水利水电工程抗震设计规范范文
发布时间：2023-10-05 10:23:37
导语：想要提升您的写作水平，创作出令人难忘的文章？我们精心为您整理的13篇水利水电工程抗震设计规范范例，将为您的写作提供有力的支持和灵感！
篇1
水利水电工程是我国经济建设过程中迅速发展的事业，在我国国民经济发展中占重要作用，设计工作是水利水电工程建设中必不可少的环节。水利水电设计单位的工作主要包括项目的可行性研究、初步设计、施工图设计等，且设计贯穿了水利水电工程整个建设过程。由于水利水电设计单位资质不一，设计人员水平差别较大，在设计过程中会出现各种各样的问题。
一、水利水电工程设计过程中常见的问题
（一）设计人员责任心不强，设计过程偷工减料：水利水电工程设计是一个系统的工程，涉及到不同的学科和各种轻重环节，需要不同专业的设计人员互相配合，协同完成。水利工程设计一般是按照项目建议书、可行性研究、招标设计和施工图设计，水电工程设计一般是按照预可行性研究、可行性研究、招标设计和施工图设计的流程来进行的，在各阶段设计过程中，需要不断完善基础资料，不断优化设计方案，期间包含工程量和投资成本的计算。一些设计人员缺乏较强的责任心，对设计方案直接套用，没有加以优化论证，且不能根据水电工程的需要不断变化方案设计，还有一些设计人员对图纸审核不清楚，造成很多图纸低级错误，有些设计人员对工程整体把握性不强，不能满足实际工程的需要。
（二）水利水电工程设计缺乏质量控制：在目前设计行业中，许多设计院都是追求速度优先，重速度而轻质量，在设计速度和设计质量相矛盾时，往往会优先选择时间。此外，在水利水电设计过程中，存在着评审审核力度不够，有些审核校对流于形式，评审机构也存在权责不明，管理人员的素质不高，没有能力去校核设计图纸。另一个质量控制缺失体现在细节设计完善的安全保障体系，从上至下齐抓共管。建筑企业要考虑施工安全操作与防护需要，按照相关法律法规及工程建设标准进行施工设计，监理单位要严格执法，按法律法规及工程建设标准实施工程的有效监理，一旦发现存在安全事故的隐患必须要求施工单位立即整改，甚至情况严重的令其暂停整顿。
图 1 施工安全保障体系
建筑施工单位企业各项设施与资质都要完备，在施工中的技术装备与专业的技术人员都要达到一定的施工标准，具备能够安全生产的施工条件。总承包单位应负责起施工现场安全生产进行的总体总责，如果实行分包政策，总承包单位要依法把工程分包给其它的建筑单位，这些分包单位要具备安全施工的条件，并在承包合同中明确其安全生产的权利与责任。把安全生产的意识灌输下去，并落到实处。
（三）在水利水电工程设计过程中不重视方案对比：水利水电工程有规模大、施工难度大和工期长等特点，因此，水利水电工程对安全性的要求很高，对工程设计提出了较高的要求，只有不断优化方案，才能在安全上和经济上达到要求。目前，水利水电工程设计过程中，往往对设计方案的可行性和合理性缺乏严格的把关，对设计方案的对比研究不重视，只选择满足一般要求的设计方案即可，而不是最优化的设计，这对以后工程建设的质量和经济性埋下隐患。
（四）与业主和施工单位缺乏沟通，不能精密合作：水利水电设计单位与业主的关系是鱼和水的关系，业主关心的主要是成本和效益的控制，而设计部门对业主的要求缺乏理解，在与业主意见发生分歧时，往往拿规范和条款来搪塞业主，造成关系复杂。而设计单位与施工单位的关系更加密切，设计单位必须时时对施工的过程加以控制和查看，目前设计单位与施工单位缺乏必要的沟通和精诚合作，使施工过程中出现一些本可以避免的由于设计不当或沟通不良引起的问题。
二、提高水利水电工程设计质量的对策分析
（一）严格把关，加强设计质量管理：质量是水利水电工程。的根本，目前设计环节中重速度轻质量的现象普遍存在，从一定程度上消弱了工程建设的实际效益。针对水利水电工程的设计工作，水利水电设计单位要加强质量管理的意识，建立严格的质量管理体系，以质量为本，以进度和信誉谋求发展。对设计过程要严格实行三级校审制，各级人员要认真负责地做好自己职责范围内的工作，全面提高设计方案的整体质量，提供业主满意的最优化设计方案。
（二）不断提高设计人员的业务素质和工作态度：水利水电工程设计质量归根到底在于设计人员的素质，水利水电设计单位要对员工进行终身培训，加强设计人员的设计水平，促进设计人员提出更多的设计理念，并按时对设计人员进行考核，成绩直接与绩效挂钩。还要多方位引进高、精、尖的技术人才，在技术含量要求高，结构复杂的环节加以把关，进而带动整个团队的设计水平的提高。另一方面，端正设计人员的工作态度，制定规章制度并严格执行，防止设计人员生搬硬套，抱着设计出最优化方案的心态去设计工程图纸。
（三）加强设计前期的资料收集工作，保证设计方案符合工程实际：做好设计的前期工作是做出优秀设计的前提，设计单位要积极引进和采用技术先进、性能优良的勘察设备，配备优秀的专业工程技术人员，从工程实际情况出发，着重搞好前期的勘察工作。要广泛搜集和获取相关的地质、水文、资源及环保等第一手可靠的资料，然后据此做出结构计算，择优选择和制定最为合理的设计方案，保证水工建筑物、水利机械、电气等达到配套合理、完善，使工程无论从等别、防洪能力上，还是抗震设计烈度方面，以及建成后的运行、管理上，都能达到相关设计规范的要求，保证工程效益的有效发挥。
篇2
颗粒分析试验是测定干土中各种粒组所占该土总质量占百分数的方法，确定颗粒组分，供土的分类及概略判定土的工程性质及选料之用，是地质勘察中的一项基础性的工作，工作程序相对简单，工作成果实用而有效，在工程实践中参与度很高，体现到工程中的方方面面，下面从十四个方面对其重要性进行阐述。
一）颗粒分析的试验方法
依据土体的颗粒组成不同，在颗粒分析中采用的方法不同，可分为：筛析法（>0.075mm的土）、密度计法（
二）土体岩性定名
依据土体的粒径组成，当粒径大于2mm的颗粒质量超过总质量的50%的土，定名为碎石土；粒径大于2mm 的颗粒质量不超过总质量的50%，粒径大于0.075mm 的颗粒质量超过总质量50%的土，应定名为砂土；粒径大于0.075mm 的颗粒质量不超过总质量的50%，且塑性指数等于或小于10 的土，应定名为粉土；结合液塑限的成果可能定名粘性土：当塑性指数（Ip）介于10（不含）～17（含）的土定名为粉质粘土，Ip大于17的定名为粘土。
此外除按颗粒级配和塑性指数定名外，土的综合定名还应有相关的规定。
三）多年冻土
多年冻土是一种特殊性土，在高寒地区普遍存在，是不可回避的一个问题。
土体的颗粒组成不同，岩性不同，冻土的分类、冻胀和融沉分级也不同，总含水量不同，其平均融沉系数、融沉等级、融沉类别不同，最终确定的冻土类型也不同，其物理力学性质的表现也不同，对不同专业的勘察要求也各有侧重，对其上的不同各类的建筑物也应根据行业特点区别对待。
四）冻胀性评价
水利水电工程勘察中
工民建勘察中岩性为碎（卵）石、砾、粗、中砂（
粒径小于0.005mm的颗粒含量大于60%时为不冻胀；碎石类土当充填物大于总质量的40%时，冻胀性按充填物土的类别进行判定；碎石土、砾砂、粗砂、中砂（
五）原位测试仪器的选择
有些原位测试仪器在适用上条件宽松，只要地点合适，各种土层均可进行；有些仪器适用条件比较苛刻，有的适用于粗粒土而不适用于细粒土，如动探触探试验；有的适用于细粒土而不适用于粗粒土，如标准贯入试验等，特别是十字板剪切试验、静力触探试验、螺旋板载荷试验在地下水位高，土层饱水的细粒土层中更能发挥其独特的作用。
六）土的腐蚀性评价
由于粗粒土的具大孔隙性、强透水性强，毛细水上升高度小，不利于盐份的富集，一般腐蚀性较小，在工民建的勘察中在有经验的地区，一般不取样分析评价，认为其腐蚀性微；细粒土恰恰相反应取样分析评价。
七）天然密度测定
粗粒土的天然密度采用灌水法或灌砂法；细粒土的测定采用环刀法。
八）土体状态的确定标准
碎石土的密实度采用重型动力触探试验确定其状态为松散、稍密、中密、密实等；砂土的密实度采用标准贯入试验确定其状态为松散、稍密、中密、密实等；粘性土的状态采用液性指数确定为坚硬、硬塑、可塑、软塑、流塑等。
九）土的类型划分和剪切波速范围
土体的类型和土体的剪切波速在没有进行波速测试时，可通过土体的颗粒分析，确定其定名，在建筑物等级为丙类、丁类时可采用规范推荐的数据进行确定，进而确定场地土类型和场地类别，为设计提供地质依据。
十）地基土抗震承载力调整系数
依据不同的岩性，在进行建筑物设计时，在进行非状工况计算时，需按照岩土名称和性状确定地基土体的抗震承载力调整系数。
十一）地震液化评价
地震液化的评价决定地震发生时建筑物的安全，其危害性和破坏性也是最大的，应当在工程勘察和设计中引起高度重视，在从国家标准和行业标准两个方面进行表述。
（一）国标《建筑抗震设计规范》（GB50011―2010）的判定方法
饱和的砂土或粉土（不含黄土），在初判时可依据土体中粘粒含量和地震设防烈度判定是否有液化的可能，对可能发生液化的土体依据标准贯入锤击数和颗粒组成计算临界锤击数，通过与实际锤击数的比较判定其注化的可能性，并可进一步计算钻孔的液化指数，划分地基的液化等级，并采取对应的抗液化处理。
（二）《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）判定方法
1）土的液化判定工作可分初判和复判两个阶段。在初判中需通过土体级配曲线确定大于5mm、小于0.005mm的粒径组含量，再结合地震设防烈度判定其液化的可能性；在复判中也需要确定土体的粘粒含量，依据相关公式计算其临界值，再做出最终的判定。
十二）渗透变形判定（多用于水利水电专业）
土的渗透变形特征应根据土的颗粒组成、密度和结构状态等因素综合分析确定，宜分为流土、管涌、接触冲刷、接触流失四种。其中的不均匀系数、粗细颗粒的区分粒径、接触冲刷中的D10、d10、接触流失中：不均匀系数介于0～5（含）时的D15、d85，不均匀介于0～10（含）时的D20、d70、临界水力比降的确定都是依据土体的级配曲线。
十三）土体渗透系数的粗略估算
在《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287-99）中依据土体的级配曲线提供了一个近似计算土体渗透系数的公式： ，这个公式表明土体的渗透性是其固有的性质，主要是由土体的内部结构决定的（此方法在新版的规范中已删除，但可作参考）。
十四）天然建筑材料
在《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》第二章“术语、符号”中，提出24个术语，多数都是与土体的颗粒分析有关的，在天然建筑材料，更显出颗粒分析的份量了。
在本规范中按砂砾料、土料、碎（砾）石类土料、槽孔固壁土料、块石料五大类；不同类型的料的取样要求不一样（数量、规格等），取样数量不一样、取样重量不一样，试验项目也不一样，在记录上要求所记的内容也不一样，评价的内容和方法也不一样。
参考文献
1）《岩土工程勘察规范》
2）《建筑地基基础设计规范》
3）《土工试验方法标准》
4）《建筑抗震设计规范》
5）《水利水电工程地质勘察规范》
篇3
中图分类号：TV 文献标识码：A
引言
对于水利水电工程的建设，设计部门在整个建设工程中起着重要的作用。无论是项目的规划、建设实施的可行性、还是施工的设计等等都是设计部门的工作任务，所以其工作的性质是整个工程建设的重中之重。
一、中小型水利水电工程设计中常见问题
