速蒸发，这样混凝土内外部就会形成较大温差，进而出现裂缝。又比如，冬季施工的时候混凝土内部水温度相对比较低，进而形成一定渗透压力，导致混凝土出现裂缝。又比如，水利工程施工的过程中温度相对比较低，混凝土内部水结冰导致混凝土快速膨胀，最后导致混凝土裂缝。
　　外力失衡方面的原因。水利工程施工过程中如果混凝土侧面受力不均或者混凝土表面受力不均的话都会导致混凝土裂缝。因为水利工程项目比较大，这使得混凝土分析工作比较复杂，为此在实际施工之前一定要详细了解、分析整体建筑结构以及混凝土施工材料的受力情况。比如，水利工程施工中需要加固堤坝上层部分结构，这样会使堤坝下部分受力超重而导致混凝土表面受力不均。又比如，水坝、水库水流具有很大的流动性、单向性，这样会导致混凝土结构侧面出现受力不均的现象，而使混凝土发生裂缝。
　　凝固收缩以及干裂方面的原因。混凝土凝固的过程中出现的蒸发、散热等现象是导致混凝土体积收缩的重要原因，特别是体积比较大的混凝土，凝固中发生的蒸发、散热现象使混凝土会出现收缩，在外力作用下会形成相应的收缩压力，这种压力直接作用于混凝土上的话产生的压力强度比混凝土承受的极限强度还高，这样就会导致混凝土出现裂缝。同时，如果混凝土养护工作没有做到位，或者受到其他很多自然条件的限制会导致混凝土结构失水严重而降低混凝土抗压能力，使混凝土表面出现干裂现象。
　　2 水利工程中混凝土结构的优化设计方案
　　2.1 科学合理配比混凝土原料
　　在混凝土结构优化设计过程中，保证混凝土原料的科学合理配比是首要策略，不仅可以减少混凝土结构的麻面、孔洞等缺陷，还对控制裂缝、衬砌防渗等有明显的帮助作用。具体而言，细度模数在 2.0~3.0 之间的砂应当是水利工程中混凝土结构设计的首选材料，继而将单层混凝土铺设厚度控制在 30~50cm 范围内，分层摊铺、捣振均匀，同时钢筋架构要校准位置、精确焊接，才可为混凝土结构设计的安全性和稳定性保驾护航。
　　2.2 优化设计混凝土围岩稳定
　　水利工程中混凝土结构的优化设计，要着力研究围岩的水压承载能力。因为只有围岩的水压承载能力强，才能够选用不衬砌或非限裂混凝土衬砌的方案，对降低工程成本、提高工程质量意义重大。因此，设计人员要根据平缓或陡坡地表面的相关准则，优先衡量围岩结构的最小覆盖厚度，并通过精测的测量和计算确定混凝土围岩稳定系数。
　　2.3 优化设计混凝土衬砌防渗
　　混凝土结构设计中的衬砌类型非常多，主要可分为裂衬砌与非裂衬砌两大类。技术人员首先要根据围岩稳定程度选择科学合理的衬砌方案，而后对衬砌与围岩的承载力进行联合模拟。同时对钢筋混凝土进行支护、对岔管进行布局，预估渗透、裂缝等问题的出现概率，从而做出相当的技术设计调整，以致力于降低混凝土衬砌渗漏的出现几率。
　　2.4 混凝土裂缝控制
　　水利工程的裂缝控制是混凝土结构优化设计的重要方面。要实现对结构裂缝控制的优化设计，设计人员一方面要结合工程运行环境、水文压力、地势压力等要素，综合考量混凝土结构的极限承载力，从而选用与之相匹配标号的钢筋和混凝土;另一方面，现代水利工程在弯拉构件方面的裂缝控制，要选择恰当的杆件，严格控制混凝土的裂缝宽度。
　　2.4.1 确保施工原材料以及施工设备质量
