淺談水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要注意的幾個(gè)問題

王鳳群

(河南黃河勘測設(shè)計(jì)研究院，河南 鄭州450003)

作為土木工程按材料劃分的一種結(jié)構(gòu)，混凝土結(jié)構(gòu)由混凝土和鋼筋等材料組成，主要包括素混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。

受到地形、地質(zhì)、水文、氣象等自然條件的限制，水工建筑物需要特別注意工程選址、水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工和工程投資等方面的問題。

1 水工混凝土的特點(diǎn)

與其他結(jié)構(gòu)物不同，由于所處環(huán)境不同，水工混凝土結(jié)構(gòu)有其突出特點(diǎn)。水工結(jié)構(gòu)混凝土一般是在流動(dòng)或靜水的作用下工作的，水的深入、沖刷、冰凍、以及侵蝕造成水工結(jié)構(gòu)物的工作環(huán)境十分復(fù)雜，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性等問題也變得極為突出。與其它結(jié)構(gòu)相比，水工混凝土存在以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1.1 骨料顆粒徑較大

水工混凝土不僅骨料顆粒徑大，而且所占比例還特別高，一般情況下，大體積水工混凝土最大骨料顆粒徑在150mm左右。

1.2 膠凝材料用量較少

除特殊部位之外，水工混凝土的膠凝材料用量通常較低，一般情況下小于等于200kg/m3，同時(shí)，應(yīng)摻加相應(yīng)的摻合料、減水劑，以改善混凝土和易性和降低水灰比，以達(dá)到減少水泥用量，降低水熱化的目的。

1.3 長期處于潮濕環(huán)境

水工結(jié)構(gòu)物大多數(shù)面積長期處于水中，混凝土的拌合水很少失去，即使是通過水泥的水化作用將一部分拌合水消耗掉，外部的水依然可以通過水泥的空隙進(jìn)行補(bǔ)充。因此，水下水工混凝土長期處于飽水狀態(tài)。

1.4 壽命要求較長

與其他建筑物不同，水工建筑物建設(shè)周期長，投資較大，運(yùn)行期長。

1.5 強(qiáng)度等級要求

對于某些部位的混凝土，比如高速水流過水面，容易產(chǎn)生空蝕和泥沙磨損，要求混凝土的強(qiáng)度等級不得低于C40（R400）。

2 水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見問題

2.1 高強(qiáng)度的鋼筋替換原設(shè)計(jì)計(jì)算滿足要求的低強(qiáng)度鋼筋問題

根據(jù)國家相關(guān)規(guī)定要求，不能用高強(qiáng)度的鋼筋替換原設(shè)計(jì)計(jì)算滿足要求的低強(qiáng)度鋼筋。在使用過程中需要注意以下問題：

第一，在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了保證框架的塑性鉸發(fā)生在梁內(nèi)，不宜用強(qiáng)度高的鋼筋替換原設(shè)計(jì)中的鋼筋，當(dāng)必須替換時(shí)，應(yīng)按照鋼筋抗拉力設(shè)計(jì)值相等的原則進(jìn)行代換；

第二，當(dāng)構(gòu)件受裂縫寬度或撓度控制時(shí)，代換前后應(yīng)進(jìn)行裂縫寬度和撓度的驗(yàn)算；

第三，鋼筋代換后要滿足混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的間距、錨固長度、最小直徑、搭接長度等要求。

2.2 框架梁結(jié)構(gòu)放大配筋量問題

為了確保結(jié)構(gòu)更加安全，在框架梁配筋時(shí)放大配筋量，往往會(huì)形成超筋結(jié)構(gòu)，對整體結(jié)構(gòu)安全不利。

2.3 大直徑鋼筋連接采用綁扎搭接問題

普通的鋼筋不需要嚴(yán)格焊接時(shí)可以采用綁扎搭接的方法，但對大直徑鋼筋進(jìn)行連接時(shí)，不宜采用這種方法。因?yàn)橹睆捷^大的鋼筋采用綁扎連接時(shí)，會(huì)造成混凝土保護(hù)層變薄，鋼筋間距減小，在搭接鋼筋間容易產(chǎn)生裂縫，直徑較大鋼筋不適宜采用綁扎搭接。

