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探微水利工程中混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計論文
1 水利工程中混凝土結(jié)構(gòu)存在的問題
1.1 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。
1.2 混凝土襯砌易出現(xiàn)滲漏
我國水利工程建設中混凝土結(jié)構(gòu)設計的突出問題之一，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。總的來說，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：①模板的設計布置存在偏差;②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; ③則是混凝土原材料質(zhì)量存在問題;④在攪拌、運輸以及澆筑過程中對混凝土疏于養(yǎng)護。
1.3 水利工程施工中出現(xiàn)混凝土裂縫
溫差方面的原因。混凝土凝固的過程中會發(fā)生水化熱現(xiàn)象，而使混凝土內(nèi)外部出現(xiàn)較大溫差，進而出現(xiàn)混凝土裂縫現(xiàn)象。有諸多方面原因會導致混凝土內(nèi)外部溫差較大，比如施工過程中由于沒有達到降溫條件，使得混凝土內(nèi)部溫度比較高，而混凝土內(nèi)部水分快速蒸發(fā)，這樣混凝土內(nèi)外部就會形成較大溫差，進而出現(xiàn)裂縫。又比如，冬季施工的時候混凝土內(nèi)部水溫度相對比較低，進而形成一定滲透壓力，導致混凝土出現(xiàn)裂縫。又比如，水利工程施工的過程中溫度相對比較低，混凝土內(nèi)部水結(jié)冰導致混凝土快速膨脹，最后導致混凝土裂縫。
外力失衡方面的原因。水利工程施工過程中如果混凝土側(cè)面受力不均或者混凝土表面受力不均的話都會導致混凝土裂縫。因為水利工程項目比較大，這使得混凝土分析工作比較復雜，為此在實際施工之前一定要詳細了解、分析整體建筑結(jié)構(gòu)以及混凝土施工材料的受力情況。比如，水利工程施工中需要加固堤壩上層部分結(jié)構(gòu)，這樣會使堤壩下部分受力超重而導致混凝土表面受力不均。又比如，水壩、水庫水流具有很大的流動性、單向性，這樣會導致混凝土結(jié)構(gòu)側(cè)面出現(xiàn)受力不均的現(xiàn)象，而使混凝土發(fā)生裂縫。
凝固收縮以及干裂方面的原因�；炷聊痰倪^程中出現(xiàn)的蒸發(fā)、散熱等現(xiàn)象是導致混凝土體積收縮的重要原因，特別是體積比較大的混凝土，凝固中發(fā)生的蒸發(fā)、散熱現(xiàn)象使混凝土會出現(xiàn)收縮，在外力作用下會形成相應的收縮壓力，這種壓力直接作用于混凝土上的話產(chǎn)生的壓力強度比混凝土承受的極限強度還高，這樣就會導致混凝土出現(xiàn)裂縫。同時，如果混凝土養(yǎng)護工作沒有做到位，或者受到其他很多自然條件的限制會導致混凝土結(jié)構(gòu)失水嚴重而降低混凝土抗壓能力，使混凝土表面出現(xiàn)干裂現(xiàn)象。
2 水利工程中混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計方案
2.1 科學合理配比混凝土原料
在混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計過程中，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 之間的砂應當是水利工程中混凝土結(jié)構(gòu)設計的首選材料，繼而將單層混凝土鋪設厚度控制在 30~50cm 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)設計的安全性和穩(wěn)定性保駕護航。
2.2 優(yōu)化設計混凝土圍巖穩(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)。
2.3 優(yōu)化設計混凝土襯砌防滲
混凝土結(jié)構(gòu)設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)設計調(diào)整，以致力于降低混凝土襯砌滲漏的出現(xiàn)幾率。
