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摘要：水利工程具有防洪、供水、灌溉等兴利除害的功能，水利工程具有规模较大、工期较长、施工难度较大等特点。混凝土结构由于成本比较低、整体性高等优点广泛应用于水利工程建设中，但由于混凝土结构设计难度比较大，在水利工程的建设过程中，也会出现一些问题，因此要科学应用混凝土结构，保证水利工程质量安全。本文通过对目前水利工程中混凝土结构设计存在问题进行分析，结合多年工作经验，提出进行水利工程混凝土结构设计优化的对策，希望对水利工程建设中混凝土结构设计提供理论指导和技术支持。
关键词：水利工程；缓凝土结构；优化设计
1水利工程混凝土结构设计的意义
水利工程通过修建堤坝、水闸、渡槽等水工建筑对水资源进行调控，通过这些水工建筑的兴建来预防或控制洪涝灾害和干旱灾害，满足社会生产和人民生活的需要。水利工程的规模比较大。工期比较长、施工技术难度比较高，一般来说在水利工程中需要应用混凝土结构。混凝土是指砂石、水泥、水按照一定比例进行混合配比，并以水泥为胶凝材料的建筑工程复合材料。混凝土与一定量的钢筋等构件进行配合使用，可以作为承重材料使用到各种建设工程项目中。由于混凝土结构具有良好的耐火性、耐久性、整体性，因此在大型建设工程项目中应用非常广泛，但混凝土结构在我国的水利工程项目中的应用时间比较短，应用经验比较少，尚有很多不足，因此研究如何对水利工程中的混凝土结构进行优化设计，对我国水利工程建设具有非常重要的理论意义和实践价值。
2目前水利工程中混凝土结构设计存在的问题
由于我国混凝土结构应用于水利工程的时间并不长，相关经验比较少，因此在实际施工过程中，会遇到一些问题，具体表现在以下几个方面。
2.1材料配比问题
由于混凝土是水泥、骨料、砂石、水等多种施工材料搅拌混合而成，并非单一属性的工程施工材料，在具体的施工环节中，对于混凝土的各种材料的配比也各不相同，比如水分的增加，而水泥减少，则会导致最终配置的混凝土标号降低，在施工中出现麻面和气孔等情况，进而影响混凝土结构的安全性。如果粗骨料比例过高，则会导致混凝土出现离析，影响混凝土结构的可靠性。
2.2岔管设计问题
目前我国的水利工程项目主要采用“一洞多机”的方式进行地下管网的布设，这种设置对于混凝土结构设计的要求比较高，目前我国还没有比较完善的岔管设计规范，这使得施工人员对于岔管设计的承压能力很难准确把握，特别是在地形地貌比较复杂的情况下，经常发生设计不合理的情况，对水利工程的整体安全性造成影响。
2.3衬砌渗漏问题
在水利工程施工过程中，经常会出现混凝土衬砌渗漏的情况，这是混凝土结构设计中最难解决的问题。渗漏问题如果不能有效解决，将对整体水利工程建设造成严重影响，衬砌渗漏主要是因为混凝土结构产生了裂缝，裂缝产生的具体原因包括以下几点：（1）混凝土模板设计的不合理。（2）在通道施工的过程中，对于通道位置的设计不合理，如果通道上方出现沉降就会对衬砌产生较大压力，最终发生混凝土裂缝的情况。（3）混凝土结构的原材料本身存在质量问题，例如混凝土的标号不满足施工设计要求。（4）混凝土的运输过程、搅拌过程、养护过程出现问题。例如运输时间过长，混凝土和易性受到影响，没有按照混凝土的初凝和终凝时间进行科学养护，混凝土在使用之前没有进行充分的搅拌振捣，造成骨料离析的情况。
2.4前期准备不足
水利工程的技术含量比较高，相比建筑工程，水利工程的施工难度更大更复杂，在水利工程设计阶段，需要对工程所在地的地形地貌、水文地质条件、气候条件进行详细调查。在实际施工过程中，经常出现因为前期调查不细致而导致水利工程在施工过程中的各种质量问题。比如有的水利工程项目围岩应力比较大，围岩不稳定，加上岔管形态复杂，导致应力集中和衬砌开裂，破坏混凝土结构的稳定性。
