混凝土水工结构实用设计及操作的解析

摘 要：本文根据水工设计的基本要求，对混凝土结构体进行设计和操作的论述。以非杆件体系混凝土结构裂缝控制、混凝土坝温控防裂控制、抗冻等级要求

关键词：配筋设计；抗裂性；空间结构

中图分类号：TU37 文献标识码：A

水利工程混凝土设计要求根据GBJ83—85《建筑结构设计通用符号、计量单位和基本术语》规定，在制作的结构体中凡是以混凝土为主要结构的统称为混凝土结构，其中包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等。在系统设计和实际应用中，以素混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土为三个模块构成，按照受压构件、受弯构件以及局部受压构件承载力进行设计。

对于钢筋混凝土的设计要求必须根据实际承载力来计算，包括各类基本构件在设计承载力极限状态与常态使用状态的值的大小的计算；另一部分是对配筋设计，其中涉及的计算涵盖内力、配筋、裂度、挠度等的计算，最终形成施工图的计算书。

非杆件体系混凝土结构裂缝控制

在水利施工中存在大量的非杆件体系混凝土结构，其中比较常见的有蜗壳、尾水管、船闸底板、预应力闸墩等。通常情况下，呈现不规则的形状，不能简化成杆件体系结构，无法作为基本构件进行钢筋搭配，这里的基本构件包括拉、压、弯、剪、扭以及它们的组合状态，不能采用裂缝控制验算公式进行计算裂缝宽度。

对于非杆件体系混凝土结构的设计，可以按照线弹性应力图形法计算得出钢筋面积大小。也可以根据主要设计规范进行有限元方法分析。按照我国的GB50010-2002规范、《水工96规范》、《水工78规范》、JTJ267-1998规范、公路JTGD62-2004规范等进行设计。对于钢筋用量和有限元的设计方法，《欧洲模式规范》列出所需的强度准则，同时列出线性应力值的确定方法。根据对非杆件体系混凝土结构裂缝宽度控制的验算，《水工78规范》是按照线弹性应力图形法进行确定钢筋的具体用量。二、混凝土坝温控防裂控制

混凝土结构容易开裂，对于坝体是经常发生的现象。针对混凝土的保护而言，不能只重视早期表面维护，也必须重视后期的保护。根据水工混凝土的设计施工要求，须对混凝土结构实施全面温控, 长期保温的措施。由此需要建立的是混凝土坝防裂限裂的应用基础理论研究、加强工程技术的不断改进。

应用系统设计，对施工参数进行有效设置，在混凝土高坝的浇筑工艺、温控措施及接缝灌浆等方面进行仿真分析，由此反应现场施工的实际温度场以及应力场的基本状况。在对坝体温度的变化规律研究方面，掌握温度变化趋势和应力的组合变化情况，将平台数据的混凝土热学参数加以综合考虑，应用仿真学原理分析计算混凝土的高坝的总体设计。

对混凝土的绝热升温起降低作用，可以采用氧化镁含量为3.5%一5%中热硅酸盐水泥，可以减小温度降低引起的收缩变形，能够起到抗裂的作用。在抗裂方面，采用混凝土掺钢纤维与面板堆石坝混凝土面板混凝土掺合成纤维，全面提高混凝土的抗裂性。水工材料的使用必须参考抗裂指数计算公式，在材料使用过程中，采用自动化搅拌和大型平仓振捣机，由此改进施工质量。对于基础温差的控制，目前的技术预冷骨料、水管冷却已趋成熟。在裂缝防治方面，温控措施的使用还包括外贴保温板和喷涂泡沫保温材料等方法，对坝体进行全面的温控保护。

三、混凝土抗冻等级要求

年冻融循环次数分别按一年内气温从+3℃以上降至—3℃以下，然后回升到+3℃以上的交替次数和一年中日平均气温低于—3℃期间设计预定水位的涨落次数统计，并取其中的大值。冬季水位变化区，指运行期内可能遇到的冬季最低水位以下0．5～1．0m，冬季最高水位以上1．0m(阳面)、2．0m(阴面)、4．0m(水电站尾水区)。阳面，指冬季大多为晴天，平均每天有4h以上阳光照射，不受山体或建筑物遮挡的表面，否则均按阴面考虑。最冷月平均气温低于—25℃地区的混凝土抗冻等级宜根据具体情况研究确定。入太阳辐射作用的热学计算，或根据类似建筑物运行资料确定的负温区再加0．5m，温和地区分区厚度不得小于0．5m。

四、水工混凝土修复

为增大混凝土结构基体的承载力，可以在结构体的外侧包上钢筋圈套，以此修复混凝土的裂缝，这种比较适合于混凝土梁、板、柱等的修补。对于表面锈蚀比较严重的，必须去除表层腐蚀层，对钢筋进行除锈，同时增加外包钢筋的数量，具体根据混凝土的体积进行计算。在浇筑全套之前，对模板和结构体进行湿润，用细石浇筑捣密，实施保护。这种属于加大横截面的做法，施工简单，在实际操作中，会导致建筑物的空间结构受限，加大结构体的重量。在现场加固时，造成作业量大，施工难度大，在施工养护方面对建筑物有一定的影响。聚合物防水材料的使用对于裂缝的修复有一定效果，在合理范围内对结构体的影响不大，对于比较小的裂缝(裂缝宽度小于0.2 mm)，可以采用涂覆修补，材料的选用以粘力强且不宜老化为标准。

将树脂浆液、水泥浆液或聚合物浆液等灌入裂缝内部，以达到恢复结构整体性、耐久性和防水性的目的，适用于宽度较大(大于3 mm)、深度较深的裂缝，尤其是受力裂缝。灌浆法按灌浆材料可以分为水泥灌浆法和化学灌浆法。当裂缝宽度大于2 mm时常采用水泥灌浆法；裂缝宽度小于2mm时采用化学灌浆法，其中化学灌浆法具有粘度低、可灌性好、收缩小、粘结强度高及恢复效果好等优点。灌浆法不损伤原有结构，补后防水性和耐久性可靠，修补质量良好，但是国内目前尚无定型的化学灌浆设备，在一定程度上影响了该技术的推广与普及。

参考文献：

[1] 黄立浩. 水工混凝土结构设计若干问题研究[D]. 山东大学 2009.

[2] 赵雯. 水工结构大体积混凝土温度应力及裂缝控制研究[D]. 合肥工业大学 2010.