摘要:伴隨著社會經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展,我國的水利工程建設(shè)數(shù)量和施工規(guī)模越來越龐大,混凝土結(jié)構(gòu)在水利工程中的設(shè)計應(yīng)用愈發(fā)常見;炷两Y(jié)構(gòu)成本較低、整體性高的優(yōu)勢使其成為水利工程建設(shè)的中流砥柱,關(guān)系著水利工程建設(shè)的質(zhì)量安全。但不可忽略的是,由于混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計難度大,在水利工程建設(shè)過程中也顯露出一些問題。因此,如何優(yōu)化設(shè)計水利工程中的混凝土結(jié)構(gòu),成為水利工程建筑設(shè)計人員面臨的重要課題。本文將從水利工程中應(yīng)用混凝土結(jié)構(gòu)的瓶頸問題入手,結(jié)合其應(yīng)用的重要意義,提出水利工程中混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方案,力爭為新形勢下的水利工程建設(shè)提供有益參考。

關(guān)鍵詞:水利工程;混凝土;結(jié)構(gòu)設(shè)計;優(yōu)化策略

引言:

水利工程是通過修建堤壩、水閘、渡槽、溢洪道等水工建筑物,調(diào)控自然界的地表水和地下水資源,以防止洪澇干旱等自然災(zāi)害,滿足社會生產(chǎn)生活的需要。由于水利工程規(guī)模大、工期長、技術(shù)難度高,所以在其建設(shè)中應(yīng)用混凝土結(jié)構(gòu)也就勢在必行;炷潦侵敢运酁槟z凝材料,以砂石為集料,與水等按比例混合攪拌形成的建筑工程復(fù)合材料。再以其作為承重材料,配以定量的鋼筋、預(yù)應(yīng)力筋等構(gòu)件,則成為耐久耐火性好、整體灌注性高、廣泛應(yīng)用于大型工程建設(shè)中的混凝土結(jié)構(gòu)。但我國混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用于水利工程建設(shè)的時間較短、經(jīng)驗較少,尚未形成完善的優(yōu)化設(shè)計方案。因此,探究水利工程中混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計,具有重要的理論和實踐價值。

一、水利工程中混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計存在的問題

水利工程中的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項高難度的復(fù)雜技術(shù),并且由于水利工程施工地點的地形地勢復(fù)雜,加之混凝土本身成分的復(fù)雜狀況,導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計施工難度驟然加大。也正因如此,我國水利工程混凝土結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計水平相較于發(fā)達國家而言,仍有較大差距,逐漸顯露出根源于技術(shù)水平疲軟的諸多問題。

(一)混凝土材料配比不穩(wěn)定

混凝土并非是單一性質(zhì)的材料,而是由水泥、砂、石等原料拌合膠凝而成。因此,材料配置比例的些許不同,就可能導(dǎo)致混凝土標號降低,在澆筑后則會使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)孔洞、氣泡、麻面等不良現(xiàn)象,嚴重影響著混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。例如,如果混凝土攪拌中砂石比例過高,則會因骨料集中而造成拌合物離折、混凝土料干硬,一定程度上降低了混凝土結(jié)構(gòu)的牢固度。

(二)混凝土岔管設(shè)計不合理

現(xiàn)代水利工程常在地下網(wǎng)道中采用“一洞多機”的布局方案,這就需要利用混凝土岔管設(shè)計來完成。但是岔管對混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計施工的技術(shù)水平要求較高,并且目前沒有形成完善的、具體的混凝土岔管設(shè)計指導(dǎo)細則。因此,工作人員難以掌握混凝土岔管結(jié)構(gòu)設(shè)計的承壓能力,在復(fù)雜的地形和計算影響下,常常出現(xiàn)設(shè)計不合理現(xiàn)象,為混凝土結(jié)構(gòu)安全埋下隱患。

(三)混凝土襯砌易出現(xiàn)滲漏

我國水利工程建設(shè)中混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的突出問題之一,即是混凝土襯砌容易出現(xiàn)透漏,對渠道結(jié)構(gòu)安全不利?偟膩碚f,襯砌易滲漏是由于混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫,主要由四方面原因所造成。一是模板的設(shè)計布置存在偏差;二是通道的位置處理不到位,上方巖土層沉降對襯砌產(chǎn)生巨大壓力形成裂縫;三則是混凝土原材料質(zhì)量存在問題;四是在攪拌、運輸以及澆筑過程中對混凝土疏于養(yǎng)護。

(四)建筑的準備過程不精細

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計過程存在的另一大問題,即是人員配合不力,建設(shè)前期準備不精細。這主要表現(xiàn)在兩方面,一方面,工作人員在前期準備過程中沒有對施工區(qū)域的地形地勢、水文狀況等進行細致考察,沒有明確預(yù)計施工難度,不僅可能導(dǎo)致設(shè)計誤差,還會延緩施工進程;另一方面,水利工程建設(shè)中的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,有賴于設(shè)計人員、施工人員的通力配合。但是混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計人員與具體施工人員之間沒有形成及時、高效的溝通機制,容易造成設(shè)計與施工的脫節(jié)。

二、水利工程中混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要意義

近年來,隨著三峽大壩、南水北調(diào)等國家重要水利工程的建設(shè)完工,水利工程建設(shè)中的混凝土設(shè)計吸引著社會的廣泛關(guān)注,顯現(xiàn)出其獨特的重要意義。