1、前期规划片面
中小型水利水电工程的设计必须以工程的项目所在地为依据，全面深入的考察项目的地形构造、水源情况、矿产资源、生物资源、周边环境等地形、地貌特征，系统的罗列各项数据，并进行分析汇总，总结项目的基本地理环境及周边的人文环境是否适合建设工程。有些设计单位，为了降低成本，减少人力、物力、财力对项目的全面深入考察，没有仔细收集项目资料，参照其他工程的设计，导致工程的设计方案不够全面、系统，有时甚至根本不适合项目地使用。导致工程的选址、规划、结构形式、运行机制与实际情况严重不符，造成严重的后果，所以，对项目的前期工作必须全面、客观，符合项目地的实际情况。
很多设计部门为了节约设计的开支费用，对地形的勘察程序简化，有的设计单位只对工程地质进行表面描述，没有实际对地质进行深入的勘察。有的设计单位对地质进行了勘探，但勘探的布点稀少，不按规范进行钻探，也没有采取足够的坑探、平洞等勘探手段辅助勘察，这样的勘察根本不能对地质构造进行充分的了解。这样就导致了工程坝址的选定、施工的方案不够合理。在施工过程中，发现报告中的地形、地质资料不符合施工地的实际情况，只能对工程进行补勘及变更设计，一方面，对建设资金造成大量的浪费，另一方面，建造的难度增加，严重影响了工程的投入运行，不能及时发挥工程的效益。
2、设计人员素质不高
水利水电工程的设计需要不同专业的设计技术人员沟通协商，把不同方面的设计有效的衔接。水工建造、管道路线、电网铺设等需要各方面的专业人员通过精心设计，合理配置，形成一套完整合理的设计方案，如果各个专业的设计没有有效的衔接，就会导致设计整体不完善、不合理，造成重复的工程量。在管道、线路的铺设过程中，如果设计深度不够，就会造成人力、物力、财力的极大浪费，甚至，还为工程将来的投入使用埋下隐患。有的设计人员缺乏统一、宏观的设计理念，在设计时只对单个项目的设计，不考虑各个项目之间的联系，往往导致前期完成的项目与后期工程项目不能配套使用，后期工程项目不能合理使用，受到前期工程的制约，导致整个工程系统缺乏统一的运行机制，没有形成科学合理的工程体系。
3、设计脱离工程实际
在工程的设计中，需要对工程项目按规程规范进行精确计算，然后根据计算的数据设计工程项目。在实际设计过程中，设计人员只采用简单的、粗略的计算，则会导致工程的设计与实际情况严重不符，将出现大坝渗水、基础漏水，混凝土裂缝、墙面扭曲等现象，设计直接影响工程的安全性，必须进行设计变更，造成资金的大量浪费。
在设计过程中，工程的设计报告与图纸脱节，设计报告不能有效的指导施工人员运用图纸进行施工。设计图的细节不够清晰、标注错误、无剖面等现象随处可见，使施工人员无从下手，严重阻碍了工程的进度。有时，设计报告也不够完整，对关键技术的论述模糊不清，设备安装的方法、检测指标都没有详细的论述，不能成为施工的技术性指导文件。
设计施工人员只注重工程的理论设计，不考虑工程的施工难度，对于中小型水利水电工程来说，如果在设计时采用只满足理论的工艺，脱离工程项目的实际需求，造成工期的延长，同时，在工程的投入使用及设备的维修管理时，需要消耗更大的费用，造成资金的浪费。
二、加强中小型水利水电工程设计的对策
1、提高设计水平
设计时所收集的资料不充分的问题要从根本上进行处理。根本原因是相关人员缺乏足够的专业知识，错误的估计了水利工程中容易出现的问题。在没有准备的情况下，一旦出现设计的难题将很难解决，至少在短期内很难解决。首先，要与国内著名的图书馆和相关高校建立合作机制，这样可以利用图书馆中的馆藏图书，更重要的是可以搜索相关学术成果、期刊、论文。这相当于在全世界范围内搜索材料进行准备。另一方面还要加强设计人员的科学素养和对规范的掌握程度。尽量的避免主观臆断，要根据科学的手段进行分析后，整理出一整套适合的材料。其中最重要的是在水利设施建设的地点的重要参数的收集要长用科学的方法，要结合试验的理论来进行现场资料的收集。只有这样，才能拿到准确的实际资料，配合着对相关文献的查询和总结前人的经验，结合科学技术中的世界上最新研究成果，对水利设施的设计进行合力计算和优化设计。
2、提高勘察水平
在实地勘察时，要尽量让操作熟练的工作人员进行，并且在测量时要严格的按照操作流程进行每一步操作。各级设计部门要积极引进和采用技术先进、性能优良的勘察设备，配备优秀的专业工程技术人员，着重搞好前期的勘察和勘测工作。在设备上要提供与操作人员水平相当的设备。落后的设备准确度较低，很难实现预期的效果。而过于先进的设备虽然结合了更多的技术手段，但是可能与操作人员的技术水平脱节。要查用操作人员最熟悉最熟练的勘测手段，进行现场勘测。同时要保证各项水工建筑结构物、水利电气、水利机械等达到配套、合理、系统、完善，使工程无论是在等级上还是防洪能力上，还是抗震设计烈度方面，以及建成后的水利运行、工程管理上，都能达到相关设计规范的要求，进一步保证工程项目效益的有效发挥。
3、注重技术创新
水利水电工程设计是一项需要较高的技术支持的工作，相关的人员要加强自身对设计的整体把握，并且要随着时代不断发展，要和世界先进的技术拉近差距。
3.1 要积极学习国内和世界范围内的水利建设的新技术和新工艺，以及新型材料的应用。并且要组织操作人员定期的进行业务培训和业务交流，要做到技术与时俱进，及时的更新设计思想，并应用到实际工作中。
3.2 要注重设计部门高、精、尖的技术人才的引进和培养，一起通过高、精、尖技术人才在工程中的作用充分发挥，帮助各部门解决实际的技术难题，并完成技术含量高、设计结构更复杂的水利项目。
3.3 每一个设计工作的相关人员，要注重日常相关工程资料的整理和积累，要建立属于自己的信息资源库。在实际的应用中才能拿出对于问题有针对性的解决方案，另一方面也便于自身业务水平的发展和提高。
结束语
综上所述，影响工程设计的质量的因素很多,在中小型水利水电工程设计中，相关的设计单位和人员应该提高认识，积极采取措施避免以上常见问题，并且严格遵守规范，不断完善工程设计中的不足，提高工程设计质量，提出科学、合理、符合工程实际、满足技术要求的设计方案，从而保证水电站建设的顺利、安全进行。
参考文献
篇4
1、引言
随着社会经济的快速发展，我国水利水电工程也取得巨大进步，尤其是近些年我国西部建设了许多大型水利水电工程，处于强震区的工程必须要考虑抗震设计，在水工建筑物抗震设计方面也积累一定工程实践经验，也出现了很多新的问题。自1997年以来颁布了《水工建筑物抗震设计规范》，为水工建筑物抗震提供相关标准和规范，但是我国对于水工混凝土结构抗震方面依然存在诸多关键技术无法突破的难题，对水工混凝土结构抗震进行研究和探讨具有重要意义。
2、水工混凝土结构抗震设计
目前而言，有关水工混凝土结构抗震研究主要集中在以下几个方面的问题：
2.1设计地震烈度
有关设计地震烈度，有两种看法：一是地震荷载是一种常态，需要对水工结构安全进行复核，对水工混凝土坝要根据地面加速度为0.1g进行校核；二是认为混凝土动态抗拉、抗压强度在增大的前提下，地震发生地基吸收能量，所以混凝土坝的实际抗震能力不必按照线性弹性分析的结果进行，因此也几乎没有多大破坏力。比如美国下水晶泉曾发生8.3级大地震，但是坝体几乎没有受到任何破坏。经过分析和计算认为，拱坝的抗震性能最佳，其次是重力坝，然后是支墩坝。
然后对分区地震烈度进行划定，按照地区历史地震情况以及地址构造等，对未来有可能发生的最大地震进行划分；最后进行地震应力分析，需要借助计算机对参数进行计算，一些复杂的结构进行简化，不仅要对地震资料进行分析，而且要选择科学合理的计算方法，并且对材料动力特性进行研究。
2.2水库诱发地震
水工混凝土进行建设时需要对诱发地震的可能性进行仔细研究，假如附近曾经发生地震，那么水库蓄水后地震活动的频度和烈度要高于正常水平，震源也在附近。地震活动和水库的水位存在一定关系，如果水库的深度大于一百米时则诱发地震比较显著，水位增加速度和持续时间都是重要影响因素。
2.3混凝土动力特点
混凝土强度和加载速度有很大的关系，根据变形率进行计算，段十年内发生剧烈应力变化，强度会有明显提高。加载速度是1s或者是经过几个小时的破坏，混凝土强度相差30%，混凝土短期抗压强度得到提升，这一点和其塑性变形有关。正常而言，混凝土强度和时间呈现出线性关系。相关设计规范中标明水工抗震规范影响系数可以取值为1，对结构强度进行计算，水工混凝土结构的抗拉强度安全系数可以取值稍大于1，因为其中需要考虑到动力荷载作用。
2.4结构模型试验
模型比例大部分情况选择1：100，模型上选择激振器进行激振，也可以将其放置在振动台上，如果上游有水库，则模拟时水库长度必须要是其深度的3倍以上，模型材料容重要求和实际情况一致，容重是2.4t/m?，模型和原型的应变比例，模型材料是石膏，性能比较可靠，其变形接近混凝土，便于加工。
2.5原型振动试验
一般而言，混凝土水工结构抗震设计研究需要进行原型振动试验，以此掌握水工混凝土结构的自振特性，比如振型、频率以及阻尼比等，然后和工程数据进行复核。激振方式包括强迫力激振和自由衰减振动激振。
2.6混凝土重力坝自振周期进行估算
一般而言，混凝土重力坝自振周期是水工混凝土结构抗震研究的前提，有关混凝土重力坝自振周期计算公式有以下几种：
（1）克希荷夫公式
比如，湖南镇水电站混凝土梯形坝的自振周期进行计算，其参数是H=130m，B=115m， =2.4t/m?，E=2500000t/O，计算 为0.295s。经过模拟实验结果为0.293s，结果比较接近。
3、水工混凝土结构抗震研究进展
水工混凝土结构抗震研究涉及诸多学科，相关理论、公式、计算方法、仪器设备等都是以工程实践理论为前提进行集成再创新，目前而言水工混凝土结构抗震主要集中在地震动输入、结构地震响应以及结构抗力三个方面。
3.1 地震动输入
水工混凝土结构抗震中地震动输入是基础研究工作，具体包括大坝抗震设防水准框架进行制定、场址地震动参数进行确定、坝址地震动输入机制。其中，大坝抗震设防水准框架的制定涉及到概率论方法，结合我国实际国情，以及水工混凝土结构特点，建立和完善的相关标准框架体系，其中需要考虑接近断裂大震、水库地震等问题。
3.2 结构地震响应
结构地震响应是水工混凝土结构抗震研究的重中之重，一般而言是通过理论分析和公式计算，然而要考虑到的是地震和水工混凝土结构过于复杂，尽量利用室内外试验，或者是现场实测进行校核和验证，还可以通过震害工程实例，以及强震观测记录进行校验。其中，涉及到结构抗震动力进行分析；结构抗震的动力模型试验；现场测振试验以及地震监测；水工抗震设计规范等。
3.3 大坝混凝土动态抗力
水工混凝土结构抗震在大坝混凝土动态抗力方面的研究相对而言比较少，这是研究中较少覆盖的一个方向。水工混凝土结构动态抗力研究主要集中在大坝混凝土全级配大试件动态抗折试验、大坝混凝土动态损伤机理、大坝混凝土三维动态细观力学分析、CT技术应用等方面。
4、结语
总而言之，我国对水工混凝土结构抗震研究还存在诸多问题，一方面缺乏工程实践案例，另一方面一些关键技术也难以攻克，在目前抗震研究追不上工程建设规模和发展的前提下，水利工程建设依然存在较高的风险。所以，我们要加大对重大工程抗震安全保障的应对，认真分析过去在水工混凝土结构抗震研究中取得的经验，总结经验、克服障碍，为抗震安全保障提供支持和帮助。
参考文献
[1] 张琳琳，顾冲时，王嘉琪.重大水工混凝土结构健康综合诊断结构体系研究[J].红水河. 2003（04）
