牛成龙 王 杰

（宁波天成水利水电设计有限公司，浙江 宁波 315199）

1 影响水工结构耐久性的因素

1.1 冻融环境影响结构耐久性

自然环境是影响水工结构耐久性的一个较大因素，恶劣的环境，比如冬季气温较低时，水工结构会由于受到冻融因素的影响而产生破坏。所谓冻融破坏是指指混凝土结构构件所处的环境温度在0℃以下时，其与水接触或者处于潮湿的区域中受到水分冻结膨胀、气温升高的影响后产生溶解收缩等体积变化，导致混凝土结构在反复受力过程中发生疲劳应力现象，从而造成水工结构构件发生破坏。经过相关部门的调查，我国水利工程中有25%的水工结构构件受到了冻融环境的影响而产生破坏，由于水工结构耐久性缺陷，影响运营安全。

1.2 混凝土裂缝影响结构耐久性

在水工结构建设中应用最为广泛的材料是混凝土材料，但其在施工及使用过程中都会出现裂缝问题，并且是建筑行业中普遍存在的问题。由于水工结构所处的环境具有较为复杂的特点，如果混凝土结构出现裂缝问题会影响水工结构的构件质量。另外，在水利工程建设中还存在较多大体积的构件，在进行混凝土浇筑工作的初期，在混凝土强度逐渐形成的过程中会产生水化热，致混凝土内外部形成较大的温差，从而产生温度应力，导致混凝土抗拉性能逐渐降低，引发大体积混凝土构件裂缝问题的发生。此外，硬化后的混凝土会形成收缩力，而这种收缩力也是引发裂缝产生的重要因素，在裂缝问题的影响下，水工结构构件的耐久性也逐渐降低。

1.3 碳化及钢筋腐蚀影响结构耐久性

混凝土裂缝问题的产生还与混凝土碳化因素密切相关，碳化的形成是因为空气中存在的二氧化碳和混凝土中含有的碱性物质产生反应后，混凝土发生化学腐蚀过程，从而形成碳化，进一步促使混凝土产生裂缝。混凝土产生裂缝二氧化碳会通过裂缝进入结构内部，造成混凝土中性化。在碳化的作用下，钢筋外层保护层无法实现保护钢筋的作用，造成构件钢筋受到二氧化碳的侵蚀，强度逐渐降低，导致水工结构的耐久性逐渐降低。另外，设计人员在设计时为了保证混凝土强度，会加入混凝土添加剂，而部分添加剂中存在氯离子元素，会锈蚀钢筋，导致钢筋混凝土结构质量受到影响。

2 水工结构耐久性设计

2.1 极限状态控制

在设计水利工程结构构件时，设计的极限状态主要包括两方面：一是正常使用极限状态，二是承载力极限状态。正常使用极限状态应用于正常使用的环境、荷载、耐久性能等规定的状态，而承载力极限状态是指构件受到荷载作用而产生变形后无法使用或者是已经达到最大承载力时的状态。在耐久性设计时，要以正常使用极限状态规定的要求开展设计工作，为了保证构件的耐久性能与预定的要求相符合，在设计时必须准确计算构件在正常使用极限状态时所承受的作用力，保证构件在使用时不会因为承受的荷载力高于预定值产生破坏。

2.2 控制原材料质量

水工结构中的混凝土强度、构件质量与组成混凝土的材料质量直接关联，而组成混凝土的原材料是胶凝材料水泥、砂子、石子、水等成分共同组成。因此，设计时应注意原材料的选用。水泥原材料的种类比较多，在设计时可以根据工程实际进行合理化的选择。在采购水泥时，需要严格把控水泥质量，将水泥运输至施工现场时，必须出具检测报告和合格证书。另外，施工现场还应设立复验环节，水泥进场进行复验，在抽样时发现水泥材料与规范要求不符时，应拒绝该批次采购的水泥进入实际施工现场内；粗骨料的质量对混凝土的抗压强度具有较大影响，在选择粗骨料时需要注重粗骨料中片状骨料含量、含泥量等。另外，在配制混凝土时还应注重粗骨料级配的设计，级配不佳会引发混凝土离析、不均匀等问题的发生。细骨料质量也是影响混凝土强度的重要因素，细骨料包括人工砂、天然砂两种类型，水利工程结构设计中天然砂模数应在2.2~3.0 的范围，人工砂模数应采用2.4模数，并且不能超出这一范围。

2.3 水工结构设计中的外形设计

在设计水利工程结构时，还需要把控外形的设计，因为外形的优劣会对建筑物、构筑物所能够承受的力产生直接性的影响，从而进一步影响水工结构构件的安全性与耐久性。因此，为了保证构件具备较长的使用寿命，在结构外形设计时应严格依照《水工混凝土结构设计规范》进行合理化的设计，并且还需要在设计时注意验算结构构件的挠度，保证荷载力不会超出设计范围，避免发生构件变形问题，从而无法进行使用，进一步影响水工结构构件的耐久性。

2.4 裂缝控制措施

水工结构构件裂缝的控制需要根据水利工程结构的安全等级进行有效控制，目前的设计工作中，水利工程结构设计过程中，应用的是非常规杆件，并且用弯拉构件控制裂缝，整个过程中的难点就是控制构件的裂缝问题。设计人员应以《水工混凝土结构设计规范》为依据，采取延伸结构构件宽度的措施，可以有效保障构件的耐久性。另外，控制裂缝时还需要密切关注施工过程，特别是浇筑混凝土的施工作业，关注混凝土配合比、混凝土原材料质量、大体积混凝土浇筑作业中的防裂缝措施等作业，只有达到了合理化的要求，才能有效降低混凝土结构构件的裂缝宽度。

3 结语

水利工程项目具有工程量大、投资大、使用寿命长的特点，在设计环节中需要将耐久性作为设计核心。另外，在设计水工结构时还需要注意冻融因素、混凝土裂缝问题、混凝土碳化、钢筋腐蚀等问题对水工结构的耐久性产生的影响，并且还要重点关注混凝土的原材料质量、裂缝宽度、验算结构挠度、外形设计等方面，从而保证水工结构构件具有充足的耐久性能。