導語：如何才能寫好一篇水利水電工程抗震設計規范，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：水工建筑物；工程等別；結構安全性；混凝土強度指標；抗震設計

作者簡介：劉遠（1979-），男，廣東中山人，華南農業大學水利與土木工程學院博士研究生，講師。（廣東?廣州?510642）

基金項目：本文系華南農業大學教育教學改革與研究項目（項目編號：JG09016）的研究成果。

中圖分類號：G642?????文獻標識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）25-0059-02

“水工建筑物”是水利水電工程專業的一門核心課程，課程的主要任務是使學生掌握各種水工建筑物的設計理論和方法。該課程內容多、知識面廣，涉及重力壩、拱壩、土石壩、水閘、水工隧洞等各種不同的結構物。它們在材料、工作原理上都不一樣，所以設計方法也不一樣，這是“水工建筑物”學習的難點之一。但是，各種水工建筑物的設計共同遵循著一些基本準則和方法。因此，在開始學習各種水工建筑物的設計之前，必須先學習“水工建筑物設計綜述”這一章，意在探討這些基本準則和方法。“水工建筑物設計綜述”是“水工建筑物”課程的主線，對整個課程的學習起著重要的引導作用，必須予以足夠的重視。

由于課內學時的壓縮，教學內容的刪減，很多教師只給這一章內容安排1～2個學時，有的甚至是一帶而過。這將給后面課程內容的教學造成很大的困難。筆者自2007年開始講授“水工建筑物”，積累了幾年的教學經驗后，越發覺得“水工建筑物設計綜述”內容的重要。因此，自2010年起將這一章內容的授課學時增加至6學時，重點講述“水利水電工程等別劃分”（0.5學時）、“水工建筑物的安全性”（2學時）、“混凝土的強度指標”（0.5學時）以及“水工建筑物的抗震設計”（2學時）等內容，務必使得學生先打下良好的基礎，再學習各種水工建筑物的設計。

一、水利水電工程等別劃分

對于一般的水利水電工程，需先確定工程等別，然后根據工程等別確定水工建筑物的級別，最后根據水工建筑物的級別確定結構安全級別。結構安全級別是進行水工建筑物設計的安全依據，設計時相關安全系數的取值是根據結構安全級別來確定的。若結構安全級別定的低，就會使得選擇的安全系數偏小，結構的安全就存在隱患；反之，結構安全級別定的高，選擇的安全系數就會偏大，使得結構的安全余量過大，建筑物的材料用量增加，加大了工程的投資。因此，水利水電工程等別的劃分直接影響水工建筑物設計的安全性和經濟性。

關于水利水電工程等別的劃分，目前有3個規范可依：國家強制性標準GB50201-94《防洪標準》、水利行業標準SL252-2000《水利水電工程等級劃分及洪水標準》以及電力行業標準DL5180-2003《水電樞紐工程等級劃分及設計安全標準》。水利水電工程等別，根據水庫規模、防洪對象的重要性、治澇規模、供水對象的重要性、水電站的裝機容量等，分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五個等級；水工建筑物的級別是根據工程等別及該水工建筑物在工程中的作用和重要性確定，它反映了對不同水工建筑物的不同技術要求和安全要求。永久性水工建筑物分為1、2、3、4、5五級（其中主要建筑物分1～5級，次要建筑物分3～5級），臨時性水工建筑物分為3、4、5三級。水工建筑物的結構安全級別，應根據建筑物的重要性及破壞可能產生后果的嚴重性確定，與水工建筑物的級別對應，分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三級（1級水工建筑物對應結構安全級別為Ⅰ級，2、3級水工建筑物對應結構安全級別為Ⅱ級，4、5級水工建筑物對應結構安全級別為Ⅲ級）。

水利水電工程等級的劃分看似簡單，容易被忽視，但它直接影響水工建筑物設計的安全性和經濟性，是水工建筑物設計的其中一個關鍵步驟，應當引起足夠的重視。當中涉及水利水電工程等別、水工建筑物的級別和結構安全級別三個提法相近，但含義不同的概念，容易造成混淆。教師在講授時，可結合工程實例來闡述這三個概念的含義，有利于學生理解。

二、水工建筑物的安全性

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關建詞：黃沖水庫；水文地質；抗震性能；壩區工程地質條件；建筑物工程地質條件

Abstract: Based on the analysis and comprehensive evaluation of the engineering geological conditions of Huangchong Reservoir, suggestions are proposed for the reinforcement of Huangchong Reservoir.

Key words: Huangchong Reservoir; hydrogeology; seismic performance; ​engineering geological conditions in dam area; engineering geological conditions of building

中圖分類號：U655.1 文獻標識碼：A文章編號：2095-2104（2012）

1工程概況

黃沖水庫位于來安縣半塔鎮紅旗村境內。該水庫屬淮河流域，白塔河水系，集水面積0.64km2。黃沖水庫是一座以灌溉、防洪及水面養殖等綜合利用為一體的小（2）型水庫。

大壩為均質土壩，壩長255m，壩頂寬3～5m，最大壩高4.5m，壩頂高程42.61～43.01m(廢黃高程系，下同)；溢洪道為開敞式寬頂堰，寬4.5m，堰頂高程41.86m；東西放水涵分別位于大壩樁號0+155、0+000處，東涵為φ400mm素砼圓涵，涵洞出口底高程39.09m；西涵為φ200mm素砼圓涵，涵洞出口底高程40.0m。

2水文地質條件

根椐含水層的性質和地下水類型；壩區地下水的動態和埋藏條件，主要含水層為孔隙性含水層，屬潛水型，主要分布在壩體填土及第四系覆蓋層內，受氣候、地形等因素影響，其補給來源主要是大氣降水及庫水。

2010年7月通過簡易水文觀測量得穩定地下水位埋深為1.00～1.94m，其相應高程為39.03～41.24m，主要為浸潤線以下的壩體水，主要賦存于松散的壩體填土和第四系覆蓋層中。勘探場地范圍內地下水對混凝土無腐蝕性。

3抗震性能評價[1] [2]

根據《中國地震動參數區劃圖》（GB18306-2001），測區設計地震動峰值加速度為0.05g，相應地震基本烈度為Ⅵ度，設計地震動反應譜特征周期值為0.40s。

4 壩區工程地質條件

4.1壩身體工程地質條件[3]

本次勘察揭示，壩體填土主要為①層素填土 (Qml)，棕褐色，軟塑～可塑，濕，質地以重粉質壤土為主,局部為粉質粘土。層厚1.40～4.50m，層底分布高程38.33～41.21m。壩體填土與壩基結合部含有植物根莖等腐殖物，可見大壩施工時清基不徹底。

4.2壩體工程地質評價[3]

勘探中在壩頂鉆孔取人工填土層的混和料進行了擊實試驗一組，試驗結果：人工填土的最優含水量20.59%，最大干密度1.67g/cm3。

經野外原位測試及室內土工試驗資料綜合分析表明：壩體填土主要為①層素填土，質地以重均值1.48g/cm3；標準貫入范圍值為4.0～6.2擊；液性指數均值0.79，塑性指數均值14.93；壓實度范圍值為86.8%～91.0%，均值88.6%，不滿足規范要求[5]。在大壩壩頂孔3＃做注水試驗[4]，成果表明滲透系數均值2.97×10-4 cm/s，屬中等透水性，說明該大壩碾壓不密實，防滲性能較差。直接快剪粘聚力小值平均值29.5kPa，直接快剪內摩擦角小值平均值11.3о，Es=4.3Mpa。

綜上所述，大壩雖經多年運行，但土體自重壓密固結效果不明顯；由于填筑大壩時，嚴重存在著質量控制不嚴，未經碾壓或碾壓不實所致；①層素填土，質地以重粉質壤土為主,局部為粉質粘土。土質結構松散、混雜，碾壓不密實，防滲能力較差；壩體填土與壩基結合部沒有處理好，其接觸面亦成為滲漏通道；壩體土填筑質量未能達到設計要求，致使下游壩腳多處出現散浸、滲漏出逸點和局部沼澤化現象[5]。