[2] 党伟，杨宏伟，贾桂琴.水工混凝土结构的耐久性问题[J].河南水利与南水北调. 2009（07）
[3] 郑永杰，辛宝美，蒋殿顺.水工混凝土结构裂缝成因预防和处理的一般方法[J].内蒙古水利. 2005（02）
[4] 陈玲，张桂花，关万武，孙淑侠.水工混凝土结构耐久性研究[J].水资源与水工程学报. 2006（04）
[5] 李雪红，叶燕华.水工混凝土结构裂缝主要成因挖掘的粗集方法[J].东南大学学报（自然科学版）. 2006（S2）
篇5
中图分类号:TV641文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)03-0030-03
随着计算机的飞速发展和广泛应用以及有限元理论的日益完善,ANSYS等大型通用有限元分析软件被日益广泛地应用到水利水电工程结构设计中。ANSYS软件作为一个大型通用有限元分析软件,可以对结构在各种外荷载条件下的受力、变形、稳定性及各种动力特性做出全面分析。
根据《水工建筑物抗震设计规范》 (DL5073-2000) ,设计烈度为7、8、9度的1、2、3级的混凝土重力坝需要进行抗震设计。
云南省水利资源丰富,是水利大省,同时,也是地震多发区,很多电站的坝址区设计地震烈度≥7度,因而在水利工程设计中,抗震设计是不可忽视的部分。
一、结构的地震作用效应的计算方法
目前结构抗震设计规范所提到的结构的地震作用效应的计算方法有动力法和拟静力法两类。其中动力计算方法又包括:底部剪力法、振型分解反应谱法及时程动力分析法。
时程动力分析法是将表示地面加速度的地震波a0(t)直接输入结构的动力方程,求解结构振动时的位移x(t)。时程动力分析法在理论上比较精确,但也比较复杂。特别是目前结构抗震设计规范未对时程动力分析法所得结果的处理以及设计标准做详细规定。
振型分解反应谱法及底部剪力法都是动力法中的反应谱法,即按标准反应谱、考虑地震时的地面加速度a0(t)所引起的结构自身的加速度动力反应,并以作用在结构上的地震惯性力来表示,把动力问题转化为静力问题处理。振型分解反应谱法是综合考虑了结构在不同振型时的地震反应,而底部剪力法则只考虑结构的第一振型(基本振型)时的反应,是一种简化计算方法。
拟静力法是将结构的重力作用、设计地震加速度与重力加速度的比值、给定的动态分布系数三者乘积作为设计地震力的静力分析方法。在确定地震作用后,将其作为静力荷载施加于建筑结构,与静力荷载作用的情况一样进行结构分析。
根据《水工建筑物抗震设计规范》 (DL5073-2000) ,工程抗震设防类别为甲类(场地基本烈度≥6度的1类壅水建筑物)时,地震作用效应的计算需采用动力法。目前采用振型分解反应谱法进行水工建筑物抗震设计相对简单易行,是采用最多的动力计算方法。
二、振型分解反应谱法
根据结构动力学的基本求解理论可得多自由度体系的弹性动力方程为:
(1)
对于无阻尼外荷载的自由振动问题,阻尼项和外力均为0,于是,动力方程改为:
(2)
由于弹性体的自由振动总可以分解为一系列的简谐振动的叠加,为了确定弹性体的自由振动的固有频率及相应的振型,可以考虑如下的简谐振动的解:
(3)
其中{g}是位移{x(t)}的振幅列向量,它与时间t无关,?棕是固有频率,将公式(3)代入公式(2)可得:
(4)
于是,要找如公式(4)的简谐振动就要转为?棕2和非零向量{g},使其满足公式(2)。这就是广义特征值问题。求得的?棕就是振动的固有频率,{g}就是给出的相应的振型。
三、振型分解反应谱法在的ANSYS中的实现
根据《水工建筑物抗震设计规范》(DL5073-2000),除了窄河谷中的土石坝和横缝经过灌浆的重力坝外,重力坝、水闸、土石坝均可取单位宽度或单个坝(闸)段进行抗震计算。本文以某混凝土重力坝非溢流坝段典型剖面为例,介绍混凝土重力坝振型分解反应谱平面有限元计算过程。本工程基本设计烈度为8度,设计地震加速度为0.2g(重力加速度g=9.81m/s2)。
(一)模型及边界条件
在ANSYS软件中,采用振型分解反应谱法进行结构的地震计算时,所有材料的非线性特性均失效,因而对于平面分析,可采用Plan42单元进行计算;另外,除材料自重外,所有外加荷载均不参与计算,因而,计算模型不施加外荷载。
材料参数:采用线弹性模型,需要输入坝体混凝土及基岩的容重和弹性模量,在此,坝体混凝土的动态弹性模量采用静态弹性模量的1.3倍,而基岩的动态弹性模量与静态弹性模量相同。
计算范围:取坝体上、下游以及底面基岩均取约1.5倍坝高进行计算,基岩仅考虑弹性,因而采用无质量单元。
边界约束条件:基岩上下游边界和底部边界均施加法向约束。
单元类型:坝体采用平面四节点单元(plane42),考虑坝体纵缝不进行灌浆,坝体按平面应力问题进行计算,基岩按平面应变问题进行计算;考虑坝体上游面的动水压力,采用单质点质量单元(mass21)。
(二)模态分析
根据《水工建筑物抗震设计规范》(DL5073-2000),一般情况下,水工建筑物可只考虑水平向地震作用,设计烈度为8、9度的1、2级重力坝等壅水建筑物应同时计入水平向和竖向地震作用。当同时计算水平向和竖向地震作用效应时,总的地震作用效应也可将竖向地震作用效益乘以0.5的遇合系数后与水平向地震作用效应直接相加。
1.各阶振型和频率计算。采用ANSYS计算软件中的模态分析选项:antype,modal。用子空间法提取前10节模态:modopt,subsp,10。求解后用ansys后处理模块post1即可得出前十阶振型和频率。
考虑水平向地震时,地震加速度采用设计地震加速度ah,用考虑上游面动水压力的计算模型(满库模型)进行模态分析,提取前十阶振型和各阶频率。
考虑竖向地震时,地震加速度采用设计地震加速度的2/3,即av=2an/3,用不考虑上游面动水压力的计算模型(空库模型)进行模态分析,提取前十阶振型和各阶频率。
2.反应谱谱值计算。《水工建筑物抗震设计规范》(DL5073-2000)给出的设计反应谱见图1:
其中,对于混凝土重力坝,?茁max=2.0,一类场地Tg=0.2s。
由上节所述反应谱计算所得各阶振型求出前十阶周期,查设计反应谱,得出各阶反应谱值,作为下一阶段反应谱分析的输入数据。
本算例典型坝段各阶自振频率和反应谱值见表1:
(三)反应谱分析及模态扩展
分别将水平地震作用和竖向地震作用下模态分析得出的坝体各阶频率和反应谱谱值输入,进行反应谱分析,并进行10阶模态扩展,得出各阶反应谱分析结果。
设置分析类型为反应谱分析:antype,spectr。
设置地震作用方向:sed,x,y,z;其中x,y,z为分析开关,考虑该方向的地震作用时设置为1,不考虑该方向地震作用时设置为0。
输入各阶频率:Freq,f1,f2,……,f9;Freq,f10;其中f1～f10为坝体第1～第10阶频率。
输入各阶频率所对应的反应谱谱值:Sv,0.05,d1,d2,……,d9;Sv,0.05,d10,其中d1～d10为坝体第1～第10阶反应谱谱值。
进行模态扩展:expass,on;mxpand,10,yes,0.005
(四)合并模态
对各阶模态响应进行平方根组合,得到反应谱分析结果。将竖向地震作用的反应谱分析结果乘以0.5,并与水平地震作用叠加,得坝体动力分析结果。
用平方根法合并模态:srss,0.05,disp。
求解后读取模态合并结果文件file.mcom。即可得水平向或竖向的反应谱分析结果,又post1后处理模块可得出坝体各节点应力状态及位移状态。
四、计算结果的处理
由于任何水工结构都不可能仅受地震荷载作用,要完整考虑坝体的受力状态,通常考虑正常运行工况与地震工况的组合。由于振型分解反应谱法计算所得结果仅为坝体内某点在相应地震烈度的作用下的最大可能应力及位移,不计应力和位移的方向,因而需考虑动、静应力及位移的叠加。本文介绍了目前常用的最不利组合原则和全拉全压原则两种目前最常用的原则。
(一)最不利组合原则
按最不利组合原则组合静态反应和动态反应得到综合反应。
综合位移组合原则为:对于坝体同一结点,如果x轴方向(y轴方向和z轴方向相同)静态位移为正值时,就把x轴方向动态位移作为正值与静态位移进行叠加;如果x轴方向(y轴方向和z轴方向相同)静态位移为负值,就把x轴方向动态位移作为负值与静态位移进行叠加。静动态荷载作用下的综合位移,按照此原则进行组合最为不利。
综合应力组合原则为:对于坝体同一结点,如果静态某一应力分量为负时,该部位的动态相应应力分量数值小于其静态应力分量的绝对值时,把动态相应应力分量作为负值与静态应力分量进行叠加;其他条件下(包括静态某一应力分量为负时,该部位的动态相应应力分量数值大于其静态应力分量的绝对值和静态应力分量为正时两种情况)把动态应力分量作为正值与相应静态应力分量进行叠加。静、动态荷载作用下的综合应力按照上述原则进行组合对坝体的抗拉和抗压强队安全最为不利,在此称应力组合原则为“强度最不利应力叠加原则”。
最不利组合原则考虑了位移和强度在不同情况下使用不同的组合原则,理论上比较科学。但采用此方法需对结构每个节点的各方向应力及各方向位移一一进行判断,分别计算,计算较为复杂。
(二)全拉全压原则
全拉全压原则先将所用应力均看作是正值(拉)与静力状态下各节点的应力进行迭加,得出静+动的计算结果,然后将所有应力均看作是负值(压),与静力状态下的各结点应力进行迭加,得出静-动的计算结果,将两套迭加成果均列出来进行分析比较。同样,位移也采用同样的方法进行处理。
全拉全压原则计算时只需将反应谱计算结果与静力状态计算结果直接计算较为简便。
图2为由全拉全压法求得的坝体竖向位移等值线图,图3为坝体第一主应力等值线图。
五、结语
由于地震作用的复杂性和不可预见性,地震高烈度区混凝土重力坝的抗震设计、计算方法仍在实践中不断发展。作为设计人员,往往希望采用相对简单易行、计算成果可以指导设计的计算方法。本文简要介绍了混凝土重力坝抗震动力分析中最常用的动力计算方法――振型分解反应谱法的分析过程,并以某混凝土重力坝典型非溢流坝段为例,介绍了该计算方法在大型有限元软件ANSYS中的应用,介绍了计算结果的两种常用处理方法,对一般大、中型混凝土重力坝进行快速抗震分析有一定的参考价值。
参考文献
[1]中华人民共和国电力行业标准.水工建筑物抗震设计规范(DL 5073-2000)[S].北京:水利水电出版社,2000.
篇6
Abstract: according to the middle of Lhasa city Lhasa to the actual situation of levees, using a variety of methods of Lhasa to the foundation soil liquefaction discrimination, the foundation soil liquefaction processing method study. The water conservancy norms and the building codes for saturated sand liquefaction discrimination on, and compared the liquefaction processing method of this project to adopt the appropriate liquefaction processing method.