2.4 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)化設計的重要方面。要實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)裂縫控制的優(yōu)化設計，設計人員一方面要結(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。
2.4.1 確保施工原材料以及施工設備質(zhì)量
混凝土原材料質(zhì)量好壞會直接關(guān)系到水利工程施工質(zhì)量，為此采購骨料、外加劑以及水泥等混凝土原材料的過程中，一定要嚴格控制施工原材料以及施工設備的質(zhì)量，同時還應該合理設計混凝土配合比，從而有效確�；炷临|(zhì)量及其性能。施工人員在水利施工之前一定要反復多次認真檢查施工材料，選擇最恰當?shù)幕炷练乐未胧行ПＷC施工質(zhì)量。其次，施工人員在實際施工過程中一定要合理調(diào)整施工材料及施工設備，確保水利工程施工的順利開展。
2.4.2 溫差裂縫的防治措施
針對混凝土內(nèi)部發(fā)熱造成的溫差基本上都是因為水泥發(fā)熱導致的，因此材料采購人員選取水泥的過程中，一定要注意水泥發(fā)熱量較小的水泥，進而減小混凝土溫差。在夏季施工的過程中，一定要加強降溫處理，盡可能減少混凝土內(nèi)部水分蒸發(fā)，降低混凝土溫差。澆筑混凝土的過程中，一定要嚴格注意混凝土澆筑時間，如果溫度較高的話，澆筑混凝土的過程中可以適當添加一些冰水或者冰塊，進而有效控制因為溫度導致的混凝土溫差。其次，澆筑混凝土的過程中應該薄薄的進行澆筑，這樣有利于擴大混凝土散熱面積，加快混凝土散熱速度。施工過程中還可以將一些水管加入到混凝土內(nèi)部，這樣溫度較高的情況下可以通過注入適量冷水促進混凝土更快散熱，進而減小混凝土溫差。冬季施工過程中，需要做好保暖、通風工作，盡可能減小混凝土內(nèi)外部溫差。
2.4.3 外力失衡防治措施
水利工程施工過程中為了有效避免外力失衡導致混凝土出現(xiàn)裂縫，施工人員一定要做好工程管理以及監(jiān)督工作，全面、仔細考察施工現(xiàn)場的環(huán)境條件，然后采用恰當?shù)募夹g(shù)手段加固、修復工程建筑。后期修復的過程中，如果裂縫比較小，只需要簡單修復混凝土表面即可，如果裂縫比較嚴重，應該增加混凝土層或者水泥。工程準備階段應該評測實際水利工程的施工條件及施工技術(shù)，加強技術(shù)監(jiān)督以及管理，嚴謹、規(guī)范施工，進而確保水利工程質(zhì)量。
2.4.4 收縮及干裂裂縫防治措施
為了有效防治收縮裂縫，選擇混凝土材料的過程中一定要盡可能選擇高強度、干縮值相對較小的施工材料。而且施工人員一定要合理控制水灰比，配置混凝土的過程中應該適當加入一些高效減水劑降低水灰比例，進而提高混凝土強度。假如施工條件比較惡劣，遇到風比較大或者溫度比較高的情況應該采用相應的防風、遮陽等措施，進而確保不會破壞混凝土結(jié)構(gòu)。拆除模板的過程中，一定要注意先后拆除順序。其次應該做好混凝土保濕工作，盡可能減少混凝土水分蒸發(fā)。
2.4.5 養(yǎng)護措施
養(yǎng)護的目的在于創(chuàng)造適當?shù)臏貪駰l件，保證或者加速混凝土的正常硬化。不同的養(yǎng)護方法對混凝土的性能有著不同的影響。常見的方法有自然養(yǎng)護、蒸汽養(yǎng)護、干濕熱養(yǎng)護、紅外線養(yǎng)護、太陽能養(yǎng)護等等。在我國，有著規(guī)定的養(yǎng)護標準： Ⅰ級水平控制溫度為(18～24) ℃， Ⅱ級水平控制溫度為(15～25) ℃，養(yǎng)護時間為28d，濕度不低于 95%。在自然養(yǎng)護和蒸汽養(yǎng)護方面，我們可以重點加強混凝土的濕度與溫度的控制，減少混凝土表面的暴露時間，防止表面的水分蒸發(fā)，不要將覆蓋物直接接觸到混凝土表面。
3 總結(jié)
總而言之，混凝土結(jié)構(gòu)在水利工程建設領(lǐng)域發(fā)揮著愈來愈重要的作用，其設計應當?shù)玫讲粩鄡?yōu)化。水利工程建設中混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計，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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