4.3壩基工程地質條件

4.3.1壩基地層簡述[3]

②層粉質粘土 (Q4al)，棕褐色，可塑，濕；層厚0.80~4.30m，層頂分布高程38.33~39.25m，層底分布高程34.03~38.29m。

②1層重粉質壤土 (Q4al)，棕褐色，軟塑，濕；層厚1.50m，層頂分布高程34.03~34.92m，層底分布高程32.53~33.42m。

③層粘土，棕褐夾灰、黃褐夾灰色，可塑~硬塑，濕；含有鐵錳結核。該層未揭穿，探及層厚4.95~08.05m，層頂分布高程32.53~41.21m，層底分布高程≤（27.47~32.34）m。

圖1黃沖水庫大壩地質剖面圖

4.3.2壩基工程地質評價[3]

②層粉質粘土，呈可塑狀，壩體(除右壩坡)直接覆蓋在本層之上；該層為中等強度，中壓縮性；層厚不均,河槽段較厚。含水量范圍值25.27～28.19%、均值26.30%；液性指數均值0.55；塑性指數均值15.80；壓縮模量5.5MPa；直接快剪粘聚力小值均值34.5KPa，直接快剪內摩擦角小值均值13.1°滲透系數為4.08×10-5cm/s，屬弱透水；fk=130kPa。

②1層重粉質壤土，呈軟塑狀，呈透鏡體狀分布于河槽段；該層為軟弱強度，中～高壓縮性。含水量均值29.34%；液性指數均值0.80；塑性指數均值15.18；壓縮模量4.0MPa；直接快剪粘聚力小值均值28KPa，直接快剪內摩擦角小值均值11°滲透系數5.0×10-5cm/s，屬弱透水；fk=100kPa。

③層粘土，呈可塑~硬塑狀，右壩坡壩體直接覆蓋在本層之上；該層為中等強度，中壓縮性。含水量范圍值22.75～24.58%、均值23.73%；液性指數均值0.18；塑性指數均值17.90；壓縮模量10.0MPa；直接快剪粘聚力小值均值58.8KPa，直接快剪內摩擦角小值均值18.9°滲透系數為3.0×10-6cm/s，屬微透水；fk=200kPa。

4.4土的滲透變形判別[3]

根據《水利水電工程地質勘察規范》附錄中的規定，判斷土的滲透變形的類型（流土）；根據公式Jcr=(Gs-1)(1-n)計算土層的臨界比降；再根據建筑物的重要性除以1.5～2.0安全系數，確定允許比降，具體建議值見表4.1所示。

5正常溢洪工程地質條件評價[6]

溢洪道為開敞式寬頂堰，寬4.5m，堰頂高程41.86m。正常溢洪道為明渠結構，根據鉆孔揭示，渠底為③層粘土，呈可塑~硬塑狀；該層為中等強度，中壓縮性。含水量范圍值22.75～24.58%、均值23.73%；液性指數均值0.18；塑性指數均值17.90；壓縮模量10.0MPa；直接快剪粘聚力小值均值58.8KPa，直接快剪內摩擦角小值均值18.9°滲透系數建議值為3.0×10-6cm/s，屬微透水；fk =200kPa。承載力和壓縮模量均滿足設計要求；抗沖刷性能一般。

6 放水涵洞工程地質條件評價[6]

根據鉆孔揭示，東西放水涵涵基持力層均為②層粉質粘土，呈可塑狀；該層為中等強度，中壓縮性；含水量范圍值25.27～28.19%、均值26.30%；液性指數均值0.55；塑性指數均值15.80；壓縮模量5.5MPa；直接快剪粘聚力小值均值34.5KPa，直接快剪內摩擦角小值均值13.1°滲透系數為4.08×10-5cm/s，屬弱透水；fk =130kPa。承載力和壓縮模量均滿足設計要求；抗沖刷性能一般。

7 結論與建議

測區設計地震動峰值加速度為0.05g，地震基本烈度Ⅵ度。勘探場地范圍內地下水對混凝土無腐蝕性。大壩壩體填土質量較差；壩身與壩基結合部處理較差；建議對大壩進行防滲加固處理。②1層重粉質壤土，呈軟塑狀，建議對河槽段壩體穩定分析。正常溢洪道為明渠結構，渠底為③層粘土，呈可塑~硬塑狀；fk=200kPa。承載力和壓縮模量均滿足設計要求；抗沖刷性能一般。東西放水涵涵基持力層均為②層粉質粘土，呈可塑狀；屬弱透水；fk =130kPa。承載力和壓縮模量均滿足設計要求；抗沖刷性能一般。

參考文獻

[1] GB18306-2001. 中國地震動參數區劃圖[S]. 北京:中國水利水電出版社,2001:1-2

[2] GB50011-2010. 《建筑抗震設計規范》.北京:中國建筑工業出版社,2010:179

[3] GB50487-2008. 水利水電工程地質勘察規范[S].北京:中國計劃出版社,2008:45-55，109-132，

[4] SL345-2007《水利水電工程注水試驗規范》；北京:中國水利水電出版社,2007:8-9.

[5] SL189-96. 小型水利水電工程碾壓式土石壩設計導則[S]. 北京:中國水利水電出版社,1996:5-9

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關鍵詞：水工建筑物抗震研究 現實意義

中圖分類號： P315 文獻標識碼： A 文章編號：

0 引言

2008年5月12日14時28分，在四川省汶川縣境內發生8級特大地震，震中烈度達10度以上。據歷史不完全記載，我國曾發生7.8級以上大地震25次，給人民生命財產造成重大損失。不僅如此，強地震還會造成震區大量水利工程震損。1976年7月28日發生的唐山7.8級大地震，就使各類水利工程遭到嚴重破壞：地震區58座庫容在100萬立方米以上各型水庫，除15座無明顯震害外，其余43座均遭受不同程度的震害，尤以陡河、密云兩座大型水庫遭受的破壞最為嚴重；180多座大中型水閘、40余座10立方米每秒以上大型排灌站遭受不同程度的震害；800多公里長的河道堤防、7萬多眼機井遭受震害。

1 現實地震災害

這次汶川大地震，同樣也給四川地震區及波及區的重慶等地水利工程造成不同程度的震害，尤其是造成眾多水庫出現險情。汶川大地震，具有以下特點：

一是震級大，震中烈度高，破壞范圍廣。汶川、茂縣、綿竹、安縣、北川等縣及都江堰市均遭到嚴重破壞。二是主震后，強余震不斷。在震后兩天內，就發生余震2000多次，其中震級為6級以上的3次，震級為5級以上的14次。強余震不僅加重了對建筑物的破壞，也對搶險救災人員的生命安全構成威脅。三是大地震發生在高山峽谷地區，往往誘發山體崩塌、滑坡，不僅阻塞交通，給搶險救災造成困難，而且滑坡體落入河中，形成眾多堰塞湖，一旦湖滿潰決，還會造成次生水災。四是地震區穿過岷江，岷江上的各類水工建筑物，如都江堰樞紐工程、映秀灣水電站、漁子溪水電站、紫坪鋪水庫、圖龍水庫等，均經受強烈地震的考驗。

2防震減災措施

一次大的地震過后，水利工程結構不可避免地受到一定影響和損害。為將嚴重的地震災害減小到最低限度，長期以來，國內外地震專家和工程界人士一直進行著各種探討和研究。歸納起來，當今水利工程的防震減災主要有三個途徑。