Keywords: foundation; Sandy soil; Liquefied; processing
中图分类号： TU47 文献标识码：A 文章编号：
1 前言
拉萨市拉萨河城区中段防堤地基卵石层中有饱和砂土层分布，砂土层埋深1.0～3.8m，厚度1.0～2.2m，处于松散状态。地下水位距地表约1m。砂土属第四系全新统的河流冲积层，砂土中粘粒含量在2%左右。该河段所处位置为地震高发区，地震基本烈度为8度，地震动峰值加速度为0.2g，根据《水利水电工程地质勘察规范》和《建筑抗震设计规范》的规定，判定此河段砂土为可能液化土。地震、涌浪、车辆行驶、机器震动等都可能引起饱和砂土的液化。
2 观测及试验内容
在拉萨河防洪工程取K5+205～K5+435段主要饱和砂土液化段作为案例进行以下内容的观测、试验和计算分析。
2.1原位观测
包括沉降观测、位移观测。
2.2 原位测试
主要对液化砂土层进行标准贯入试验。
2.3室内试验
主要对液化砂土取样进行粘粒含量和相对密度的测定。
2.4计算分析
包括静力计算分析(沉降和稳定)、动力计算分析(液化土层液化可能性、液化指数、液化失稳状态)。
3液化判别
根据《水利水电工程地质勘察规范》规定，对于地震动峰值加速度为0.2g 的8度抗震设防区，如果砂土中的粘粒含量大于18%时，可判为不液化土，研究段砂土的粘粒含量不超过3%，可初步判定为可液化土层，应采用相对密度法、标准贯入锤击数法方法进行进一步判定。
3.1 相对密度法
根据水利规范，研究段地震动峰值加速度为0.2g，饱和砂土相对密度不大于液化临界相对密度75%，根据试验成果，研究段内饱和砂土的相对密度为33～43%，为可能液化土。
3.2 标准贯入锤击数法
现行规范用标准贯入锤击数法进行液化判别可使用的规范有2个：其一为《水利水电工程地质勘察规范》(以下简称水利规范)；其二为《建筑抗震设计规范》(以下简称建筑规范)，这2个规范的计算原理基本相同，水利规范只能根据经验判别式判别地基土是否液化，但对液化的危害程度不能做出定量估计，使得选择抗液化处理方法上不能根据液化等级分别对待，这主要是因为水利规范不能反映液化土层厚度、埋深等因素对液化程度的影响，建筑规范采用计算地基液化指数来进行分级估计地基液化程度，本次分析同时采用建筑规范进行量化估计砂土液化程度。
标准贯入锤击数判别方法：标准贯入锤击数实测值N＜Ncr，则应判定为液化土，否则为不液化土，N、Ncr按水利规范可按下式进行计算。
1）水利规范
（1）
式中No为液化判别标准贯入锤击数基准值；ds标准贯入点在当时地面以下深度（m）；dw地下水位当时地面以下深度（m）；ρc为土的粘粒颗粒含量质量百分率（%），当ρc＜3，ρc取3。
2）建筑规范
按建筑规范对砂土液化程度进行量化评价，按公式（2）计算的液化指数IlE并根据其大小分为3个液化等级：IlE ≤6为轻微液化；618为严重液化。
（2）
式中Ni为饱和土层中i点的实测标贯击数；Ncri为相应于Ni深度处的临界标贯击数；n为每个钻孔内饱和砂土层标贯点总数；di为i点所代表的土层厚度(m)；Wi为i土层单位土层厚度的层位影响权函数值。
天然状态下5个试验孔位的砂层液化判别结果见表1，液化等级均为中级。
表1堤线沿线未建堤防前砂土层液化判别表
高约3m的防洪堤防修建后，由于饱和砂土层受上覆附加荷载的作用，砂土的密度将有一定程度的提高。综合考虑拉萨河的径流情况、地基排水状况以及现行堤防设计断面，一般情况下地下水位不会有太大的变化。在不考虑密度提高的情况下，仅考虑修建堤防后标准贯入试验的深度校正和水位深度变化，按公式（3）对实测标贯击数进行校正：
（3）
式中，N’为实测标准贯入锤击数；ds防洪堤修建后标准贯入点在当时地面以下深度（m）；dw防洪堤修建后地下水位在当时地面以下深度（m）；d’s防洪堤修建前标准贯入点在当时地面以下深度（m）；d’w防洪堤修建前地下水在当时地面以下深度（m）。
校正后对饱和砂土液化可能性判断结果见表2。可见原饱和砂土层的液化情况己大大改善，这就说明，填筑3m高的防洪堤后，饱和砂土液化的范围将大大减小，仅局部地方仍存在液化的可能性。
表2修建防洪堤后砂土层液化判别表
4常用砂层液化处理方法
饱和砂土液化的处理措施从其机理上主要有提高相对密度、改变土的成分(复合地基)等方法。
4.1提高密实度的方法
1）振冲密实法
一方面利用振冲器的强力振动使饱和砂土发生液化，砂颗粒重新排列，孔隙减小，另一方面依靠振冲器的水平振动力，加回填料，使砂层挤密，从而达到提高地基承载力，减小沉降，消除砂土液化效应。振冲密实法主要适用于粘粒含最小于10%的松散砂土，处理深度依据振冲器的功率大小由浅至深，最深可达30m。
2）挤密砂石桩法
该法采用沉管法或其他方法在地基中设置砂桩、碎石桩，并在成桩过程中对桩间土进行挤密，挤密的桩间土和砂石桩形成复合地基，消除砂土液化效应提高地基承载力。成桩过程中可采用大能量重锤夯扩桩体，挤密效果更好。其处理最大深度可达20m。
3）强夯法
以法般采用8～40t的夯锤从6～40m高处自由落下，砂土在强夯的冲击力和振动力作下密实达到消除液化的目的。其处理最大深度可达10m左右。
4）振动碾压法
该法一般采用16~32t凸块振动碾压地基饱和砂土，使土体密实，提高地基承载力、消除液化、减小沉降量，处理深度一般在2～3m，深度越大，碾压效率越低。
4.2 复合地基的方法
1）深层搅拌法
此法利用深层搅拌机将水泥和地基土搅拌形成复合地基，改良砂土，提高地基土的承载力，消除砂土液化，减小沉降量。
2）高压喷射注浆法
利用钻机将带有喷嘴的注浆管钻进到预定位置，然后用高压浆液冲切土体，形成复合地基，提高地基土的承载力，消除砂土液化，减小沉降量。
3）挤密灌浆法
通过钻孔向土层中压入浓粘土浆填充砂土的空隙，增加土体的粘粒含量，增加土体的密度，消除砂土振动液化的可能性。使用这种方法关键取决于地基土的可灌性。卵砾石土的可灌性好，砂土的可灌性差。
4.3 砂土液化处理方法的选择
以上方法对砂土液化的处理都有明显的效果，其中采用振冲密实法、挤密砂石桩法效果较好，多用于处理饱和液化土埋深较大、层厚较大土层，施工机具较大对施工空间要求较大；强夯法多用于处理饱和液化土埋深不大、分布面积较多的场地，其施工时对附近民房振动损坏影响较大；深层搅拌法、高压喷射注浆法、挤密灌浆法关键取决于地基土的可灌性，卵砾石土的可灌性好，砂土的可灌性较差，且卵砾石中的潜流流速比较大，吃浆量大，不经济。
针对拉萨河沿线饱和砂土层埋深较浅，分布较薄，所建防洪堤高度不高仅3.0m左右属非生命线工程，且防洪提建成后地基细砂层在8度地震情况下的液化的可能性大为降低或液化等级轻微，可采用振动碾压法对防洪堤基底饱和砂土进行压密，并在振动碾压后采取饱和砂样进行相对密度实验及进行标准贯入试验，以检验碾压效果及调整振动碾压能量。
参考文献：
[1] 中华人民共和国水利部规范、水利水电工程地质勘察规范(GB 50487-2008)[S].北京:中国计划出版社.2009.
[2] 中华人民共和国建设部规范、建筑抗震设计规范(GB 50011-2010) [S].北京:中国建筑工业出版社.2010.
[3] 魏向金.日本的砂土液化防止对策和施工方法[J].黑龙江水专学报, 2001, 28 (2):76-79.
篇7
Abstract: In this paper, the problems existing in the upstream revetment of Sanwan reservoir are analyzed, and based on that the reinforcement design is conducted.
Key words: Sanwan reservoir; problems; design scheme; revetment design
中图分类号：U617.8 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1、工程概况
三湾水库地处长江流域滁河左岸支流——管坝河上游，水库控制流域面积74.6km2，正常蓄水位43.5m（吴淞高程系，下同），总库容4306万m3，是一座具有灌溉为、防洪、供水等综合利用的中型水库。水库始建于1966年，经三期施工至1970年达到本次加固前规模。工程于1970年基本完成并投入使用，1992、1999年水库进行过局部除险加固（不包括上游护坡）。
水库大坝为均质土坝，坝顶全长1360m，坝顶高程46.0m，坝顶宽4.5m，防浪墙顶高程为47.2m，最大坝高19.0m。大坝上游41.0m高程由2.0m宽的平台，平台上、下游坡比分别为1:2.0和1:2.5。坝坡采用干砌块石护坡，干砌石护砌从34.0m护至坝顶46.0m。
2、上游护坡存在的问题
大坝上游坝坡设有干砌块石护坡，现状护坡自高程34.0m至坝顶46.0m，干砌块石护坡厚0.4m，其下为0.1m碎石垫层。由于运行年代久远，水位变幅区块石松动、塌陷严重，且平台坡脚处未设齿墙。
3、设计方案比较
根据《碾压式土石坝设计规范》（SL 274-2001），水库上游护坡主要有干砌石护坡、浆砌石护坡、现浇混凝土板护坡、混凝土锁块护坡等形式。根据调查三湾水库周边没有符合水库护坡要求的石块，因此本次设计对现浇混凝土板护坡及混凝土锁块护坡2钟形式进行比较。护坡范围为41.0m至坝顶。
拆除重建为现浇混凝土板护坡
将41.0m高程以上的干砌石护坡全部拆除重建，新建护坡为现浇C20混凝土板护坡，现浇混凝土板厚120mm，下设100mm厚的砂石垫层，护坡底部设C20混凝土齿墙。护坡间隔15.0m设一道横向格埂，结合格埂设伸缩缝一道，缝中填充沥青油毛毡。拆除的块石抛入坝脚护坡。
新建混凝土锁块护坡
将41.0m高程以上的干砌石护坡全部拆除重建，新建为C20混凝土预制锁块护坡，现浇混凝土板厚120mm，下设100mm厚的砂石垫层，护坡底部设C20混凝土齿墙。护坡间隔15.0m设一道横向格埂。拆除的块石抛入坝脚护坡。
根据两种护坡方案比较，两种护坡所需混凝土及砂石垫层量一致，建设投资相当。但考虑三湾水库41.0m高程以上坝坡坡比仅为1:2.0，采用现浇混凝土方案，施工难度较大，且施工中工程质量很难保证。而混凝土预制锁块施工较为简单，且更为美观。综合比较，三湾水库采用混凝土锁块护坡。
护坡设计
大坝上游坝坡设有干砌块石护坡，现状护坡自高程34.0m至坝顶46.0m，干砌块石护坡厚0.4m，其下为0.1m碎石垫层。由于运行年代久远，水位变幅区块石塌陷松动严重。为减小施工难度，加快施工进度同时考虑节约投资，本次加固设计拟对41.0m高程以上护坡拆除重建，新建护坡采用混凝土预制锁块结构，护砌范围自41.00m高程至坝顶。
混凝土护坡厚度按照《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001附录A中有关规定进行计算，计算公式如下：
式中： η——系数，取1.0；
——累积频率为1%的波高，取1.26m；
b——沿坝坡向的板长；
——板的密度，取2.4t/m3；
m——坝坡坡度系数，m=2.0。
经计算t=0.11m。结合工程经验，确定砼护坡厚度取0.12m，混凝土强度等级C20。
新铺设的护坡结构为120mm预制锁块下设100mm厚砂石垫层，铺设砂石垫层同时利用砂石对现状坝坡进行找平。于41.0m平台内侧浇筑一道C20混凝土齿墙，并沿坝轴线方向每隔15.0m浇筑一道混凝土格埂，齿墙与格埂尺寸均为0.3×0.6m，顶部与新建的防浪墙顺接。
图1.大坝上游护坡断面图
图2.大坝上游护坡平面图
图3.预制块大样图
结语
采用混凝土锁块护坡能有效解决三湾水库坝坡防护的问题，又能使该水库坝面看起来非常美观，为以后该水库的旅游发展打下良好的基础。
参考文献：
【1】《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252—2000）；
【2】《水利水电工程初步设计报告编制规程》（DL 5021-93）；
【3】《碾压式土石坝设计规范》（SL 274-2001）；