(一)提高工程質(zhì)量

水利工程利及千秋萬代,其工程質(zhì)量至關(guān)重要;炷恋恼尘坌允够炷两Y(jié)構(gòu)的密度增大,結(jié)構(gòu)性質(zhì)趨于穩(wěn)定;同時,混凝土抵抗重壓、抻拉、彎剪等作用力的能力較強,不易變形,能夠確保水利工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。此外,混凝土結(jié)構(gòu)相較于其他土木結(jié)構(gòu)來講,還有良好的耐久性和耐火性,可以抵御較長時間的外力侵蝕。因此,混凝土結(jié)構(gòu)能夠有效提高水利工程建設(shè)質(zhì)量。

(二)降低施工難度

水利工程體量復(fù)雜且龐大,而且大多修建在地勢起伏大、地形復(fù)雜的山區(qū),普遍來講施工難度較大。但混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的引入,則可有效改善這一狀況。一方面,混凝土的可塑性極強,可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的模型進行澆灌,從而彌補其他結(jié)構(gòu)技術(shù)的精密性誤差。另一方面,混凝土結(jié)構(gòu)屬于一次澆灌成型,操作簡單快捷,極大降低了水利工程的施工難度。

(三)便于保養(yǎng)維護

延長水利工程的使用壽命必須依賴于健全的保養(yǎng)維護舉措。傳統(tǒng)的水利工程結(jié)構(gòu)普遍難以進行保養(yǎng)維護,而混凝土結(jié)構(gòu)則不然。例如,通過對混凝土結(jié)構(gòu)進行定期清潔,可清晰發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)表面的磨損、裂縫,即可進行及時修補,從而有效防止缺陷繼續(xù)延展。便于保養(yǎng)維護的優(yōu)勢,使混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計有力保障著水利工程使用安全。

三、水利工程中混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方案

自古至今,我國的水利工程建設(shè)方法和技術(shù)一直處于不斷地改進更新過程中,持續(xù)推動著水利工程事業(yè)的發(fā)展。隨著時代進步和科技水平的提升,水利工程建設(shè)對混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量、安全、性能等提出了更高標準要求,因而混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)當加大優(yōu)化設(shè)計力度,努力形成優(yōu)質(zhì)高效的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。

(一)科學合理配比混凝土原料

在混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計過程中,保證混凝土原料的科學合理配比是首要策略,不僅可以減少混凝土結(jié)構(gòu)的麻面、孔洞等缺陷,還對控制裂縫、襯砌防滲等有明顯的幫助作用。具體而言,細度模數(shù)在2.0-3.0之間的砂應(yīng)當是水利工程中混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的首選材料,繼而將單層混凝土鋪設(shè)厚度控制在30-50厘米范圍內(nèi),分層攤鋪、搗振均勻,同時鋼筋架構(gòu)要校準位置、精確焊接,才可為混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性和穩(wěn)定性保駕護航。

(二)優(yōu)化設(shè)計混凝土裂縫控制

水利工程的裂縫控制是混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的重要方面。要實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)裂縫控制的優(yōu)化設(shè)計,設(shè)計人員一方面要結(jié)合工程運行環(huán)境、水文壓力、地勢壓力等要素,綜合考量混凝土結(jié)構(gòu)的極限承載力,從而選用與之相匹配標號的鋼筋和混凝土;另一方面,現(xiàn)代水利工程在彎拉構(gòu)件方面的裂縫控制,要選擇恰當?shù)臈U件,嚴格控制混凝土的裂縫寬度。

(三)優(yōu)化設(shè)計混凝土圍巖穩(wěn)定

水利工程中混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計,要著力研究圍巖的水壓承載能力。因為只有圍巖的水壓承載能力強,才能夠選用不襯砌或非限裂混凝土襯砌的方案,對降低工程成本、提高工程質(zhì)量意義重大。因此,設(shè)計人員要根據(jù)平緩或陡坡地表面的相關(guān)準則,優(yōu)先衡量圍巖結(jié)構(gòu)的最小覆蓋厚度,并通過精測的測量和計算確定混凝土圍巖穩(wěn)定系數(shù)。

(四)優(yōu)化設(shè)計混凝土襯砌防滲

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中的襯砌類型非常多,主要可分為裂襯砌與非裂襯砌兩大類。技術(shù)人員首先要根據(jù)圍巖穩(wěn)定程度選擇科學合理的襯砌方案,而后對襯砌與圍巖的承載力進行聯(lián)合模擬。同時對鋼筋混凝土進行支護、對岔管進行布局,預(yù)估滲透、裂縫等問題的出現(xiàn)概率,從而做出相當?shù)募夹g(shù)設(shè)計調(diào)整,以致力于降低混凝土襯砌滲漏的出現(xiàn)幾率。

四、總結(jié)

總而言之,混凝土結(jié)構(gòu)在水利工程建設(shè)領(lǐng)域發(fā)揮著愈來愈重要的作用,其設(shè)計應(yīng)當?shù)玫讲粩鄡?yōu)化。水利工程建設(shè)中混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計,須以當前所暴露出的問題為著力點,以混凝土合理配比為前提,從裂縫控制、圍巖穩(wěn)定以及襯砌防滲等方面進行全面優(yōu)化,從而致力于實現(xiàn)水利工程建設(shè)的高質(zhì)量、高效益,為推動水利工程發(fā)展奠定堅實的技術(shù)根基。

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