一是地震預報。通過建立地震臺網，精確測定地震的時間、強度、地點，結合測地電、地磁、地下水等地震前兆，進行綜合分析，提出地震預報。人們可在地震發生前逃出，就能有效減少人員傷亡，而建筑物是無法搬走的。但由于問題的復雜性和預報手段的局限性，地震預報工作至今仍然是世界上尚待解決的難題。

二是工程抗震。根據工程運用期間可能發生的最大地震，確定工程的設計烈度，再按照設計烈度進行抗震計算和采取相應的抗震措施，當遭遇設計烈度地震時，可達到小震不壞、中震可修、大震不倒的目標，不僅可以有效減少人員傷亡，還可減輕工程的災害。此途徑是非常有效的。發展中國家資金不足，房屋多未進行抗震設計，一旦發生大地震，人員傷亡慘重，而發達國家（如日本等）多進行了抗震設計，當遭遇同樣震級地震時，人員傷亡則要少許多。我國是發展中國家，隨著經濟的高速發展，對重要工程、重要城市以及生命線工程，必須按照抗震設計規范的要求進行抗震設計。

三是應急搶險救災。強震發生后，應立即啟動應急預案，盡快恢復被破壞的一交（交通）、二電（電信和電力）、一水（供水），為搶險救災人員和救災物資進入災區搶救傷員和保障災區人民正常生活服務。同時，全面清查次生災害源，采取措施，防止次生災害的發生。

水工建筑物不僅屬生命線工程，而且是次生災害源。因此，必須對工程抗震非常重視。早在1966年3月8日河北邢臺地震后，總理就明確指示，抗震工作的重點是保衛“四大”，即保衛大城市、大交通樞紐、大水庫，大電力樞紐。當時的水電部立即組織力量對京津地區的大水庫進行抗震鑒定，對不滿足抗震設計要求的大水庫進行抗震加固。1973—1978年，又組織力量編寫出我國第一部水工建筑物抗震設計規范，并頒布試行。這一規范特別強調，對于1級高壩，還應深入進行地震危險性分析，結構動力有限元分析，抗震模型動力試驗和在大壩上布置強震儀進行大壩安全監測。1983—1989年又組織力量完成修編任務。根據這一規范，水利部分期分批對達不到規范要求的病險水庫進行除險加固，新建工程則嚴格按照規范進行設計。

水工建筑物的管理條例，特別強調在發生強烈地震時，應立即對大壩進行震害檢查，結合大壩結構所設的強震監測儀器取得的地震監測記錄數據，對大壩安全作出評估。若屬危險大壩，應上報主管部門，啟動應急預案，進行抗震搶險，以防次生水災的發生。歷次大地震發生后，水利部均選派有關人員立即奔赴災區，與地方政府及水利部門，共同進行水工建筑物震害調查，查出險庫，共同研究除險方案。

3總結反思

大災過后，需要人們進行深刻的反思。我國目前在水利工程地震臨震應急方面還有很多工作要做，大壩結構的強震監測、震后安全快速反應分析及大壩地震安全的網絡信息化建設有待加強。從1962年新豐江建立第一個強震觀測臺站至今，我國設立了地震臺站的大型水利水電工程僅有近40座，設立過3個子臺以上地震臺的工程約20多處。現狀水工結構強震安全監測臺只是零星的“點”，國內水利工程地震監測臺站數量少且分散，還遠未形成“臺網”的規模，并存在一些亟待解決的問題：已有的各水利工程地震監測臺站信息資源管理分散，資料缺乏統一的規格和標準，利用率低，規模小，數據的完整性不夠，設備落后，準確性不高，數據交換接口不規范；應用系統互聯互通性差，臺站分析人員水平參差不齊，監測數據的可靠性和分析質量不高，資料的實際利用價值發揮不夠，缺乏可供決策部門宏觀調度的中央管理分析系統。這些問題，在某種程度上大大削弱了在水利工程抗震減災中解決實際問題的力度。

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關鍵詞：砂土液化；標準貫入法；復判

Abstract: this paper USES the standard penetration test review judgment sandy soil liquefaction phenomena, and through the engineering examples show that using this method can effectively judge whether the sandy soil liquefaction phenomenon, have to take effective measures of dam foundation reinforcement, prevent the formation of potential danger. This paper also briefly describes the liquefaction of sandy soil liquefaction mechanism, the types and influence factors, puts forward the prevent of liquefied foundation treatment method.

Key words: soil liquefaction; Standard penetration method; Compound sentence.

中圖分類號：TU441+.4文獻標識碼：A文章編號：2095-2104(2013)

1砂土液化機理

飽和的疏松粉、細砂土體在振動作用下有顆粒移動和變密的趨勢，對應力的承受由砂土骨架轉向水，由于粉、細砂土的滲透性不良，孔隙水壓力急劇上升。當達到總應力值時，有效正應力下降到0,顆粒懸浮在水中，砂土體即發生振動液化，完全喪失強度和承載能力。砂土發生液化后，在超孔隙水壓力作用下，孔隙水自下向上運動。如果砂土層上部無滲透性更弱的蓋層，地下水即大面積地漫溢于地表；如果砂土層上有滲透性更弱的粘性土覆蓋，當超孔隙水壓力超過蓋層強度，則地下水攜帶砂粒沖破蓋層或沿蓋層已有裂縫噴出地表，即產生所謂的“噴水冒砂”現象[2]。地基砂土液化可導致建筑物大量沉陷或不均勻沉陷，甚至傾倒，造成極大危害。地震、爆破、機械振動等均能引起砂土液化，其中尤以地震為廣，危害最大。

2影響砂土液化的因素

2.1土類

粘性土具有粘聚力，即使超孔隙水壓力等于總應力，有效應力為零，抗剪強度也不會完全消失，難以發生液化；礫石等粗粒土因為透水性大，超孔隙水壓力能迅速消散，不會造成孔隙水壓力累積至總應力而使有效應力為零，也難以發生液化；只有中等粒組的砂土和粉土易發生液化。

2.2往復應力強度與往復次數

對于給定的固結壓力σv和不同相對密實度Dr，就同一種土類而言，往復應力越小，則需越多的振動次數才可產生液化。反之，則在很少振動次數時，就可產生液化。

2.3地震強度及持續時間

引起砂土液化的動力是地震加速度，顯然地震愈強、加速度愈大，則愈容易引起砂土液化。簡單評價砂土液化的地震強度條件的方法是按不同烈度評價某種砂土液化的可能性。

3砂土液化的類型

3.1砂沸

當砂土下部孔隙水壓力達到或超過上覆砂層和水的重量時，砂土就會因喪失顆粒之間的摩擦阻力而上浮，承載能力也全部喪失。砂沸主要來自滲透水壓力的作用。地震時出現的地面噴水冒砂現象主要就是下部砂層發生液化造成的[3]。

3.2往返運動性液化

大都表現為大地震中飽和砂土地基和邊坡的液化破壞。此外，在機器基礎振動、爆破等動力作用下也會產生這種現象。飽和砂土在往返剪切作用下，當剪應變很小時，一般都有剪縮現象，都會引起孔隙水壓力上升。但是隨著剪應變的增大，中等密度以上的砂土就會出現剪脹現象。這是因為砂土顆粒在大剪應變時互相翻滾而使骨架體積增大。此時孔隙水壓力相應下降，而有效應力和剪阻力則相應回升，從而抑制了砂土繼續變形。經過多次往返剪切，在小剪應變段由于剪縮量和孔隙水壓力的累積，便可以出現液化狀態，而當飽和砂土足夠松時，可出現“無限度”的流動變形。

4判定砂土液化的方法

判定砂土液化可能性的方法主要有3種：

（1）場地地震剪應力τa與該飽和砂土層的液化抗剪強度τ（引起液化的最小剪應力）對比法。當 τa>τ 時，砂土可能液化。

（2）標準貫入試驗法（見巖土試驗）。原位標準貫入試驗的擊數可較好地反映砂土層的密度，再結合砂土層和地下水位的埋藏深度作某些必要的修正后，查表即可判定砂土液化的可能性。