【4】《水工混凝土结构设计规范》（SL191-2008）；
【5】《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-97）；
篇8
一些大型水工建筑尤其是高坝在设计建设过程中，非常重视抗震设计。如举世闻名的三峡大坝，在设计过程中依据抗震设计规范，采用了非常多的抗震设计，从而保证了其能够充分应对可能遭遇的强烈地震（否则一旦大坝被震塌，长江下游数亿百姓尽成鱼鳖，后果不堪设想）。因此，在各类水工建筑建设时，必须充分探究抗震设计规范，应用抗震设计方案。
1.水工建筑抗震设计规范与要求
1.1.水工建筑建设前应详细调查施工区的地层结构
根据地理学知识，在两个大陆板块的碰撞地带或者岩层的不稳定地带，是地震的多发区。如日本就处于亚欧板块和太平洋板块的交界处，就属于地震带，其每年发生的有感地震多达1500次以上。因此，在规划建设水工建筑时，务必要首先研究施工地带的岩层结构。首先，要确定该地带是否处在板块的交界处或者附近区域，若是，则应考虑另选新的建设基地；其次，要推算施工地区地壳岩层的形成年龄，一般新生的地壳岩层不稳定，容易引发地震，而岩层年龄很古老的地壳岩层则比较稳定，一般不会发生强烈地震。因此，在施工设计之前，可以利用一些探测仪器分析地层结构，掌握必要的资料数据，为水工建筑的全面抗震设计打下基础。
1.2.对施工区的地形地貌做好调查研究工作
在2008年汶川五一二特大地震中，研究发现很多水工建筑如桥梁、小型水库等并未在地震中被破坏，而是毁于地震引发的次生灾害中。例如，强烈的地震会引发山体滑坡或者泥石流，其对水工建筑的破坏性并不弱于地震。因此，在水工建筑抗震设计规范中，对施工区地形地貌的调查研究工作做出了非常明确的规定。首先，是调查水工建筑施工区山体的稳定性。山体稳定性的大小直接与发生山体滑坡的概率相关，一般情况下，山坡较陡峭、碎岩山体容易发生山体滑坡。同时，还要研究施工区的地形地貌，是否会在地震中形成堰塞湖或者泥石流。在收集这些数据的基础上，进行综合分析，设计出能够预防和抵抗这类次生灾害的十二级方案。特别注意的一点是，在大坝等水工建筑选址时，并不能仅仅根据这些数据确定施工地址（例如平原地带地壳一般比较稳定，但根本不能建设水坝），因此必须将抗震设计具体到水工建筑自身上。
1.3.水工建筑抗震设计须满足“小震不坏，大震不到”
“小震不坏，大震不到”是水工建筑抗震设计规范中非常明确的要求。所谓“小震不坏”，是说水工建筑在遭遇到小烈度的地震时，其内部结构和形态不发生或者仅仅发生很小的变化（如内部结构并不发生断裂、裂缝、松动等较严重的破坏情况，或者仅仅发生外部附属结构的小范围剥落），且这种变化并不会构成正常使用威胁。而所谓的“大震不倒”，顾名思义，是指水工建筑（特别是大型水工建筑如大坝、水库等）在遭遇大烈度的地震并被次生灾害冲击中，虽然整体结构遭到严重破坏，但却不会完全崩溃而引发大规模洪灾。这两个水工建筑抗震设计规范提出的明确要求意义是非常重大的，它的落实不仅保障了水工建筑的施工质量，还在很大程度上阻止了地震灾害进一步扩大的可能性。
2.基于水工建筑抗震设计规范的具体抗震设计措施探讨
2.1.科学地选择水工建筑的施工地址
水工建筑选址是非常重要的抗震对策。其原因就在于，由于地质结构的不同，在遭受相同烈度的地震冲击时，被破坏的程度也是不同的。例如相比较于松软的地面，坚硬地面耐受力就非常强，在这种地面上面建设水工建筑，就能实现比松软地面好得多的抗震能力。因此，选择施工地址时，应尽量避开地震时可能发生地基失效的松软场地，选择坚硬场地。基岩、坚实的碎石类地基、硬粘土地基是理想的桥址场地；饱和松散粉细砂、人工填土和极软的粘土地基或不稳定的坡地都是危险地区。同时还应应尽量避免跨越断层，特殊困难情况下应进行地震安全性评价。另外需要注意的一点是，选址是还应尽量避免距离高山、陡坡较近的区域，以免被次生灾害（山体滑坡）破坏。同时，在施工之前还要进行详细的地质勘探，以防将水工建筑选建在了地壳断层上。
2.2.地基抗震设计措施
地基是水工建筑的“脚”，若想在地震中“站得稳”，地基必须“扎得深”。在地震多发带（包括其他地区）的大型水工建筑为了提高抵抗地震的能力，一般采用深基坑施工方法，以增强建筑结构的抗扭曲能力。同时，地基一般由钢筋混凝土整体浇筑的桩基础施工而成，其中钢筋选择高强度的抗扭曲筋，以加强基础的整体性和刚度，同时采取减轻上部荷载等相应措施，以防止地震引起动态和永久的不均匀变形。而在地基基础与上层建筑的接触位置，为了防止地震中产生相对滑动或者断裂，应采用嵌入式设计。在地基施工完毕后，还要进行强度检测，特别是对混凝土强度的试验检测，必须严格，保证地基整体的浇筑质量。
2.3.水工建筑建筑外形的选择和结构布置的抗震设计措施
在地震带建设水工建筑时，科学的选择建筑构型和结构布置是非常重要的抗震策略。就以水工建筑建设中占据重要地位的桥梁来说，桥型决定了桥梁的力学结构，而桥孔作为构型的一部分，其位置布置会在很大程度上影响桥梁的抗震性能。因此，在桥型选择时要做到因地制宜，且梁应结合地形、地质条件、工程规模及震害经验，选择合理的桥型及墩台、基础型式。宜尽可能采用技术先进、经济合理、便于修复加固的结构体系。可以考虑采用减震的新结构，比如型钢混凝土结构等。而在桥孔布置时，应兼顾防震能力与通过能力，且以防震能力为主。一般来说，在地震多阀带普遍采用等跨桥孔布置法，两侧桥孔对称，中间不留孔，同时采用低矮桥墩的设计。而且，桥体整体设计在满足通过能力的基础上，尽量减轻重量，减少没有必要的附属结构，以简洁设计为主。同样，在其它水工建筑设计时，也要遵循“以稳为主，兼顾简洁”的设计原则，尽量提高水工建筑的抗震性能。
2.4.防地震次生灾害的涉及措施
在很多情况下，水工建筑不得不“依山傍水”，建设在高山峡谷地区。因此，在防止地震造成破坏的同时，预防次生灾害造成的破坏也非常重要。首先，是尽可能的增强水工建筑的结构强度，只有建筑体自身具备了“钢筋铁骨”，才不惧怕泥石流或者山体滑坡的冲击。因此，在水工建筑设计施工时，应注重钢筋混凝土的应用。同时，尽量选用整体砼建筑的施工方法，来加强整体建筑结构的强度。此外，在建筑结构之间的衔接处，如主梁和次梁的交接处，应采用加固措施，例如用钢筋网扎箍，并用水泥浇筑；其次，在水工建筑如桥梁的关键部位，应开辟出适当面积的缓冲地带，减小次生灾害的冲击力，以免超过水工建筑抵抗的极限；最后，在水工建筑的周围还应根据实际需求建立防护墙。且防护墙的高度应在两米左右，采用锥型设计方案，最大程度地吸收滑坡或者泥石流的冲击力，保护水工建筑的安全。
3.结束语
水工建筑抗震设计必须严格按照设计规范进行。而且，在设计方案的施工落实过程中，还应当加强施工管理，保证施工质量。同时，在工程验收时必须做好抗震设计的综合考核，保证工程施工品质。
参考文献：
篇9
中图分类号：TV697 文献标识码：A 文章编号：
1工程概况
1.1基本概况
茶山岗水库位于藤县象棋镇中信村，1957年12月建成,所在河流为浔江的北流河支流干塘河上。坝址以上集雨面积0.45km2，河流长度0.82km，河流坡降92.8‰。流域为山丘区小河冲，植被一般。茶山岗水库为小（2）型水库，以灌溉为主，灌溉面积150亩。
茶山岗水库本次复核总库容为17.3万m3，根据茶山岗水库工程的规模、《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）和《国家防洪标准》（GB50201-94）规定：属小（2）型水库、Ⅴ等工程，5级建筑物，茶山岗水库大坝登记表为20年一遇洪水设计、200年一遇洪水校核，原设计、校核洪水标准符合规范要求，本次评价仍按20年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核标准复核；设计洪峰流量为12.5m3/s，设计洪水位为181.20m；校核洪峰流量为17.4m3/s，校核洪水位为181.61m；正常蓄水位为179.95m，死水位为177.70mm；水库总库容17.3万m3，水库兴利库容为6.1万m3，调洪库容5.4万m3，死库容5.8万m3。
1.2 主要建筑物
茶山岗水库由大坝、溢洪道和输水设施组成。大坝为均质土坝，实测坝顶高程182.110~182.880m，最大坝高7.58m，坝顶宽2.38~3.60m，坝顶长35.30m。大坝内坡无任何防护，坝坡坡比从上到下为1:2.08；外坡坡面不平整，草皮植被差，坡比从上到下依次为1:8.63、1:3.94，坝脚无排水反滤体。溢洪道设在大坝右端，为明渠，进口底高程为179.95m，进口宽1.45m，最大下泄流量为9.33m3/s。溢洪道底板及边墙均无衬砌，出口无消能设施。输水设施采用梯级放水道放水，进口高程177.70m，埋于左侧坝体下方，为瓦筒管，直径为φ0.3m，最大放水流量为0.07m3/s，主要是满足下游灌溉用水。
1.3 垮坝影响
影响人口1000人、耕地100多亩。建成后运行至今已50多年，工程已存在较严重安全隐患，为了使工程能够安全运行，发挥其应有的效益，对该工程进行除险加固已迫在眉捷。
2大坝现场安全检查
现场安全检查发现工程存在以下问题和隐患：
2.1 大坝
坝顶为泥土路面，两侧无路缘石；内坡无防护，风浪冲刷严重，坡面不平整，局部已崩塌；外坡坡面不平整，草皮植被差。坝脚无排水反滤体，高水位时坝脚有水渗出，渗漏量随水位升高而增大；大坝内、外坡无上坝台阶，外坡坝肩及坝脚均无排水沟；坝坡有蚁害现象。
2.2 溢洪道
溢洪道底板及边墙均无衬砌，出口无消能设施，无跨溢洪道交通桥，影响安全泄洪。
2.3 输水设施
梯级放水道底部沉陷开裂，浆砌石表面砂浆老化脱落，漏水严重；穿坝放水涵管老化，沉陷开裂，漏水严重，出口处在停水期仍有0.15L/S的漏水量。
2.4 管理设施
大坝没有必要的安全观测设施，坝首现有30m2值班房一间。
2.5 防汛公路
水库防汛公路长1.8km，路面宽3.0m，为泥土路面，路况差，影响防汛抢险工作。
3大坝安全分析评价
3.1工程质量评价
根据地质勘测资料，坝体渗透系数为6.7×10-4 cm/s，不符合《小型水利水电碾压式土石坝设计导则》（SL189-96）规定的均质土坝不大于1.0×10-4cm/s的要求。坝基为强风化粉砂岩，透水率q =13~22Lu，属中等透水。坝顶为泥土路面，两侧无路缘石；内坡无任何防护，风浪冲刷严重，坡面不平整，局部已崩塌；外坡坡面不平整，草皮植被差。坝脚无排水反滤体，高水位时坝脚有水渗出，渗漏量随着水位升高而增大；大坝内、外坡无上坝台阶，外坡坝肩及坝脚均无排水沟；坝坡有蚁害现象。大坝工程质量评为不合格。
溢洪道底板及边墙均无衬砌，出口无消能设施，无跨溢洪道交通桥，影响安全泄洪。溢洪道工程质量评为不合格。
梯级放水道底部沉陷开裂，浆砌石表面砂浆老化脱落，漏水严重；穿坝放水涵管老化，沉陷开裂，漏水严重，出口处在停水期仍有0.15L/S漏水量。输水设施工程质量评为不合格。
综上所述，茶山岗水库工程质量评为不合格。
3.2 运行管理评价
水库坝首现有值班房30m2，无交通车辆和防汛船只，办公条件差、不能适应水库管理要求；水库运行调度运用方法落后不科学；大坝在修建过程中遗留有较多的质量问题和安全隐患，由于受资金限制，水库险情未能彻底根除，险情仍时有发生；大坝没有必要的安全监测设施，无法监测大坝安全运行；输水箱涵内径太小，平常无法进人检查其现状存在的问题。
鉴于大坝运行管理存在较多的问题，已经影响工程效益的正常发挥，对工程的安全构成威胁。根据《水库大坝安全评价导则》(SL258-2000)的有关规定，茶山岗水库工程运行管理综合评价为“差”。
3.3 防洪标准复核
根据茶山岗水库工程的规模、《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）和《国家防洪标准》（GB50201-94）规定：属小（2）型水库、Ⅴ等工程，大坝为均质土坝，为5级建筑物，大坝的设计标准为20~30年一遇洪水设计，200~300年一遇洪水校核。大坝注册登记的设计、校核洪水标准分别为20年、200年一遇，原设计、校核洪水标准符合规范要求。坝顶高程要求为183.415m，而大坝实际坝顶高程为182.110~182.880m，坝高不满足《防洪标准》（GB50201-94）的要求。
