红河州水利水电勘察设计研究院
摘要：随着我国水利事业的蓬勃发展、水利工程的兴建日益增多，国家对水利工程发展高度重视，做好水工混凝土结构设计对于确保水利工程质量、推动水利工程发展具有积极作用。本文就水工混凝土结构设计中的问题为例，探讨了解决对策。
关键词：水工混凝土；结构设计；问题；对策
在土木工程结构中，按照材料划分，由混凝土材料和钢筋材料组成的混凝土结构主要有三种：一种是预应力混凝土结构，一种是素混净土结构，还有一种是钢筋混凝土结构。由于地形、气象以及水文等各种自然因素的影响，水工建筑物更加注重水工结构设计、现场工程施工等方面的问题。本文即以水工混凝土结构为例，简要介绍了水工混凝土结构特点和原材料选用，对结构设计中存在的问题和解决对策做出了探讨。
一、水工混凝土结构概述
（一）水工混凝土结构特点
在水利工程中，水工建筑起着容纳水的作用，是作为一种配套设施存在的。水工建筑工程是否有着良好的使用性能，在一定程度上取决于水工建筑的结构设计是否优质。就水工混凝土结构来讲，具备以下特点：
一：相比普通混凝土，水工混凝土体积大，虽然配筋数值比较高，但是在一般情况下还是无法超出水工混凝土结构设计的最小值。二：水工混凝土体积大，水泥水化热大，控制混凝土温升和防止温度应力裂隙是设计和施工的关键；三：水工混凝土结构有着尺寸大、跨度小的特点，这就不容易在二者之间找到平衡点。
（二）水工混凝土结构原材料选用
现阶段，在我国水工建筑物施工中，主要施工材料一般都是混凝土，主要由水泥、碎石、泥沙等有机融合而成。不同的混凝土，往往其自身性能也存在差异。就水工建筑而言，对于混凝土强度有着较高的要求，因此在混凝土投入施工之前，一定要先进行科学的检验，以确保其性能指数符合国家标准、满足施工要求，如此才能有效保证水工混凝土结构的质量。
水泥是水工混凝土结构中不可缺少的原材料，水化反应是水泥的明显特点，如果碎石灰中含有过量的有害物质，粘结性能就难以得到保证，这不仅会使水工混凝土结构的刚度大大降低，也会削弱水工混凝土结构的强度。而要解决水泥的水化反应，则有两种办法，一种是在水泥中添加早强剂，一种是在水泥中添加粉煤灰，这在实践中都收到了极好的效果。除此之外，在水工混凝土结构的原材料配比中，要求设计人员经过反复计算和多次重复试验，找到最为科学的配比方案。来自河里的泥沙，往往含水量高，首先要使泥沙干燥，为此，或者用自然风干的办法完成，或者用人工炒干的办法完成。山沙含泥量较大，对混凝土质量有较大影响，用于拌制混凝土时需控制其含泥量。
二、水工混凝土结构设计中存在的问题及解决对策
（一）最大承载能力设计问题及对策
在水工混凝土结构中，是这样定义最大承载力的：当破坏压力大到一定程度时，混凝土结构所用材料刚度、强度都不能承担这一压力荷载，造成内部钢筋构件严重变形，承载要求不能得到满足。水工建筑有着挡水、蓄水的作用，这种情况一旦发生，由于水量庞大而产生的冲击力和压迫力是相当大的，这就会导致水工混凝土结构的巨大损害。所以，为了解决最大承载能力问题，这就需要设计人员将这一情况考虑在内，尽可能结合结构中的不确定因素，对应力约束极限状态加以科学设定，以受压破坏极限值为设计依据，对结构的不连续点进行科学计算，从而设置出合理的抗压能力参数，科学得出最大荷载，尽可能避免水工混凝土结构出现裂缝。
（二）裂缝控制设计问题及对策
就混凝土结构本身而言，因为各种因素的限制，往往很容易出现裂缝。因此，如何解决水工混凝土结构的裂缝问题，做好对裂缝的有效控制也成为了设计人员的工作重点。在我国水工建筑中，很多规程规范都提出了十分严格的裂缝控制要求，虽然也允许裂缝客观存在，却是以不损害混凝土结构使用性、保证混凝土结构安全性为前提的，这就需要设计人员在设计工作中，通过系统的理论指导，尽可能避免裂缝出现。为此，在混凝土结构设计工作中，设计人员必须对当地的地理环境有充分认识，结合地质、土壤、水文等多方面因素，科学分析混凝土结构的水压变化参数以及荷载参数，因地制宜，从而做出合理的混凝土结构设计。
在对裂缝的控制上，水工混凝土结构和一般的建筑工程是有着较大不同的。一般建筑工程多用标准弯拉构件实现对裂缝的控制，但是水工混凝土结构控制裂缝则需要使用一些非常规杆件，而在控制难度上，这种非常规杆件往往要大于标准弯拉构件。在裂缝设定之前，必须首先要对钢筋混凝土构件进行科学的裂性评估，得出结论后方可设定裂缝。在裂缝的控制标准和有效的解决办法制定上，需要参照多方面内容，包括断面作用力的实际变形情况、出现的裂缝长度、裂缝大小等。同时，如何处理裂缝，也需要通过科学计算。
（三）配筋率设计问题及对策
优秀的水工混凝土结构设计对于提升水利工程质量具有积极作用。对于设计人员来讲，在水工混凝土结构设计工作中，需要重点关注两个方面的问题：一是混凝土结构的裂缝控制设计问题，二是混凝土结构的配筋率设计问题。而就现阶段的水工混凝土结构设计发展来看，鉴于技术方面的限制，在最小配筋率的设计问题上面，业内没有统一定义准则，同时也缺少系统的判断标准，因此，这就使得最小配筋率问题的解决难度加大。一般来讲，水工混凝土结构的构建尺寸、配筋数值，这二者之间是呈现正比例关系的。同时，在大多数的理论来看，都不符合Mcr=Mu这一原则。而要想解决配筋率的设计问题，实践验证，在配置上需要以截面极限内力变化参数来作为依据。
（四）高、低强度钢筋替换设计问题及对策
对于高强度的钢筋替换原设计计算满足要求的低强度钢筋这一问题，有以下三点需要注意：一是在设计框架结构过程中，为确保框架塑性铰发生于梁内，应当选用高强度的钢筋，来替换原来设计中所计划使用的钢筋。同时，根据设计必须替换时，则必须根据钢筋抗压力设计值相等的原则进行替换，而不能随意替换。二是如果构件受裂缝宽度控制或者受挠度控制时，则在代换前后，需各进行一次裂缝宽度和挠度的验算。三是在代换钢筋后，为了有效满足混凝土结构设计规范规定中的锚固长度、搭接长度，以及间距、最小直径等，需要给予严格的控制。
结语：
由于地形、地质以及水文、气象等各种自然因素的限制，水工混凝土结构设计存在着较多的问题，为此，需要更加注重现场施工质量的控制以及种种设计问题的解决，如此才能推动水工混凝土结构设计的更大发展。在本文中，简单介绍了水工混凝土结构特点以及原材料的选用，从最大承载力、裂缝控制、配筋率、高低强度钢筋替换四个方面探讨了当前水工混凝土结构中存在的问题并提出了解决对策，以期能够为水工混凝土结构设计工作者提供借鉴。
参考文献：
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