（3）綜合指標法。通常用以綜合判定液化可能性的指標有相對密度、平均粒徑d50（即在粒度分析累計曲線上含量為50％相應的粒徑），孔隙比、不均勻系數等。

本文采用標準貫入試驗法來判斷砂土是否液化。

5采用標準貫入錘擊數法

實測標準貫入錘擊數需進行校正，并以校正標準貫入錘擊數N63.5作為復判依據。

式中：

──實測標準貫入錘擊數；

ds──工程正常運用時，標準貫入點在當時地面以下的深度(m)；

dw──工程正常運用時，地下水位在當時地面以下的深度(m)，本工程鉆孔孔口地面淹沒于設計庫水位水面以下，dw取0；

──標準貫入試驗時，標準貫入點在當時地面以下的深度(m)；

──標準貫入試驗時，地下水位在當時地面以下的深度(m)。

液化判別標準貫入錘擊數臨界值Ncr：

式中：

N0──液化判別標準貫入錘擊數基準值，本工程N0取6；

──土的粘粒顆粒含量質量百分率(％)，當＜3％時，取3％。

6工程實例

6.1工程地質

某土石壩全長360m。樁號0+020～0+080段基礎為玄武巖。因受F1、F2斷層影響，巖石破碎透水性較強。大壩基礎由亞砂土、粉細砂及砂礫層組成。它們單獨成層或相互夾透鏡體存在。大壩下游曾發生嚴重的管涌現象。

1991年除險加固時，采用混凝土防滲墻進行加固處理，由于水文地質條件改善，此壩段下游發生管涌現象得到有效控制。對0+230～0+250段基礎，經取樣篩分試驗，確定為少粘性土，根據對少粘性土提出的判別標準，確認大壩河槽壩基土體屬液化土。

6.2壩基砂土地震液化評價

壩基道寬180m。其底部高于現河床10m左右，最大堆積物厚度25m，由Q2低液限粉土、級配不良砂層組成。其上覆Qs壩體土厚度10.5m，下伏為Q玄武巖及高液限粘上層。水庫運用后正常高水位565m，壩前地面以下土層將被淹沒。壩基砂土層的液化判別分別依據《水利水電工程地質勘察規范》GB50287-99（簡稱水利規范）和《建筑抗震設計規范》GB50011-2001（簡稱抗震規范）進行評價。

6.3標準貫入試驗結果

計算結果見表1。

表1 鉆孔標準貫入試驗錘擊數及計算統計表

計算結果所示，在孔深2.5m～6.5m都有液化現象，此大壩有潛在失穩危險，必須采取相應措施進行加固。

7砂土液化的處理措施

（l）控制砂土中的水分及其滲透性，其目的在于降低超靜孔隙水壓力，控制超靜孔隙水壓力的升高，從產生液化的源頭及逸出部位同時進行防治。常用的方法為防滲、排水和反濾、加反濾蓋重等方法。

（2）挖去上部已液化土層，并用非液化土回填防止下部砂層的液化破壞。當液化土層較淺時，可考慮全部挖除；液化土層較深時，可考慮部分挖去，但部分挖除后下部土體是否液化是值得考慮的問題。

（3）用板樁、礫石樁、地下連續墻等手段將結構物地基四周包圍起來，限制砂土液化時發生側移，使地基的剪切變形受到約束，避免大的沉陷導致建筑物破壞。使用圍封處理措施時，板樁必須有足夠的深度，以穿越可液化砂層為宜，否則圍封措施起不到應有的作用。如果在采用圍封措施的同時再布置一些礫石排水樁，則可大大提高其抗液化效果。

8結論

本文簡要敘述了砂土的液化機制、液化類型以及影響因素，并通過工程實例，即某大壩壩基運用標準貫入試驗分析了2.5m～6.5m都有液化現象，提出了防止液化地基處理方法，并指出液化土的加固處理是抗震工程的重要組成部分，應引起重視。

參考文獻：

[1]張啟岳主編.土石壩加固技術[M].北京：中國水利水電出版社，2000.10

[2]陸文海等著.水工建筑物病害處理[M].成都：四川科學技術出版社，1985.12

[3]羅成輝，淺議病險水庫大壩滲漏的原因和處理新技術[J]，湖南水利，1999，（2），66-67

作者簡介：

篇5

關鍵詞：抗震；建筑結構；抗震目標

地震是來自地球內部構造運動的一種自然現象，是人類社會面臨的一種嚴重的自然災害。據統計，地球每年平均發生500萬次左右的地震。地震通常給人們帶來巨大的經濟和財產損失，其產生的影響是長久的。目前，科學技術還不能準確預測并控制地震的發生。我國為地震多發區，全國大部分大中城市處于地震區，由于城市人口及設施集中，地震災害會帶來嚴重的生命和財產損失。

根據統計，我國450個城市中有3/4處于地震區，而其中大中城市的4/5以上均在地震區。以此，為了抗御和減輕地震災害，有必要進行建筑結構的抗震分析與設計。我國《建筑抗震設計規范》（GB50011-2001）中明確規定：抗震設防烈度為6度及以上地區的建筑，必須進行抗震設計。

地震時由于地面運動使原來處于靜止狀態的結構受到動力作用，產生強迫震動。我們將地震時地面加速度振動在結構上產生的慣性力稱為結構的地震作用。結構的地震反應是一種動力反應，其大小不僅與地面運動有關，還與結構自身動力特性如：自振周期、振型和阻尼等有關。結構動力學著重研究結構對于動荷載的響應（如速度、位移、加速度、內力等時間的歷程），以便確定結構的承載能力和動力學特性，或為改善結構的性能提供依據。因此，在房屋抗震減震方面，結構動力學既是抗震設計的基礎，又是減震隔振的理論依據。

一、結構抗震驗算

各類建筑結構的抗震計算應遵循以下原則：

1. 一般情況下，可在建筑結構的兩個主軸方向分別考慮水平地震作用并進行抗震驗算，各個方向的水平地震作用應由該方向的抗側力構件承擔；

2. 有斜交抗側力構件的結構，當相交角度大于15°時，應分別計算各抗側力構件方向的水平地震作用；

3. 質量和剛度分布明顯不對稱的結構，應考慮雙向水平地震作用下的扭轉影響，其他情況，可采用調整地震作用效應的方法考慮扭轉影響；

4. 8度和9度時的大跨度和長懸臂結構及9度時的高層建筑，應計算豎向地震作用。

為了貫徹實現“小震不壞，中震可修，大震不倒”的三水準設防目標，抗震規范規定進行下列內容的抗震驗算：

1. 對各類鋼筋混凝土結構和鋼結構進行多遇地震作用下的彈性變形驗算；

2. 對絕大多數結構進行多遇地震下強度驗算，以防止結構構件破壞。

3. 對甲類建筑、位于高烈度區和場地條件較差的建筑、超過一定高度的高層建筑、特別不規則建筑、采用隔震消能減震設計的結構等進行罕遇地震作用下的彈塑性變形驗算。

在多遇地震作用下，滿足抗震承載力要求的結構一般處于彈性工作階段，不受損壞，但如果彈性變形過大，將會導致非結構構件的破壞。因此，規范對除砌體結構、廠房外的各類鋼筋混凝土結構和鋼結構要求進行多遇地政作用下的彈性變形驗算，對其樓層間的最大彈性層間位移要求符合下式：

式中

――多遇地震作用標準值產生的樓層內最大的彈性層間位移；計算時，除以彎曲變形為主的高層建筑外，可不扣除結構整體彎曲變形；應計入扭轉變形；鋼筋混凝土結構構件的截面剛度可采用彈性剛度；

h――計算樓層層高；

――彈性層間位移角限值。

除部分符合條件的單廠建筑、6度區的建筑（建造于IV類場地上較高的高層建筑除外）記憶生土房屋和木結構房屋外，其他建筑結構都要進行結構構件承載力的抗震驗算。驗算公式為：