根据调洪演算，溢洪道满足最大泄洪流量安全下泄的要求。溢洪道底板及边墙均无衬砌，出口无消能设施，无跨溢洪道交通桥，不满足安全泄洪要求。水库垮坝影响：影响人口1000人、耕地100多亩。根据《大坝安全鉴定评价导则》的规定，茶山岗水库由于坝顶高程不满足规范要求，挡水安全性分级为C级；溢洪道满足安全下泄要求，泄洪安全性分级为B级。
综合大坝挡水安全性、溢洪道泄洪安全性分级，水库防洪安全性分级为C级。
3.4 结构安全评价
大坝上、下游坝坡抗滑稳定安全系数均满足规范要求。现状坝顶宽度为2.38~3.60m，部分坝顶宽度不满足规范要求。内坡无任何防护，风浪冲刷严重，坡面不平整，局部已崩塌；外坡坡面不平整，草皮植被差；坝脚无排水反滤体，大坝内、外坡无上坝台阶，外坡坝肩及坝脚均无排水沟。综上所述，大坝结构安全性评为B。
溢洪道底板及边墙均无衬砌，出口无消能设施，无跨溢洪道交通桥，影响安全泄洪。综上所述，溢洪道结构安全性评为C。
涵管过流能力满足要求。梯级放水道底部沉陷开裂，浆砌石表面砂浆老化脱落，漏水严重。穿坝放水涵管老化，沉陷开裂，漏水严重，出口处在停水期仍有0.15L/S的漏水量。故结构强度不满足要求。综上所述，输水设施结构安全性评为C级。
综上所述，水库结构安全评价为C级。
3.5 渗流安全评价
根据勘测资料，坝体渗透系数为6.7×10-4cm/s，不符合《小型水利水电碾压式土石坝设计导则》（SL189-96）规定的均质土坝不大于1.0×10-4cm/s的要求。坝基为强风化粉砂岩，透水率q=13~22Lu，属中等透水。各种工况下大坝出逸点水力坡降均小于坝体的允许渗透（Jc=0.470）坡降，坝体渗透稳定，大坝浸润线渗流出逸点较高，渗漏水在下游坡面形成表面泾流，会带走外坡表土。坝体筑填土与坝基接触不紧密，接触带存在渗漏现象。坝脚无排水反滤体，高水位时坝脚有水渗出，渗漏量随着水位升高而增大。综上大坝渗流安全性评为C。
溢洪道设在坝首右端，为明渠，由强风化紫红色粉砂岩组成，岩石节理发育，抗冲刷力较差。现场检查溢洪道无明显渗漏。综上所述，溢洪道渗流安全性评价为B级。
梯级放水道底部沉陷开裂，浆砌石表面砂浆老化脱落，漏水严重。穿坝放水涵管老化，沉陷开裂，漏水严重，出口处在停水期仍有0.15L/S的漏水量。综上所述输水设施渗流安全性评为C。
综上所述，水库渗流安全评价为C级。
3.6 抗震安全复核
根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001)，茶山岗水库所在区域测区地震动峰加速度为0.05g，相应地震基本烈度为Ⅵ度，反应谱特征周期为0.35s。根据《水工建筑物抗震设计规范》(SL5203-97)和《水库大坝安全评价导则》(SL258-2000)的规定，可不进行抗震复核。
3.7 金属结构安全评价
茶山岗水库无金属结构，不用进行金属结构安全性复核。
4 工程存在的主要问题
4.1 大坝
坝顶高程要求为183.415m，而大坝实际坝顶高程为182.110~182.880m，坝高不满足《防洪标准》（GB50201-94）的要求。根据地质勘测资料，坝体渗透系数为6.7×10-4cm/s，不符合《小型水利水电碾压式土石坝设计导则》（SL189-96）规定的均质土坝不大于1.0×10-4cm/s的要求。坝基为强风化粉砂岩，透水率q=13~22Lu，属中等透水。各种工况下大坝出逸点水力坡降均小于坝体的允许渗透（Jc=0.470）坡降，坝体渗透稳定，但大坝浸润线渗流出逸点较高，渗漏水在下游坡面形成表面泾流，会带走外坡表土。坝体筑填土与坝基接触不紧密，接触带存在渗漏现象。大坝上、下游坝坡抗滑稳定安全系数均满足规范要求。内坡无任何防护，风浪冲刷严重，坡面不平整，局部已崩塌。外坡坡面不平整，草皮植被差。坝脚无排水反滤体，高水位时坝脚有水渗出，渗漏量随着水位升高而增大。大坝内、外坡无上坝台阶，外坡坝肩及坝脚均无排水沟。
4.2 溢洪道
根据调洪演算，溢洪道满足最大泄洪流量安全下泄的要求。溢洪道底板及边墙均无衬砌，出口无消能设施，无跨溢洪道交通桥，不满足安全泄洪要求。
4.3 输水设施
梯级放水道底部沉陷开裂，浆砌石表面砂浆老化脱落，漏水严重；穿坝放水涵管老化，沉陷开裂，漏水严重，出口处在停水期仍有0.15L/S的漏水量。
4.4 管理设施
大坝没有必要的安全观测设施，坝首有值班房一间，为30m2。
4.5 防汛公路
水库防汛公路长1.8km，路面宽3.0m，为泥土路面，路况差，影响防汛抢险工作。
5意见和建议
大坝内坡用砼护坡，完善外坡排水沟，增建排水棱体；对大坝进行防渗处理；对大坝进行白蚁防治；对溢洪道进行加固处理；对输水设施进行加固处理；增建值班房；维修防汛公路；增设必要的观测设施；加强水库大坝的日常管理与监测，做好监测资料的保存与整编工作；在没有除险加固之前，要控制水库低水位运行。
参考文献：
篇10
外业勘察是获得地质资料重要的步骤．如果现场勘察工作不能保质保量完成．则后续工作质量均无法得到保证现场勘察工作的质量与钻探工艺的选择、原位测试设备的配置和从业人员的水平都有密切的关系。
1．1钻探及测试方法《建筑工程地质钻探技术标准》中针对不同的地质条件对钻探、取样方法有确具体的要求。在一些软土层中，不能直接采用重锤夯击法．应采用薄壁取土器静压取得．否则将会造成原状土样的试验指标相差很大．造成各种物理力学指标对应协调性差。
1．2现场编录内容不准确各个单位编录人员的水平参差不齐．有些甚至是没有任何经验的个体户在做现场编录．造成土层定名，划分不准确．与静力触探等原位测试结果出入很大：钻杆累计长度不准确，使土层分层界限划分有误。
1．3分析与建议从业人员素质过低是上述问题产生的原因．因此勘察单位的人员要熟练掌握不同岩土层适宜的钻探、取土方法、各种原位测试的设备标准、操作规程．把握住勘察过程中各个环节，从而获得真实可靠的第一手资料。
2．地层的划分
查明场地土层的类别、深度和分布是工程地质勘察的重要任务对岩土体的划分最根本的是把握其性质变化．在变化中区分差异．差异就是岩土层划分的依据岩土层的定名及类别划分一般首先考虑按时代、成因划分，然后按工程特性的差异性划分．定名则相对是次要的，为岩土的定性分析、定量评价提供依据。
3．地下水的勘察
在工程地质勘察报告中．水文地质条件始终是一个极为重要的问题。地下水是岩土中重要的组成部分．直接影响岩土体的工程特性．同时．场地地下水的变化又会反作用于建筑物。工程地质勘察中关于地下水存在以下几方面问题。
3．1地下水类型判定勘察报告中应明确场地地下水的类型(上层滞水、潜水、承压水)，并与周边场地情况对比参考，分析地下水的影响。例如若将上层滞水误定为潜水，就会使设计者在深基坑支护中过多的考虑地下水对支护结构的不利影响。
3．2现场试验现场抽水试验、注水实验、压水试验、渗水试验等都是根据各个工程需要和场地条件选择进行的。重要工程或有特殊要求的工程勘察项目应进行专门的水文地质勘察试验工作，查明相应水文地质参数。当场地存在多层地下水时．应分层量测水位及水文地质参数。水文地质参数不准确．则进行地基土承载力评价、基坑支护与降水、地下水抗浮等岩土工程设计或验算时将会出现偏差．导致设计方案或风险过大或偏于保守。3-3腐蚀性在各含水层的水质相差较大或浅部地下水受到污染后．应对建筑材料影响范围内的水、土分层分片进行腐蚀性一评价，如仅按混合水的水质结果评价，则可能导致腐蚀性评价结果错误。
4．地震液化评价
地震液化评价受多种条件限制．如地下水位取值、黏粒含量取值所在不同行业中由于采用不同规范等、最终判定结果往往不同。
4．1判别公式例如《建筑抗震设计规范’中公式与《水利水电工程地质勘察规范>的公式．是两个完全不同公式，是从各自工程特性给出了判别公式．但在实际工作中，特别是水利工程中若采用‘避筑抗震设计规范》中公式是不正确的。
篇11
水闸是一种利用闸门挡水和泄水的低水头建筑物，多建于河道、渠系及水库、湖泊岸边。其主要作用是控制流量和调节水位，还可担负防止潮水倒灌以及汛期排泄洪（涝）水的功能。在工程实践中，水闸除单独使用外，还经常与其他水工建筑物组成水利枢纽，共同发挥作用。
由于水闸的应用十分广泛，我国已建成各类水闸5万多座，其中大型水闸480余座，中型水闸3280余座，小型水闸4.6万余座，数量为世界之最。水闸在防洪除涝、农业灌溉、拦潮蓄淡、火力发电、城乡供水、景观旅游、生态环境等方面发挥了巨大的作用，取得了显著的经济效益、社会效益和生态环境效益。
尽管如此，在已建水闸中，有的由于缺乏合理规划、设计标准低、施工质量差、设施不配套等原因而存在“先天不足”；有的经多年运行，在复杂的自然条件和外力作用下，其材料性能和受力状态不断变化，加上管理水平不高，维修养护不够，导致病害的发生、发展，功能下降；有的由于灾害因素，如地震、火灾、超标准洪水等，造成超载，使结构或构件造成损坏或损伤。
根据有关统计资料，我国有大型病险水闸248座，占大型水闸总数的51%；中型病险水闸1505座，占中型水闸总数的46%。估计小型水闸的病险率更高，病险水闸大量存在，病险工程的安全状况已成为政府和社会的心腹之患。
为保证水闸运行安全，规范地开展水闸安全鉴定工作，水利部颁布了水利行业标准《水闸安全鉴定规定》，根据该标准，水闸安全鉴定论证工作具备的基本程序为：工程现状调查分析、现场安全检测、工程复核计算、水闸安全评价、水闸安全鉴定工作总结等内容。从操作主体来看，工程现状的调查分析一般由水闸管理单位承担，现场安全检测和工程复核计算由委托的具备相应资质的检测单位和设计单位来进行。
（一）工程现状的调查分析
工程现状的调查分析一般从技术资料收集、工程现状全面检查和对工程存在的问题进行初步分析。技术资料的收集包括设计、施工和工程管理等方面，一是设计资料内容应涵盖以下内容：工程地质勘测和水工模型试验；工程的设计文件和图纸等。二是施工资料包括施工技术总结资料；工程资料监督检测或工程建设监理资料；观测设施的考证资料及施工期观测资料；工程竣工图和验收交接文件等。三是技术管理资料应包括技术管理的规章制度；控制运用技术文件及运行记录；历年的定期检查、特别检查和安全鉴定报告；工程资料成果；工程大修和重大工程事故处理措施等技术资料等。工程现状调查分析报告应包括下列内容：①是基本情况，如工程概况、设计施工情况、技术管理情况等。②是工程安全状态初步分析：应对水闸的土石方工程、混凝土结构、闸门等工程设施的安全状态和启闭机、电气设备等的完好程度以及观测设施的有效性等逐项详细描述，并对工程存在的问题和缺陷的产生的原因进行初步分析。③是提出合理建议。根据初步分析结果，提出需进行现场安全检测和工程复核计算的项目及对工程大修或加固的建议。工程现状全面检查应在已有的检查观测成果基础上进行，应特别注意检查工程的薄弱部位和隐蔽部位，如水闸底部工程部位和闸门及启闭机部位是工程常见的薄弱部位和隐蔽部位，在检查中发现这些问题和缺陷，要初步分析其成因和对工程安全运行存在的影响。
（二）现场安全检测
现场安全检测依据的标准、规程和规范有：《水闸安全鉴定规定》、《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》、《水工混凝土技术规程》、《钻芯法检测混凝土规程》及《水工混凝土结构设计规范》等。检测的内容包括混凝土的强度、碳化深度及钢筋保护层厚度等反应混凝土工程现状的质量指标进行检查；裂缝、缺损及渗漏等外观缺陷；伸缩缝及止水带的损坏及错位情况；钢筋的锈蚀程度；防渗、倒渗和消能防冲设施的有效性和完整性检查。检测后，应对检测结果进行分析，提出比较合理的建议并拿出较为合理的处理方案。
（三）工程复核计算
工程复核包括水闸防洪排涝标准复核和过水能力复核、水工结构安全复核、金属结构安全复核三部分。复核计算应以最新的规划数据、检查观测资料和安全检查观测资料和安全检测成果为主要依据，按照现行《水闸设计规范》及其它有关标准执行。
防洪排涝标准复核与过流能力复核