　　混凝土原材料质量好坏会直接关系到水利工程施工质量，为此采购骨料、外加剂以及水泥等混凝土原材料的过程中，一定要严格控制施工原材料以及施工设备的质量，同时还应该合理设计混凝土配合比，从而有效确保混凝土质量及其性能。施工人员在水利施工之前一定要反复多次认真检查施工材料，选择最恰当的混凝土防治措施，有效保证施工质量。其次，施工人员在实际施工过程中一定要合理调整施工材料及施工设备，确保水利工程施工的顺利开展。
　　2.4.2 温差裂缝的防治措施
　　针对混凝土内部发热造成的温差基本上都是因为水泥发热导致的，因此材料采购人员选取水泥的过程中，一定要注意水泥发热量较小的水泥，进而减小混凝土温差。在夏季施工的过程中，一定要加强降温处理，尽可能减少混凝土内部水分蒸发，降低混凝土温差。浇筑混凝土的过程中，一定要严格注意混凝土浇筑时间，如果温度较高的话，浇筑混凝土的过程中可以适当添加一些冰水或者冰块，进而有效控制因为温度导致的混凝土温差。其次，浇筑混凝土的过程中应该薄薄的进行浇筑，这样有利于扩大混凝土散热面积，加快混凝土散热速度。施工过程中还可以将一些水管加入到混凝土内部，这样温度较高的情况下可以通过注入适量冷水促进混凝土更快散热，进而减小混凝土温差。冬季施工过程中，需要做好保暖、通风工作，尽可能减小混凝土内外部温差。
　　2.4.3 外力失衡防治措施
　　水利工程施工过程中为了有效避免外力失衡导致混凝土出现裂缝，施工人员一定要做好工程管理以及监督工作，全面、仔细考察施工现场的环境条件，然后采用恰当的技术手段加固、修复工程建筑。后期修复的过程中，如果裂缝比较小，只需要简单修复混凝土表面即可，如果裂缝比较严重，应该增加混凝土层或者水泥。工程准备阶段应该评测实际水利工程的施工条件及施工技术，加强技术监督以及管理，严谨、规范施工，进而确保水利工程质量。
　　2.4.4 收缩及干裂裂缝防治措施
　　为了有效防治收缩裂缝，选择混凝土材料的过程中一定要尽可能选择高强度、干缩值相对较小的施工材料。而且施工人员一定要合理控制水灰比，配置混凝土的过程中应该适当加入一些高效减水剂降低水灰比例，进而提高混凝土强度。假如施工条件比较恶劣，遇到风比较大或者温度比较高的情况应该采用相应的防风、遮阳等措施，进而确保不会破坏混凝土结构。拆除模板的过程中，一定要注意先后拆除顺序。其次应该做好混凝土保湿工作，尽可能减少混凝土水分蒸发。
　　2.4.5 养护措施
　　养护的目的在于创造适当的温湿条件，保证或者加速混凝土的正常硬化。不同的养护方法对混凝土的性能有着不同的影响。常见的方法有自然养护、蒸汽养护、干湿热养护、红外线养护、太阳能养护等等。在我国，有着规定的养护标准： Ⅰ级水平控制温度为(18 24)  ， Ⅱ级水平控制温度为(15 25)  ，养护时间为28d，湿度不低于 95%。在自然养护和蒸汽养护方面，我们可以重点加强混凝土的湿度与温度的控制，减少混凝土表面的暴露时间，防止表面的水分蒸发，不要将覆盖物直接接触到混凝土表面。
　　3 总结
　　总而言之，混凝土结构在水利工程建设领域发挥着愈来愈重要的作用，其设计应当得到不断优化。水利工程建设中混凝土结构的优化设计，须以当前所暴露出的问题为着力点，以混凝土合理配比为前提，从裂缝控制、围岩稳定以及衬砌防渗等方面进行全面优化，从而致力于实现水利工程建设的高质量、高效益，为推动水利工程发展奠定坚实的技术根基。