式中

S――結構構件內力組合的設計值，包括組合的彎矩、軸向力和剪力設計值；

R――結構構件承載力設計值；

γRE――承載力抗震調整系數。

在罕遇地震作用下，地面運動加速度峰值是多遇地震的4～6倍。因此，多遇地震下處于彈性階段的結構，在罕遇地震烈度下將進入彈塑性階段，結構構件接近或達到屈服，此時，結構已沒有足夠的強度儲備。為抵抗地震的持續作用，要求結構有較好的延性，通過發展塑性變形來消耗地震能量。因此，對某些處于特殊條件下的結構，還需要驗算其在罕遇地震作用下的彈塑性變形。

二、多層和高層鋼筋混凝土房屋的抗震

多層和高層鋼筋混凝土房屋是我國工業和民用建筑中最常用的結構形式，根據建筑功能要求不同，其常用的結構體系有框架結構、抗震墻結構、框架抗震墻結構和筒體結構等形式。與砌體結構相比，鋼筋混凝土結構一般具有較好的抗震性能。

多層和高層鋼筋混凝土建筑不同的抗震結構體系具有不同的性能特點，在確定結構方案時，應根據建筑使用功能要求和抗震要求進行合理選擇。一般來說，結構抗側移剛度是選擇抗震結構體系要考慮的重要因素，特別是高層建筑的設計，這一點往往起控制作用。

框架―抗震墻結構體系的特點是克服了純框架結構剛度小和純抗震墻結構自重大的缺點，發揮了各自的優點長處。具有抗側剛度較大，自重較輕，結構布置較靈活，結構的水平位移較小的優點，抗震性能較好。該結構適用于辦公寫字樓、賓館、高層住宅等。抗震墻結構體系的特點是自重大，側向剛度大，地震作用大，空間整體性好，但布置不靈活。抗震墻結構適合于住宅等建筑。

三、多層砌體結構抗震

砌體結構的主要承重及抗側力構件是墻體，砌體結構的承重體系應優先選用橫墻或縱橫墻共同承重方案。結構承重體系中縱橫墻的布置宜均勻對稱，沿平面內宜對齊，沿豎向應上下連續，同一軸線上窗間墻寬度宜均勻。房屋的平、立面布置應盡量簡單、規則，避免由于不規則使結構各部分的質量和剛度分布不均是質量中心與剛度中心不重合而導致震害加重。

多層砌體建筑隨著層數和高度的增加，房屋的破壞程度加重，倒塌率增加。因此對房屋的層數和總高度都有規范限制。房屋高寬比指房屋總高度與建筑平面最小總寬度之比，隨著高寬比的增大，房屋易發生整體彎曲破壞。多層砌體結構房屋不作整體彎曲驗算。因此，對于房屋的高寬比也應根據規范設計，還有砌體抗震橫墻的間距，房屋局部尺寸以及結構材料都要符合規范。

四、小結

《建筑抗震設計規范》適用于抗震設防烈度為6、7、8、9度地區的建筑工程的抗震設計及隔震消能減震設計，目標為“小震不壞，中震可修，大震不倒”，而且根據建筑物使用功能的不同，建筑物的結構不同，多層和高層鋼筋混凝土結構、多層砌體結構等，對建筑物的抗震設防類別及其設防標準進行了劃分。但設計規范的科學依據只能是現有的經驗和資料，目前對地震規律性的認識還很不足，隨著科學水平的提高，地震可能不再是威脅。■

參考文獻

[1] 祝英杰，谷偉.《結構抗震設計》. 北京大學出版社. 北京，2009.10

[2] 張耀軍，莊金釗.《建筑結構抗震設計》. 中國水利水電出版社. 北京，2013

[3] 薛素鐸 趙均 高向宇，《建筑抗震設計》，科學出版社，北京，2003

篇6

關鍵詞： 供水可靠性設計徑流特征水位 水力計算 “三抗”計算 土方沉降

中圖分類號：S611 文獻標識碼：A 文章編號：

1. 概述

普光氣田取水工程位于四川省宣漢縣后河普光鎮段，工程采用底格欄柵壩和豎井泵房提升取水形式，日最大供水能力5×104m3，主要為凈化廠凈水站提供原水。工程主要建、筑物有擋水壩、取水建筑、泵房、供水管道等永久建筑物按《水利水電工程等級劃分及洪水標準》1級設計；設河流水位、水泵運行、壓力、流量等自動監測設施，水錘消除設施等。

2. 洪、枯水標準

根據《防洪標準》GB50201-94，本工程1級建筑物設計洪水標準采用100年一遇（P=1%），相應洪水流量Q=6370m3/s，洪水位341.78m；校核洪水300年一遇（P=0.33%），相應洪水流量Q=7330m3/s, 洪水位343.287m。最枯流量 m3/s, 最低水位318.472m。

取水處設計徑流表2-1-1

取水工程特征水位表 表2-1-2

3.取水構筑物及供水管線設計

后河普光鎮段屬于山溪河流，河流洪、枯水期間流量及水位變化大，陡漲陡落；河岸不規整，易產生淤積區、沖刷區及回流區。根據后河普光鎮段河流的地形和水流特性，為保證河流枯水期取水可靠性、洪水期構筑物穩定性及供水管線穿越特殊地段的抗沉降能力，設計采用底格欄柵壩和豎井泵房提升的取水模式。

3.1取水口取水可靠性設計

取水口設計由底欄柵壩、擋水低壩、引水暗渠、沉沙池組成。底格欄柵壩高2.7m，長10m，壩頂高程319.75，布置在河道中間；擋水低壩采用溢流堰形式。布置于底格欄柵壩兩側，最大壩高2.35m，右岸側擋水低壩長15m，左岸側壩長110m，在枯季起束窄河流使水流從底欄柵走的作用，堰頂高程較底格欄柵壩高40cm，壩頂高程為320.15m；暗渠前端與底格欄柵壩內廊道相接，穿過右岸擋水低壩向沉沙池供水，暗渠坡比為3/1000，暗渠斷面為80×90cm，末端設置節制閘；沉沙池為矩形結構，長8m×3m×3m。沉沙池底部設置DN=300mm的沖砂放空孔。當內外具備沖沙水頭差時，可以開閘沖沙。平時河道水位較高，可以采用機械間隙挖沙。

（1）底欄柵口進水流量計算

工程設計采用無壓流方式計算。當過柵水流全部進入廊道時，采用下式計算廊道進水流量：

計算成果如表3-2-1所示：

廊道基本參數計算表表3-2-1

經過比較，考慮到必須到河道中間（水位較低處）取水，擋水建筑本身布置較長，設計選用較長的底格欄柵壩，廊道參數為：L=10m，B=0.6m。

（2）引水暗渠水力計算

因引水暗渠為無壓流形式，采用明渠流計算式對該工程引水暗渠進行水力計算并充分考慮到超高要求，計算結果如表3-2-4所示。設計暗渠斷面為80×90cm。

暗渠水力計算成果表3-2-4

（3）沉沙池水力計算

本工程采用矩形沉沙池。為使水流均勻分布，控制池廂寬度不超過長度的1/3。根據以往工程經驗，擬定沉沙池的池長、池深、池寬，校核其池內流速，使其平均流速符合泥沙的粒徑沉淀要求。初步選定該工程沉淀泥沙粒徑大小為0.6~0.7mm，對應得沉速為62.0~74.0mm/s，經過計算分析，選定沉沙池的基本尺寸如下:：L=12m，B=3m，H=3m。沉沙池的長度同時滿足四臺水泵取水管平行布置的要求。