水闸现有防洪排涝标准应满足现行规范《防洪标准》非常运用洪水标准及现有标准堤塘防洪标准；最大过流量应能安全下泄；闸顶高程应满足规范要求。在进行以上复核的时候，应该研究近年的水文基本数据，若属无实测资料地区，应采用暴雨途径计算设计流量，按照小流域推理公式法和瞬时单位线法两种方法计算，并进行成果合理性分析取值；并对暴雨洪水特性及历史洪水进行分析，综合分析后看当时的设计标准是否能满足现在的需要。
水工结构安全复核
水工结构安全复核主要是复核闸室、岸墙、翼墙的整体稳定性、抗渗稳定性、消能防冲和结构强度等。复核应以新测定的物理力学参数如材料强度、地基土和填料土的容重等基本工程性质指标进行。一是闸室的复核。闸室稳定复核计算宜取两相邻顺水流方向永久缝隙之间的闸段作为计算单位。二是消能设施的复核。常用的消能设施有消力池、综合式消力池和消力池、消力墩、消力梁等辅助消能工，目前大部分水闸采用消力池。消能防冲复核主要复核消力池的深度、长度，消力池底板的厚度和海漫的长度等。三是抗震复核。根据《水工建筑物抗震设计规范》要求，抗震设防烈度为6度时，可不进行抗震复核。抗震稳定和结构强度验算是水闸抗震验算的主要形式。抗震验算的部位主要集中在闸室和两岸连接建筑物及其地基、各部位的结构构件。
（3）金属结构安全复核
金属结构存在于闸门上。由于闸门分类众多，因此在复核验算中要根据不同的闸门型式采用相应的计算公式。 钢闸门结构发生严重锈蚀而导致截面削弱的，应进行结构强度、刚度和稳定性验算。另外，闸门的零部件和埋件等发生严重锈蚀或磨损的，应按实际截面进行强度复核。
闸门的预埋件一般包括主轨、反轨、侧轨、止水座、底坎、门楣、护角、护面以及在弧形闸门中的支铰铰座、支承梁等。由于在闸门设计中，埋设件的计算主要是主轨构件，其它一般不作计算，因此，在水闸现场检查和安全检测中发现有主轨弯曲、突起、或者砼开裂、脱落的，应进行主轨强度复核。
此外，还有闸门零部件强度复核、启闭力预算等复核，在此不在详细赘述。
（四）水闸安全评价
水闸安全评价一般从防洪排涝安全评价、水工结构安全评价、金属结构安全评价三个方面进行评价：一是水工结构安全评价。根据工程相关成果按《水闸设计规范》及有关标准对水工结构各个项目进行评价，评定是否满足有关规程规范的要求。二是金属结构安全评价。按照《水利水电工程钢闸门设计规范》及《水利水电工程钢闸门制造安装及验收规范》评价钢闸门是否满足规范要求。
根据以上安全评价，得出评定水闸的安全类别：一类闸是运用指标能达到设计标准，响正常运行的缺陷，按常规维修养护即可保证正常运行。二类闸是运用指标基本达到设计标准，工程存在一定损坏，经大修后，可达到正常运行。三类闸则是运用指标达不到设计标准，工程存在严重损坏，经除险加固后，才能达到正常运行。四类闸则是运用指标无法达到设计标准，工程存在严重安全问题，需降低标准运用或报废重建。
（五）水闸安全鉴定论证报告的编制
水闸安全鉴定论证报告的编制是对论证成果的文字性说明，报告的编写应按照规定的提纲进行编写，作为一项文字性说明，报告编写应追求文通字顺，文字简练，条理清楚，重点突出，材料翔实，客观公正，最后注意要反复修订、校对，以至最终结稿。
参考文献：
[1]宋力.第十二讲：水闸安全鉴定[J].技术中国水利,2010(12).
[2]徐金龙.太浦闸安全鉴定工作的程序和体会[J].水利建设与管理,2006(05).
篇12
关键词： 动力触探试验；工程；应用
Key words： dynamic sounding test；engineering；application
中图分类号：P634 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）17-0151-02
1 动力触探试验介绍
所谓动力触探试验就是一种对土进行粗略的力学分层的原位测试方法，其英文简写为DPT，这种测试方法是借助锤击动能，在土中打入一定规格的探头，根据每打入土中一定深度的锤击数对土的性质进行判断。在国内外，动力触探技术得到广泛的应用，是一种对土进行原位测试的主要技术。对于这种测试技术来说，其优点主要表现为：设备简单且坚固耐用；便于操作，测试容易；在砂土、粉土等性质的土体中都可以应用，适应性强；可以对土层进行快速、经济、连续地测试；标准贯入等动力触探测试，可以同时进行取样观察描述。通常情况下，动力触探试验方法可以分为圆锥动力触探试验和标准贯入试验两类。根据所用穿心锤的重量，可以将圆锥动力触探试验分为轻型、重型及超重型动力触探试验，所以圆锥动力触探试验又称动力触探或动探，将标准贯入试验简称为标贯。从上世纪50年代后期，我国开始使用动力触探，锤重在10kg属于轻型动力触探，在基坑检验中应用比较广泛。到了70年代初期，为了对粗颗粒土地基的基本承载力进行确定，开始引进重型动力触探，同时开展卵石土地基承载力的对比试验，并利用大型真模试验坑进一步观察分析动力触探贯入破坏机理和影响因素。
2 动力触探贯入机理
所谓动力触探贯入机理，就是土体在冲击荷载的作用下，按照孔穴扩张理论，在不排水条件下，假设触探头贯入，土体作为弹塑性介质，在临界深度内，贯入触探头时，土体的破坏以整体剪切为主；贯入触探头后，由于周围应力的不断增大，土中不再出现整体剪切破坏，剪切破坏或孔穴扩张的破坏只在锥头附近出现，如图1所示，在黏性土中，由于超孔隙水压消散比较慢，随着深度的不断增加，超孔隙水压也在逐渐增加。
在冲击荷载方面，由于自由落锤产生的强度比较大，而持续时间短，通常情况下可以表示为：
p（t）=p0？准（t/t0）
式中：p0、？准（t/t0）分别代表冲击荷载的峰值以及冲击荷载形态的无因次时间描述。
在工作过程中，在导杆摩擦、锤击偏心等因素的影响和制约下，与理论计算值相比，自由落锤能量比较小。因探杆本身长度、质量、弹性变形及探杆周围土体摩阻力的影响，传到探头的能量也被消耗一部分，所以，根据荷兰的动贯入阻力公式计算土对探头贯入的阻力：
Rd=■■
式中：Rd、M、m、H、A、e、D、N63.5、g分别代表动贯入阻力（kPa）、落锤质量（kg）、圆锥探头及杆件系统的质量（kg）、落距（m）、圆锥探头截面积（cm2）、贯入度（mm），e=D/N63.5、规定贯入深度、规定贯入深度的击数、重力加速度，g=9.8m/s2。
通过上式分析可知，对于同一种设备来说，在测试深度D内，M、m、H、A等为常数，动贯入阻力与锤击数呈正比关系，故地基土的工程性质可以通过锤击数来测定。
3 动力触探设备及应用范围
在使用动力触探种类方面国外比较多，根据锤击能量，国内将动力触探分为轻型（N10）、中型（N28）、重型（N63.5）、超重型（N120）等4种。触探头、触探杆、穿心锤3部分共同组成我国动力触探设备，根据重锤质量、落距所组成的动力能量之间的差异，可以将动力触探分为轻―特重型。在测试过程中，为了充分发挥一机多能的作用，80年代以后，63.5kg类型的锤重得到广泛使用。根据研究成果，铁道第二勘察设计院提出动力触探系列类型，该分类方式被纳入到铁道部颁布的TB10041-2003《铁路公路地质原位测试规程》中，其技术指标如表1所示。
表1中，在一般粘性土、粘性素填土及粉细砂中，轻型动力初探应用比较广泛，通常情况下连续贯入深度为4.0m，对提供浅基础地基承载力进行测试，同时对填筑地基土的夯实程度、均匀性等进行检验；在中砂―碎石类土中，重型动力初探比较适用，在碎石类土及部分漂块石土中，特重型动力初探比较适用。在贯入过程中，根据贯入的难易程度，可以将二者进行互换，贯入深度一般为1-20m。成果资料可以对地基的承载力进行确定，对地基土的变形模量进行评价，在垂直及水平方向上，查明地层的均匀程度，同时对地基的加固效果进行检验，并且与钻探资料配合，进一步划分土层及定名。
4 动力触探试验的工程应用
某水利工程在初步设计阶段进行地质勘察工作，勘察以结果满足水利工程初步设计阶段精度为目标。勘察工作主要采用资料收集、整理，工程地址测绘、沿堤线及建筑物工程地质钻探，现场原位试验和室内土工试验等综合勘察手段。原位试验选用的设备为重型（N63.5）动力触探设备。执行的国家有关规范、规程包括《堤防工程地质勘察规程》（SL188-2005）、《中小型水利水电工程地质勘察规范》（SL55-2005）、《水利水电工程地质测绘规程》（SL299-2005）、《土工试验规程》（SL237-2000）、《岩土工程地质勘察规范》（GB50021-2001）、《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（SL251-2000）、《工程地质手册》等。
4.1 临界深度her 在贯入设备的初始阶段，随着贯入深度h的增加，动探击数N63.5逐渐增大，导致地面出现隆起、开裂现象，当贯入达到一定深度后，N63.5值趋于稳定，地表不再继续变形，在N63.5-h曲线上出现明显的变化点，该深度值就是动力探触临界深度（her）。
在地面以下，临界深度范围之内，在贯入探头的过程中，土体以剪切变形为主，土的侧向约束力随着贯入深度的增加逐渐增大，压缩变形逐渐取代剪切变形。当贯入深度超过临界深度后，土体的压缩性或者密实度将影响和制约动力触探击数。在“动力初探试验技术的研究与应用”一文中，赵昭熔，曹化平指出：①在同一均匀土层中，随着探头直径增大，临界深度不断加深；②当探头直径相同，随着N63.5增大，临界深度逐渐加深；
在一般地层（N63.5在2-50击/cm）中，对于重型动力触探来说，临界深度通常为0.5-1.0m，相当于探头直径的7-14倍。
4.2 判断土的密实度 密实程度作为最主要的指标，可以对非粘性土地基强度进行评定。对于非粘性土的密实程度来说，如何进行判定。目前，通过相对密度对砂土进行评定，通过目测观察的方式对碎石类土进行评定。对于同一级配的非粘性土来说，如果密度越大，那么对应的土层越密实。对于地基土密实程度通过采用密度可以进行间接的判定。通过对50组资料进行综合统计，统计结果显示，对于砂土来说，N63.5随着密实程度的增大逐渐增大，相应的地基强度呈线性增长的关系。在低密实度时，卵石土也呈线性关系，击数N63.5随着密实程度的增加其增大值明显增大，与地基强度的增长率相比，其增长率明显偏大。在较密实状态下，击数N63.5与地基强度呈非线性关系。
动力探触的试验成果包括标贯击数和修正标贯击数，确定砂土的液化性时，采用未修正的标贯击数，而确定承载力时，采用了修正后的击数。这样试验主要是因为主要因为用标准贯入击数查地基承载力的经验关系统计时所用的标准贯入击数是经过修正的；而液化判别公式中已经包含了深度的影响，只采用未修正的标贯击数即可。
粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50%的土称为碎石土，粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50%，粒径大于0.075mm的颗粒质量超过总质量50%的称为砂土。碎石土和砂土密实度分类标准见表2。
4.3 其他应用
4.3.1 液化判定：砂土层的密度通过原位标准贯入试验的击数可很好地反映，然后结合砂土层和地下水位的埋藏深度，进行局部的调整和修正，砂土液化的可能性通过查表即可判定。根据GB50011-2001《建筑抗震设计规范》的相关规定，需要进行液化判别时，通过采用标准贯入试验进行相应的判别。但是，在对饱和砂土层作标贯试验时，由于某些工程项目将快速提升孔内钻具换成标准贯入器作标试验，进而在一定程度上造成孔内水位接近孔底，与地下水位之差大则孔底发生涌砂，特别是埋深较大且又是纯净的中细涌砂最严重，进一步造成误判。
4.3.2 土层划分：静力触探试验的主要作用之一就是精确分层、确定土体的类型，为工程建设提供设计依据与参数。依据钻进和取土情况以及锤击数差异变化，并按照沉积规律综合判定。我们认为并非是单一的厚层砂和砾卵石简单结构，而是由多个沉积韵律组成的不均匀复杂土层结构，并依此作为土层划分的依据。
5 结束语
动力触探试验野外现场作业简单、方便，测试需时短，可以缩短勘察工期，进行土体岩性划分及确定土体力学参数效果良好。比较客观地测试土层的工程特性，为工程地质地基评价和设计基础型式的选取提供合理、科学的依据。
参考文献：
[1]赵昭熔，曹化平.动力触探试验技术的研究与应用[J].铁道工程学报，2005（12）：431-439.