3水利工程中混凝土结构优化设计
水利工程中混凝土结构设计的难度比较大、要求比较高，要综合考虑地形地貌、水文地质、环境气候等多种因素，保证混凝土结构具有良好的抗渗性、稳定性、可靠性。在水利工程项目中，对混凝土结构优化设计具体表现在以下几个方面。
3.1加强对混凝土结构的裂缝控制
裂缝控制是水利工程混凝土结构设计的重要内容，混凝土结构既要控制好承载力，也要把裂缝控制在国家强制标准和设计标准允许的范围内，并根据荷载、压力变化等参数来确定。水利工程中经常使用非常规杆件，裂缝要根据构件的烈性进行评估，并考虑断面作用力的变化问题。根据工程实际情况选择不同的养护方法，创造适当的温度和湿度条件，保证混凝土正常硬化。不同的养护方式对混凝土性能的影响也不同，最为常见的施工养护方法就是自然养护，除此之外还有干湿热、红外线、蒸汽等多种养护方式，标准的养护时间为28d，湿度不低于95%，在自然养护的过程中，可以重点加强对温度和湿度的控制，减少混凝土表面暴露时间，防止水分快速蒸发。控制混凝土的里表温差以及表面降温速度，最终达到控制混凝土结构质量，优化混凝土结构设计的目的。
3.2加强对混凝土原材料的选择与合理配比
合理配比的混凝土是保证水利工程质量的关键，能够有效防止气泡、麻面、孔洞等问题的产生，可以选择细度2.0~3.0范围内的砂，合理控制添加剂的比重。对混凝土进行充分振捣和搅拌，确保混凝土的和易性，避免离析，混凝土浇筑之前要确保模板支撑牢固，按照施工标准进行模板支撑和拆卸。钢筋要焊接牢固，禁止随意踩踏混凝土保护层的垫块，并保持垫块均匀牢固。
3.3围岩结构稳定性的优化设计
衬砌的布局对于水利工程的混凝土结构质量具有重要影响，在进行混凝土衬砌设计时，要注意围岩能够承载的水压力。水利工程混凝土结构设计的优化，要重点解决围岩承载力问题，在设计过程中，用平缓地面和陡坡地面确定最小覆盖厚度，厚度不足容易引起工程渗水。
3.4衬砌的优化设计
衬砌可分为开裂和抗裂两种衬砌，要根据工程设计要求和围岩承载力来确定衬砌方式。通过对混凝土衬砌与围岩进行联合作用模拟，形成二次应力，并在此基础上进行钢筋混凝土的支护，把衬砌配筋量控制在合理的范围内，达到最佳支撑效果。通过分析变形与裂缝产生的原因，进行岔管衬砌的布置。
3.5混凝土的温度和湿度计算
对于水利工程中的大体积混凝土温度计算主要通过温度场、应力、抗裂性三个方面。一般运用限元法和差分法进行应力计算和温度场计算，而且在进行应力计算的过程中，要考虑混凝土变化而导致的应力松弛。不同配比的情况下需要进行试验值与计算值的比较。
3.6基础资料完善、等级标准明确
要提高混凝土结构设计水平，首先要保证基础资料的真实、准确、完整。基础资料是进行混凝土结构设计的前提。要明确结构设计的等级标准，并考虑工程规模和建筑类别，保证混凝土结构设计质量的同时，实现有效的成本控制。完善水利工程监理制度，对水利工程混凝土结构的设计、施工、验收等过程进行监督和管理，保证施工质量和施工的连续性。
4结语
综上所述，水利工程对于周边居民的生产生活和生态环境有着非常重要的影响，混凝土结构在水利工程建设中发挥着重要作用，针对当前混凝土结构在水利工程建设中暴露的问题，在混凝土配比、裂缝控制、围岩稳定等方面进行设计优化，为实现高质量的水利工程奠定基础。
参考文献
[1]鲁慕杰.水利工程中混凝土结构的优化设计[J].智能城市，2017，3（12）：200.
[2]杨艳，邹进.水利工程中混凝土结构的优化设计思路分析[J].南方农机，2017，48（16）：87.
作者:宁雷 单位:邵阳市水利水电勘测设计院