沉沙池基本尺寸設計計算表 表3-2-5

3.2豎井泵房穩定性設計

泵房上部為單層圓形現澆鋼筋混凝土框架結構，泵房地面絕對標高為344.2m，直徑ф17m，高6.9m，六根框架柱斷面為600mm×700mm，框架梁斷面為250mm×900mm，屋面為150mm厚鋼筋混凝土現澆板。泵房下部為圓形豎井結構，內徑ф14m的鋼筋混凝土結構，豎井高28.6m，下部15m井壁厚1.8m，上部13.6m井壁厚1.5m，在332.20m設寬2.5m的檢修平臺。

（1）泵房防洪高程的確定

泵房防洪墻頂安全超高Y＝h1%+hZ+hc

根據《泵站設計規范》（GB/T20265－97）的規定：防洪墻頂頂高程應根據設計洪水和校核洪水兩種運用情況確定。

設計洪水情況計算風速為P=2%的風速(即50年來最大風速)為18.00m/s；泄校核洪水情況計算風速取多年平均最大風速，12m/s；水面寬F取800m；墻前水深d取24.0m。

風浪要素由莆田公式計算：

用下式計算波浪高，Hp=H×R

安全加高A按根據《泵站設計規范》（GB/T20265－97）規定取值，設計洪水情況下0.7m，校核洪水情況下0.5m。具體計算見表3-2-6。

泵房防洪墻頂超高計算表表3-2-6

（2）泵房穩定及應力計算

1）計算要求

取水泵房的的整體穩定和基礎應力計算包括，在不平衡回填土的作用下的整體穩定，設計或校核洪水作用下的抗浮計算和基礎應力計算。

用于泵房穩定分析的荷載應包括自重、靜水壓力、揚壓力、土壓力、泥沙壓力、波浪壓力及其它荷載等。本取水口位于VI度設防區。不進行抗震設計。

2)穩定、基礎應力、抗浮計算公式

抗滑安全系數計算公式：

式中：K1—按抗剪斷強度計算的抗滑穩定安全系數；正常運用不小于1.35，非常運用（I）不小于1.2，非常運用（II）不小于1.1；

垂直正應力計算公式：

抗浮安全系數計算公式：

泵房抗浮穩定安全系數的允許值不分泵站級別和地基類別基本荷載組合下為1.10,特殊荷載組合下為1.05。

（3）取水泵房計算結果

泵房基礎置于河床沙卵石上，其抗滑穩定安全計算時采用沙卵石抗剪指標進行計算，f＝0.4，基礎最大應力不大于0.3Mpa。計算結果詳見表3-2-7。

取水泵房抗滑穩定和基礎垂直正應力計算成果表 表3-2-7

3.3輸水管線方案設計

設計采用雙管線輸水，互為備用，單根管線輸水能力滿足最大供水量的70%。輸水管線不同溝敷設。管線基本沿地形埋地敷設,以減小管道因溫度變換伸縮、水擊等造成的應力影響。穿越凈化廠棄土場段，由于回填土厚度大，填齡短，土體尚未完成自重固結，易發生地基沉降或沉陷。根據現場地質情況，管線采用沿地面敷設方式，兩條管線在穿越棄土場區域時抬升至沿地面敷設，至火炬場道路時重新埋地敷設，支墩采用混凝土支墩，每50m設置一處固定支墩，中間設置滑動支墩,滑動墩間距6m，固定段內高點設置伸縮節一處，以滿足管道伸縮變化；兩條管線在棄土區邊界均加設金屬軟管。管墩設置可適當加密，并對地基進行處理；原方案在棄土區邊界加設金屬軟管，一定程度上可以抵消部分沉降，技術可行；沿線設置沉降觀測點，管線投運后，定期巡線檢查，發現異常立即處理。

4. 結論

（1）采用底格欄柵取水方式，對取水工程在枯水期滿足取水量意義重大，且沖砂水池滿足了洪水期進入底格欄柵廊道和集水池的沉積砂礫采用流水沖刷的方式排水出集水池，提高供水保證率。

（2）取水泵房結構部分設計中，采用加大壁厚增加自身重量的形式解決泵房自身的抗浮、抗滑和抗傾問題，同時在泵房地板處增設錨筋，以保證泵房底部不會因地下水浮力而產生裂縫,在泵房底部邊角處設計趾,以增加泵房的抗滑能力。

(3）由于管線采用埋地敷設方式能避免管道因溫度變化造成的伸縮問題,同時由于埋地敷設管道受力均勻, 固定墩之間每隔6m設滑動支墩, 防止不均勻沉降；固定段中心位置設伸縮節一處，以滿足管道伸縮變化；支墩采用混凝土支墩，金屬支座，側面做觀測標記，便于運行維護。

參考文獻

[1]《城市工程管線綜合規劃規范》，GB50289-98

篇7

關鍵詞：水庫；設計

Abstract: whistle reservation during reservoir is mile county town of friends at a important small (2) type reservoir, mainly for the downstream of the 800 mu of farmland irrigation task, with the downstream of the village of flood control to protect, protect the downstream a total population of 700 people and cultivated land area of 300 mu. But because it now exists many problems of above, it is difficult to play to their normal function, therefore, on watcher reservation during danger-eliminating and reinforcing the reservoir is very necessary, is also a very urgent. This paper analyzes the problems of the reservoir engineering reinforcement design is discussed in this paper.

Keywords: reservoir; design

中圖分類號：S611文獻標識碼：A文章編號：

1、工程概況

哨中安水庫位于紅河州彌勒縣朋普鎮新車村委會白土凹村，地理位置東經103°23′22.8″，北緯24°00′40.3″。哨中安水庫壩址距朋普鎮約6.0km，距彌勒縣城約45.0km。哨中安水庫所在河流屬屬珠江流域南盤江支流的甸溪河。

2 、大壩除險加固設計

2.1 病害及病害分析

大壩壩型為均質土壩。由于受筑壩當時條件限制，壩體回填土料差，壩體壓實度達不到標準，壩體出現不均勻沉降，加之經多年的風雨淘刷，頂部高矮不平，壩頂寬度在6～8m，上游壩坡風浪淘刷嚴重。下游壩坡面凹凸不平，壩坡長滿雜草和灌木叢，下游壩坡沒有設置上下壩踏步，上下壩坡較困難。由于建壩時清基不到位，沒有對壩基進行相應的防滲處理，所以壩體與壩基、壩體與壩肩結合部位在水庫蓄水后，壩腳與壩基結合部位就出現了滲漏，在壩腳形成集中水流和片狀浸水潮濕區。在壩腳處，由于修建石蒙高速公路，施工方把公路棄土堆放在水庫腳，土方量大，堆放不規則，且沒有經過任何壓實，土體松散，現平均高度有11m左右，平均寬40m。

2.2設計計算

2.2.1壩頂高程復核

1、基本資料：大壩按5級建筑物設計，地震設防烈度為Ⅶ度，多年平均最大風速為15.4m/s，大壩吹程為0.2km，主風向為西南風。根據《碾壓式土石壩設計規范》SL274-2001進行計算。