篇13
中图分类号： TV62文献标识码：A 文章编号：
Abstract: Combining with Mengquan reservoir project defects and hidden troubles, the paper puts forward the problems of engineering for reinforcement design scheme. The paper also puts spillway, the tailrace, engineering observation, housing renovation, electrical, metal structure project construction problems reinforcement. The practice proves that this engineering reinforcement effect is good, effective playing their flood control, irrigation, and other comprehensive benefits.
Key Words: reservoir dam, problems, reinforcement, good effect
1. 工程概况
孟圈水库坐落在青龙县境内的青龙河支流南河上,坝址位于河北省秦皇岛市青龙县青龙镇孟家铺村附近。水库坝址以上控制流域面积23km2，加固后设计总库容162.4万m3，是一座以防洪、灌溉为主兼顾养殖等综合利用的小（1）型水库。水库于1970年8月动工兴建，初建时未经设计，直至1973由青龙县水电局补做设计，1974年水库主体工程完工投入运用。
水库枢纽工程主要由拦河坝、溢洪道和放水洞等组成。拦河坝坝型为圆弧型等半径浆砌石单曲拱坝，混凝土心墙防渗，坝顶高程121.5m（为假定高程系统，以下同），最大坝高22.5m，坝顶长125.6m，宽2.0m，上游侧设有高1.0m的浆砌石防浪墙；坝顶中心线圆弧半径60m，中心角120°。溢洪道为无闸门控制的坝顶实用溢流堰，位于拦河坝中部主河槽部位，堰顶高程117.0m，进口宽50m。放水洞位于拦河坝左侧，为埋设在坝内的φ80cm的钢管，进口底高程101.5m，出口采用手动闸阀控制，并设阀门室。
2. 工程除险加固前存在问题
孟圈水库建成运用30年来，在防洪、灌溉及养殖等方面发挥了较为明显的效益。但由于水库属“三边”工程，存在着影响大坝安全的问题。
（1）渗漏问题
坝体渗漏严重，主要原因是施工质量差，浆砌石中水泥砂浆缝隙充填不实，加之反复的冻融破坏，以及坝体内渗透水流的侵蚀，使砂浆与砌体分离，导致砌体之间的缝隙不断加大，渗漏越来越严重，水库运行存在极大的安全隐患。
（2）右坝肩与山体结合处，岩石开挖不彻底，风化岩没有清除干净。
（3）在校核洪水位工况时，拱冠梁上游的拉应力在111.54m、106.54m、101.54m处均超出允许拉应力值（10kg/cm2），不能满足规范要求。
3. 针对工程地质情况确定处理措施
坝址区内存在的主要工程地质问题：坝基渗漏、坝体渗漏等。
坝基中部及左侧基岩透水率均小于5Lu，渗漏性较小，仅在右侧MQZ03孔基岩顶部透水率较大，达36.7Lu，属中等透水，推测该部位坝体浆砌石和基岩接触面漏水。
大坝坝体为人工砌筑浆砌石，根据钻孔注水试验，渗透系数（k）平均值为1.72×10-3cm/s，属中等透水。根据安全鉴定报告所述，该水库属于“三边”工程，浆砌石砌筑质量差，砌石缝中的砂浆填塞不饱满，坝体防渗结合面处理不彻底，目前主要是右侧坝体渗漏严重。
针对上述问题，本次除险加固主体工程为坝基、坝体防渗处理，处理方案采用上游面浇筑混凝土防渗面板。
4、工程设计标准
根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）划分，属小（1）型水库，工程等别为Ⅳ等，主要建筑物按4级设计。根据《防洪标准》（GB50201-94）,确定水库的设计标准为50年一遇洪水，校核标准为300年一遇洪水。孟圈水库库区地震动峰值加速度为0.05g，相当于地震基本烈度Ⅵ度区，根据《水工建筑物抗震设计规范》（SL5073-2000）,建筑物的地震设计烈度为6度。
5、工程的除险加固设计
5.1 拦河坝加固设计。
拦河坝为圆弧形等半径浆砌石单曲拱坝，坝顶上游侧设浆砌石防浪墙，防渗体为混凝土心墙，拦河坝中部主河槽部位为坝顶式溢流堰，堰上无交通设施。拦河坝加固主要项目包括上游混凝土防渗面板和坝顶改建。
（1）上游混凝土防渗面板
首先将拦河坝上游坝脚处覆盖土和基岩进行开挖，并对坝体上游面进行清缝、凿毛，冲刷干净后进行混凝土面板浇筑。混凝土面板在坝顶处厚50cm，坝基处厚1.5m，面板基础深入弱风化岩深度不少于1.0m；非溢流坝段面板坡度为1:0.294，溢流坝段1:0.127。面板与原坝体间采用Φ20锚筋连接，锚筋间距1.0m，梅花型布设，锚筋与面板钢筋网焊接。溢流坝段结合溢流堰混凝土拆除重建，将上游混凝土防渗面板与新建溢流堰混凝土一起浇筑形成整体。上游面板混凝土等级为C25W6F200，采用聚丙烯纤维混凝土；混凝土面板分块浇筑，共设置横缝5道，横缝采用预留宽缝形式，内设插筋，待面板混凝土达到稳定温度后，进行宽缝二期混凝土浇筑，二期混凝土采用微膨胀混凝土。
（2）坝顶改建
坝顶浇筑厚10cm的混凝土护面，并对防浪墙采用厚2cm水泥砂浆抹面处理；坝顶下游侧增设钢管栏杆。
坝顶护面混凝土浇筑前，首先对表面进行凿毛清理，再浇筑厚10cm的混凝土（C20F200）路面，采用单侧向下游排水，坡度1.5%。
5.2 溢洪道工程。
工程主要包括堰面混凝土拆除重建、坝顶增设人行便桥和下游防冲刷处理。
（1）溢流堰改建
首先将现有溢洪道堰面凿除，露出原浆砌石坝体；在结合面上布设φ20锚筋，单根长2.0m，间距0.75m，梅花型布置；将浮渣清理后用水冲洗干净，再浇筑混凝土堰面，堰面混凝土采用聚丙稀纤维混凝土，等级C25W6F200，聚丙烯纤维掺加量为1kg/m3；将新建溢流堰混凝土与上游贴面混凝土浇筑成整体。
改建后溢洪道仍为开敞式实用堰，堰面曲线段采用WES幂曲线。
（2）堰顶人行便桥
为便于工程管理，在溢洪道顶增设人行便桥，为保证泄洪安全，桥底按高于校核洪水位不小于0.75m考虑。新建人行便桥中心线位于半径60.5m的圆弧上，分5跨布置，上部结构采用5×9.92m普通钢筋混凝土连续空心板，桥面总宽为2.2m。连续空心板采用满堂支架现浇方式进行施工，连续板混凝土强度等级为C30，板厚0.5m，采用一板四孔，开孔直径均为0.34m。便桥共设2道改性沥青伸缩缝，分别设置在桥台处。桥面采用C40W4混凝土铺装，铺装内设Φ8间距10cm钢筋网，桥梁两侧设置钢管栏杆。支座采用GYZ 150×35mm板式橡胶支座和GYZF4 150×37mm四氟滑板支座两种形式。
（3）坝体下游防冲处理
目前溢洪道下游坝体防冲面板下部掏刷严重，形成部分临空面，为保证坝体安全，对掏空部位进行清淤并开挖至基岩，再采用M7.5浆砌石回填密实。
5.3 放水洞工程。
主要配合金属结构更新改造，将出口阀门室和闸阀支墩拆除重建，拆建阀门室面积20m2，其基础和新建闸阀支墩形成整体，采用混凝土结构，混凝土等级C20F200。
5.4工程观测。
观测项目主要包括：拦河坝坝顶垂直和水平位移观测、拦河坝坝基渗流压力观测、绕坝渗流观测以及库水位观测。
渗流压力观测采用测压管，在断面桩号分别为0+30和0+90下游坝基处，各布设1个坝基渗流压力观测点，并在左右坝肩下游各设两个绕坝渗流测点。拦河坝坝顶垂直位移观测采用水准测量，在溢洪道两侧台阶和中墩各设置1个垂直位移测点，拦河坝两端各设1个起测基点，埋设在稳固的基岩上；坝顶水平位移观测采用前方交会法测量，测点布设同垂直位移测点，工作基点设两个，校核基点设一个，布置在坝体下游两岸岸坡基岩上；水位观测采用水尺，分别在溢洪道左、右两侧各布置1个测点。
5.5房屋建筑工程。包括水库管理用房及放水洞出口阀门室。
放水洞出口阀门室建筑面积20m2，采用坡屋顶，新建管理用房建筑面积90m2，兼做防汛值班室。结构类型为一层砖混结构，基础为条形基础，屋顶为油毡瓦混凝土现浇坡屋顶，墙体材料为承重页岩砖，外饰面采用米黄和橙色的外墙涂料。
5.6电气改造设计要点。为满足防洪度汛需要，针对水库电气设施存在的问题，对新建管理房、放水洞出口阀门室和拦河坝坝顶进行配电照明设计，防雷接地及过电压保护系统设计，以满足防洪度汛需要。
（1）照明设计
对于工程管理用房、阀门室和坝顶增设照明设计, 坝顶和阀门室照明电源引自距管理处200m的0.4kV线路处引接至新建管理用房照明箱，再从照明箱以0.4KV的电缆埋管线路引至坝上照明、以220V的电缆埋管线路引至阀门室。
（2）防雷接地及过电压保护设计
为防止雷电对电气设备及对人身危害，在管理用房顶设防雷带。为防护感应雷进袭波，在进线终端杆上装设氧化锌避雷器。在管理用房等设有用电设备的建筑物内，按照规程规范要求均作必要的室内接地网，接地电阻不应大于4Ω，应满足规范要求。
5.7金属结构改造设计要点
改建后的放水洞结合拦河坝坝上游混凝土贴面，进口埋设钢管，将放水洞延长，钢管前端设拦污网，出口设置 1个暗杆手动闸阀，闸阀直径￠800mm，手动操作，密封面材料为铜合金，闸阀自重1797kg。闸阀前端通过伸缩节、钢管和放水洞原有钢管相连，闸阀后通过伸缩节与一段钢管相连，钢管末端即为放水洞出口。钢管总长3.3m，直径￠800mm，钢管重约1.3t。
闸阀采用喷锌+涂料进行防腐，涂料采用环氧云铁防锈底漆，面漆采用超厚浆型环氧沥青防锈漆，以达到长效防腐目的，防腐面积20m2。
6. 结论
通过分析该工程的隐患所在,依据规范对大坝坝坡稳定、渗透稳定性进行了分析，在拦河南工程、溢洪道工程、放水洞工程施工中严格按施工填筑参数控制压实质量、铺筑厚度、材质级配等各项指标。工程加固后至今运行良好,故实践证明其所采取的除险加固措施取得了较好效果，值得推广。
参考文献