2.4 裂縫寬度解決方式不滿足規(guī)范要求問題

在混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫且裂縫寬度不滿足要求時(shí)，僅僅采取增加鋼筋用量的方法，這樣做顯然是不對的。根據(jù)規(guī)定，當(dāng)裂縫寬度控制不滿足要求的時(shí)候，可采用較小直徑的帶肋鋼筋，減少鋼筋間距等方法，其中需要注意的是增加的鋼筋截面面積最好不要超過承載力計(jì)算所需縱向鋼筋截面面積的30%。如果效果不明顯可以考慮采取其他措施。

2.5 現(xiàn)澆箱涵洞的隔墻、邊墻與頂板和底板的鋼筋鏈接問題

《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：“對水池或輸水道的邊墻，其底部不屬于大體積混凝土而是一般尺寸的底板時(shí)，則其邊墻與底板交接處的受力鋼筋搭接方式應(yīng)按框架頂層節(jié)點(diǎn)的原則處理?，F(xiàn)澆箱型涵洞計(jì)算時(shí)可簡化為單孔或多孔的框架結(jié)構(gòu)?！币虼?，其節(jié)點(diǎn)可以按照框架的梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理。《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中關(guān)于框架梁柱節(jié)點(diǎn)也做了詳細(xì)的規(guī)定。邊墻與底板交接處按框架梁柱頂層端節(jié)點(diǎn)對待，隔墻則按框架梁柱頂層中間節(jié)點(diǎn)對待。外墻外側(cè)縱向受力鋼筋與底板底縱向受力鋼筋搭接連接，搭接長度應(yīng) ＞1.5lae；隔墻和外墻內(nèi)側(cè)縱向受力鋼筋應(yīng)伸至板底，其錨固長度應(yīng)滿足要求。

3 水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)踐與經(jīng)驗(yàn)

3.1 原材料的選擇和檢驗(yàn)工作

混凝土結(jié)構(gòu)主要由碎石、砂、水泥和外加劑等原材料組成。水工混凝土結(jié)構(gòu)施工之時(shí)，在選用混凝土原材料前必須對其進(jìn)行檢驗(yàn)，只有所有指標(biāo)都符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求的材料才能使用。當(dāng)材料中存在有害物質(zhì)時(shí)，會(huì)影響水泥的水化反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土構(gòu)建強(qiáng)度的降低。此外，混凝土攪拌施工過程中，質(zhì)量監(jiān)管人員需要根據(jù)現(xiàn)場測驗(yàn)的結(jié)果對原材料配比進(jìn)行合理調(diào)整。

3.2 確定混凝土現(xiàn)場配合比

混凝土原材料配合比發(fā)生變化會(huì)導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度發(fā)生變化，這主要是由骨料砂子含水率、含泥量的變化和碎石含粉量的變化引起的。

第一，混凝土原材料配合比換算。在混凝土攪拌現(xiàn)場，必須根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際測試的骨料的粒徑變化范圍以及砂石表明的實(shí)際含水率，將實(shí)驗(yàn)配合比換算為混凝土現(xiàn)場施工配合比。

第二，混凝土施工配合比的調(diào)整。為了確保水利工程水工結(jié)構(gòu)混凝土和易性滿足現(xiàn)場施工條件的要求，在確保水灰比不變的的基礎(chǔ)上，需要對混凝土含水率及用水量進(jìn)行相關(guān)的調(diào)整。

3.3 混凝土澆筑與振搗施工

水工混凝土結(jié)構(gòu)在施工前，需要科學(xué)設(shè)計(jì)施工計(jì)劃，將混凝土按照一定的面積和走向，進(jìn)行分層、分段澆筑施工，而且需要避免留下明顯的施工縫。

第一，大體積的混凝土結(jié)構(gòu)需要分區(qū)、分層澆筑，澆筑厚度必須控制在振搗深度范圍之內(nèi)，通常分層澆筑的厚度控制在30cm之內(nèi)。

第二，長條狀的混凝土結(jié)構(gòu)的澆筑施工需要分段、分層進(jìn)行，保證每段混凝土結(jié)構(gòu)都滿足澆筑要求，通常分段澆筑長度最好控制在10-15m。

4 結(jié)語

現(xiàn)階段，我國水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在不同專業(yè)的規(guī)范混用問題，未來的研究中，將著重解決水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)遇到的各種技術(shù)性難題。也只有從技術(shù)性難題方面著手，才能真正促進(jìn)我國水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)朝著合理有效的方向發(fā)展。

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