2、壩頂超高

按公式y=R+e+A計算壩頂超高

R――波浪爬高；

e ―― 最大風壅水面高度；

A ―― 安全加高。正常情況取0.5m，非常情況取0.3m。

3、壩頂高程取以下三種計算情況中的最大值：

（1）壩頂高程=設計洪水位+正常超高+風浪爬高

=1170.797+0.5+0.67

=1171.967m

式中，正常超高取0.5m，風浪爬高h浪高=3.2Kh波高tgθ，

K―壩坡坡面糙率系數，取0.85；

θ―壩迎水面與水平面的夾角，為26.6°；

h波高=0.0166V5/4D1/3（官廳水庫公式）；

V―取多年平均最大風速值的1.5倍，V=23.1 m/s；

D―吹程，為0.2km。

（2）壩頂高程=校核洪水位+非常超高+風浪爬高

=1171.29+0.3+0.41

=1172.00m

式中，非常超高取0.3m，風浪爬高h浪高=3.2Kh波高tgθ，

K―壩坡坡面糙率系數，取0.85；

θ―壩迎水面與水平面的夾角，為26.6°；

h波高=0.0166V5/4D1/3（官廳水庫公式）；

V―多年平均最大風速值，V=15.4 m/s；

D―吹程，為0.2km。

（3）壩頂高程=正常蓄水位+非常超高+風浪爬高+地震安全加高

=1169.954+0.3+0.41+1.2

=1171.864m

復核后的壩頂高程為1172.00m，低于實測壩頂高程（1172.18m）0.18m，故壩頂高程滿足超高復核要求。

2.2.2大壩滲流及穩定復核

一、滲漏及滲透變形分析

1、壩體滲流計算

大壩進行防滲處理后，壩體及壩基滲流主要受防滲體系（灌漿）控制。按《碾壓式土石壩設計手冊》介紹的方法―采用透水地基上的土石壩滲流計算方法計算壩體和壩基的滲漏量，采用河海大學工程力學研究所編制的水工結構有限元分析系統（AutoBank v5.5）軟件進行壩體滲流復核計算，并確定浸潤線，本次成果采用本次復核的水位成果。

根據鉆孔注水試驗成果分析，壩體填筑料及壩基的計算滲透系數采用鉆孔內壓注水試驗成果的加權平均值，根據鉆孔注水試驗成果分析，原壩土滲透系數為3.97×10-4～4.79×10-3cm/s，取值為7.656×10-4cm/s；壩基沖洪積層滲透系數1.19×10-3～3.59×10-3cm/s，取值為2.38×10-3cm/s；強風化全壩基基巖透水率為12.41～62.45Lu, 取值為34.74Lu；排水棱體滲透系數1.0×10-2cm/s；灌漿滲透系數采用1×10-6cm/s；計算采用值及成果見表5.2-1、表5.2-2及圖5.2-1。

2、大壩穩定滲流復核

計算斷面采用大壩實測最大橫斷面，按透水地基上的均質土壩進行計算。

據鉆孔注（抽）水試驗得知，壩體土透水率K=7.57×10-4～1.49×10-3cm/s，壩體與壩基接觸帶K=1.19×10-3～3.59×10-3cm/s。從以上數據明顯而知，壩體土透水不均勻，總體較大，故直接反映為外壩腳產生大片浸水濕地面積為（135m2）。在壩體土中可能造成的滲流破壞是流土，據《水利水電工程地質勘察規范》附錄M（土的滲透變形判別）可能造成流土破壞。

由流土型臨界水力比降計算公式：Jcr=（GS-1）（1-n）。

式中：Jcr―土的臨界水力比降；

GS―土的顆粒密度與水的密度之比；

n―土的孔隙率（%）。

計算得壩體土臨界水力坡降Jcr=0.974～1.013，采用2的安全系數，允許水力坡降壩體為J允=0. 0.487～0.507，而實際水力坡降值為J實=0.251～0.313，J實＜J允，據以上判斷，在現壩體土中不存在滲流穩定問題。但是，在壩體與壩基接觸帶由于透水性較大(K=1.19×10-3～3.59×10-3cm/s)，且相對集中，隨時間推移在滲透動水壓力的作用破壞下，滲漏量會不斷加大，壩體就會產生滲透破壞變形，嚴重影響壩體穩定和安全。

2、大壩穩定安全復核

壩坡穩定采用簡化畢肖普法，計算程序采用北京水科院陳祖編制的土質邊坡穩定計算程序（STAB2005）進行大壩穩定分析計算，計算方法采用畢肖普法，選取最大斷面采用圓弧滑裂面進行計算。

（1）基本參數的確定

壩體穩定計算各區的物理力學指標根據本次土工試驗成果并結合本工程實際情況取用。本次穩定復核壩土和壩基C值、φ值取用土工試驗成果的均值、飽和容重及天然容重取用土工試驗成果的平均值，物理力學性質指標計算值見表5.2-3。

（2）穩定計算

計算斷面：據大壩目前現狀，地質鉆探的試驗成果，采用大壩實測最大橫斷面作為壩體穩定計算的標準斷面。

（3）計算工況及成果

大壩穩定計算根據《碾壓式土石壩設計規范》（SL274-2001），壩體上游壩坡穩定分析工況為穩定滲流期和庫水位降落期的各種工況，下游壩坡穩定分析工況為穩定滲流期的各種工況，地震作用力按《水工建筑物抗震設計規范》中規定進行計算，地震動峰值加速度值為0.15g,地震動反應譜特征周期0.45s，相應的地震基本烈度Ⅶ度。各種工況穩定計算結果見表5.2-4、圖5.2-2～5.2-5。

（4）大壩抗滑穩定分析

大壩經過防滲后減少壩體、壩基滲漏量，且降低了壩體的浸潤線，有利于壩體的穩定。從表5.3-4看出上、下游壩坡抗滑穩定安全系數均能滿足規范要求。

2.3除險加固設計

根據對壩體病害的分析，決定采取的工程除險加固措施為：防滲堵漏，加固壩體。即對滲漏嚴重，透水大的壩體、兩壩肩、壩基進行帷幕灌漿處理，對不穩定的下游壩坡進行加固，滿足壩體穩定要求，修整上、下游壩面，新建壩腳排水設施，下游人行踏步，為保證工程除險加固后的安全運行及管理，還需增設必要的滲漏、變形監測設施。

2.3.1 壩體結構設計

（1）壩頂高程確定

根據規劃計算結果，壩頂高程仍為1172.18m。

（2）大壩結構布置

①壩頂

大壩壩頂高程1172.18m，壩頂寬6m，長130m。壩頂上游側設0.3m×0.3m的砼護肩，下游側設路緣石，路面為砂石路面。為便于壩頂排水，設2％橫坡傾向下游。

②壩坡

壩坡比分別為：上游壩坡坡比為1:2.6。下游壩坡1165.25m以下壩段的坡比為1：3.8，1165.25m設一道寬4.8m的戧臺；1165.25m～1172.18m（壩頂高程）壩段的坡比為1：2.6。

③護坡

上游坡死水位以上采用干砌塊石護坡，下設20cm厚、由砂、碎石組成的混合反濾層。下游坡采用植草護坡。

④排水

下游壩坡與岸坡連接處及戧臺內側設置0.3m×0.3m排水明溝，截斷山體地表水對壩坡沖刷，將壩面集水和岸坡集水引向下游。壩腳排水采用貼坡排水方式，排水體與壩體、壩基相接處設置反濾層，排水體下游測設置導滲溝。

⑤基礎處理

基礎處理包括上、下游壩坡面的開挖、削坡。對壩體上游坡面、下游坡面的開挖，將坡面較為松散的表層土、樹根、雜草等全部清除，上游坡面平均開挖深度為0.60m，下游坡面平均開挖深度為0.40m。

2.3.2 壩體、壩肩以及壩基防滲處理

根據《碾壓式土石壩設計規范》（SL274―2001）、《土壩壩體灌漿技術規范》（SD266―88）等規范并結合本工程壩基、壩土地質條件，對大壩防滲設計采用對壩體、壩基、壩肩及結合部進行帷幕灌漿的方法。

對大壩壩體、壩基、壩肩結合部采用帷幕灌漿方案，并結合大壩下游新建排水設施，以形成完善的防滲體系。擬定防滲帷幕灌漿長度為150.5m，大壩防滲帷幕灌漿共布置101個灌漿孔。帷幕底界進入弱透水層5m，防滲底界以＜10Lu控制。防滲帷幕灌漿沿壩軸線布置，單排孔，頂界至正常蓄水位1169.954m。對壩土基巖結合部，應采用結合部灌漿工藝，孔距1.5m，孔口第一段、結合部每2～3m為一個灌段，其它每5m為一個灌段；壩體采用1：3的水泥粘土漿灌注；對基巖采用帷幕灌漿，孔距1.5m，基巖灌漿段長大于5.0m，用純水泥砂漿灌注，均分為三序進行施工。

灌漿土料的控制指標為：充填灌漿―塑性指數10～25%，粘粒含量20～45%，粉粒含量40～70%，砂粒含量

壩基帷幕灌漿采用灌注純水泥漿，灌漿壓力可按P=P。+mD計算, 初定為0.2～0.4MPa，灌漿水灰比采用5:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.6:1、0.5:1等比級，灌漿時由稀到濃，逐級變換，開漿水灰比可采用5:1。

2.3.3觀測設計

1、大壩觀測

大壩的安全是水庫能否正常運行的關鍵。為了監測大壩施工期及運行情況，在水庫運行期間，除應進行一般外表觀測外，還應對壩面位移、壩體及壩基滲流、繞壩滲漏、庫水位等進行觀測并作詳細記錄。

（1）一般外表觀測

一般外表觀測是對壩面是否受到人為或生物破壞，壩面是否出現裂縫、坍陷、隆起、滲水、流土、管涌等異常現象進行觀測。

（2）滲流觀測

大壩滲流觀測包括壩體浸潤線、滲流量及繞壩滲漏等觀測。

滲流量包括壩體、壩基及繞壩滲漏，這三種形式的滲漏量一般難以分開，因此，在下游壩腳處設一座三角堰觀測總滲漏量。由于該壩為除險加固，加強施工期的滲流觀測是十分必要的。在大壩加固后，壩體浸潤線采用測壓管觀測。壩面設測壓管，總長46.2m。測壓管采用50mm鍍鋅鋼管。

（3）位移觀測

位移觀測包括壩面垂直位移觀測和水平位移觀測。大壩位移觀測標點設于壩頂下游側和下游坡戧臺內側。在兩岸坡上設水平位移觀測工作基點和校核基點。為提高垂直位移觀測精度，方便觀測實施，將垂直位移觀測基點設在與觀測標點埋設高程相近的左右岸山坡。位移觀測需配備J2經緯儀、S1水準儀各一臺。

（4）庫水位觀測

庫水位是水庫運行調度的重要依據，也是大壩安全運行控制參數，故必須進行觀測。擬定用水尺作為庫水位觀測設施。水尺布置在岸坡較穩定、觀測較方便的位置。

（5）其它觀測

其它觀測包括泄洪輸水涵洞出流量、消能、建筑物外表觀測。在高水位期間，應加強泄洪輸水涵洞進口洞臉附近滲流觀測。通過出流量觀測。驗證泄洪輸水涵洞的水位～開度～流量關系。

根據《土石壩觀測技術規范》要求，鍋底塘水庫大壩所布設的觀測設施見表表5.2.5。

3、 溢洪道除險加固設計

3.1 溢洪道現狀及主要病害

溢洪道型式為開敞式溢洪道，布置于右壩肩，無襯砌，兩壁及渠底大部位于第四系坡、殘積層中，少部位于強風化之泥盆系中統宣武田組（D2x）粉砂質泥巖中，穩定性較差。尺寸為1.5×2.4m，進口底板高程1169.954m。通過水力計算，最大泄流量3.04 m3/s，不能夠滿足200年一遇（洪峰流量為Q=9.3m3/s）校核洪水泄洪要求。長度不足以將下泄洪水輸送到下游河道，出口處為進庫公路，無消能設施及尾部渠道，汛期洪水將危會及大壩安全及沖毀下游進庫公路、農田。

3.2 除險加固設計

針對溢洪道存在的問題以及經過現場勘查，決定不再使用老溢洪道，老溢洪道采用壩土回填壓實，并在大壩左壩端新建溢洪道，加大溢洪道斷面尺寸以滿足泄洪要求，在尾部增加消能設施。

此次除險加固設計溢洪道堰頂高程1169.954m，進口控制段寬2.5m，由進水渠段、控制段、泄槽段、出口消能段及出口段渠道等部分組成，全長147.9m。設計洪水位1170.797m，相應下泄流量為4.66m3/s，校核洪水位1171.29m，相應下泄流量為9.3m3/s，本次設計需要根據設計洪水計算溢洪道斷面尺寸以滿足泄洪要求。進口八字段底板寬度為4.5m～2.5m，底部為30cm厚漿砌石、15cm厚混凝土；邊墻為M5.0漿砌石和M7.5漿砌毛條石，邊墻頂寬0.5m。消力池長8m，消力池出口段接渠道將尾水歸入下游老河道。

3.3 設計計算

溢洪道的泄洪能力，采用寬頂堰自由溢流計算公式進行計算，計算公式如下：

式中：流量系數m=0.32+0.01

凈寬b=2.5m

重力加速度g=9.81m/s2

復核成果見下表：

4、 輸水涵洞除險加固設計

4.1 輸水涵洞現狀及病害

輸水涵洞位于大壩中偏右段，為一壩下涵洞，為漿砌石城門形無壓洞，采用鍋蓋閘門放水，由于年久失修、設備老化，啟閉困難且安全隱患嚴重，洞身受多年水壓、水浸蝕作用，造成水泥砂漿填縫被溶解，洞室整體砌石強度降低，洞壁四周滲漏較為嚴重，若長期滲漏，將造成壩體的破壞，其病害已經威脅了壩體的穩定。

4.2 除險加固設計

4.2.1 結構布置

本次設計不改變涵洞的走向、位置，只采用鋼管內襯、灌漿和C15砼填充處理措施，更換閘閥并新建閘室。

鑒于輸水涵洞尚未出現斷裂等嚴重影響結構穩定的因素，而且涵洞斷面尺寸很大，具備進行加固處理的實際條件，擬對老涵洞采用DN500mm鋼管內襯，進行C15砼填充加固，然后再進行灌漿處理。先造豎孔并用套管固壁，待水平灌漿結束后，再進行豎向灌C15細石砼充填灌漿處理，對老涵洞內原滲漏部位進行封堵，截斷壩體與管周邊可能出現的滲漏通道，使老涵洞結構的整體性得以加強，新建出口閘室。該方案對原有建筑物進行除險加固，不破壞原樞紐建筑物及涵洞結構，投資較省，工程量較小；加固輸水涵洞，可免除長期存在的滲漏問題，有利于壩體穩定。但是工程施工與灌溉、防洪、供水等方面干擾較大，施工導流困難；另外灌漿工程質量難以控制。

原輸水涵洞除險加固改造后，全長81.7m，出口端接下游原灌溉渠道。輸水涵洞進口設攔污柵一道，攔污柵型式為平面攔污柵，采用鋼板與型鋼焊接結構；出口增設2套DN500閘閥，并新建閘室（20m2）。

4.2.2 輸水能力復核

輸水涵管為有壓流，過流量計算公式如下：

式中： μ――流量系數；

ξi――某一局部能量損失系數；

li――涵管某一段長度，m；

ω――涵管出口斷面面積，m；

ωi――斷面面積；

T0――上游水面與涵洞出口底板高程差

Hp――閘門出口斷面水流的平均勢能

經計算，閘門全開時，不同水位涵管過流量如下：

校核洪水位1171.29m：Q=1.50m/s。

設計洪水位1170.797m：Q=1.46m/s。

正常蓄水位1169.954m：Q=1.41m/s。

5、結語

哨中安水庫除險加固工程的主要任務是解決下游村莊的灌溉用水。工程實施后的受益區面積為1100畝，合理利用了當地水資源，發揮了工程效益，有力促進地方社會經濟的可持續發展和人民生活水平的提高。