水利水电工程抗震设计规范范文
时间：2023-07-07 17:34:44
导语：如何才能写好一篇水利水电工程抗震设计规范，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
关键词：水工建筑物；工程等别；结构安全性；混凝土强度指标；抗震设计
作者简介：刘远（1979-），男，广东中山人，华南农业大学水利与土木工程学院博士研究生，讲师。（广东?广州?510642）
基金项目：本文系华南农业大学教育教学改革与研究项目（项目编号：JG09016）的研究成果。
中图分类号：G642?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）25-0059-02
“水工建筑物”是水利水电工程专业的一门核心课程，课程的主要任务是使学生掌握各种水工建筑物的设计理论和方法。该课程内容多、知识面广，涉及重力坝、拱坝、土石坝、水闸、水工隧洞等各种不同的结构物。它们在材料、工作原理上都不一样，所以设计方法也不一样，这是“水工建筑物”学习的难点之一。但是，各种水工建筑物的设计共同遵循着一些基本准则和方法。因此，在开始学习各种水工建筑物的设计之前，必须先学习“水工建筑物设计综述”这一章，意在探讨这些基本准则和方法。“水工建筑物设计综述”是“水工建筑物”课程的主线，对整个课程的学习起着重要的引导作用，必须予以足够的重视。
由于课内学时的压缩，教学内容的删减，很多教师只给这一章内容安排1～2个学时，有的甚至是一带而过。这将给后面课程内容的教学造成很大的困难。笔者自2007年开始讲授“水工建筑物”，积累了几年的教学经验后，越发觉得“水工建筑物设计综述”内容的重要。因此，自2010年起将这一章内容的授课学时增加至6学时，重点讲述“水利水电工程等别划分”（0.5学时）、“水工建筑物的安全性”（2学时）、“混凝土的强度指标”（0.5学时）以及“水工建筑物的抗震设计”（2学时）等内容，务必使得学生先打下良好的基础，再学习各种水工建筑物的设计。
一、水利水电工程等别划分
对于一般的水利水电工程，需先确定工程等别，然后根据工程等别确定水工建筑物的级别，最后根据水工建筑物的级别确定结构安全级别。结构安全级别是进行水工建筑物设计的安全依据，设计时相关安全系数的取值是根据结构安全级别来确定的。若结构安全级别定的低，就会使得选择的安全系数偏小，结构的安全就存在隐患；反之，结构安全级别定的高，选择的安全系数就会偏大，使得结构的安全余量过大，建筑物的材料用量增加，加大了工程的投资。因此，水利水电工程等别的划分直接影响水工建筑物设计的安全性和经济性。
关于水利水电工程等别的划分，目前有3个规范可依：国家强制性标准GB50201-94《防洪标准》、水利行业标准SL252-2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》以及电力行业标准DL5180-2003《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》。水利水电工程等别，根据水库规模、防洪对象的重要性、治涝规模、供水对象的重要性、水电站的装机容量等，分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五个等级；水工建筑物的级别是根据工程等别及该水工建筑物在工程中的作用和重要性确定，它反映了对不同水工建筑物的不同技术要求和安全要求。永久性水工建筑物分为1、2、3、4、5五级（其中主要建筑物分1～5级，次要建筑物分3～5级），临时性水工建筑物分为3、4、5三级。水工建筑物的结构安全级别，应根据建筑物的重要性及破坏可能产生后果的严重性确定，与水工建筑物的级别对应，分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三级（1级水工建筑物对应结构安全级别为Ⅰ级，2、3级水工建筑物对应结构安全级别为Ⅱ级，4、5级水工建筑物对应结构安全级别为Ⅲ级）。
水利水电工程等级的划分看似简单，容易被忽视，但它直接影响水工建筑物设计的安全性和经济性，是水工建筑物设计的其中一个关键步骤，应当引起足够的重视。当中涉及水利水电工程等别、水工建筑物的级别和结构安全级别三个提法相近，但含义不同的概念，容易造成混淆。教师在讲授时，可结合工程实例来阐述这三个概念的含义，有利于学生理解。
二、水工建筑物的安全性
篇2
关建词：黄冲水库；水文地质；抗震性能；坝区工程地质条件；建筑物工程地质条件
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
中图分类号：U655.1 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
1工程概况
黄冲水库位于来安县半塔镇红旗村境内。该水库属淮河流域，白塔河水系，集水面积0.64km2。黄冲水库是一座以灌溉、防洪及水面养殖等综合利用为一体的小（2）型水库。
大坝为均质土坝，坝长255m，坝顶宽3～5m，最大坝高4.5m，坝顶高程42.61～43.01m(废黄高程系，下同)；溢洪道为开敞式宽顶堰，宽4.5m，堰顶高程41.86m；东西放水涵分别位于大坝桩号0+155、0+000处，东涵为φ400mm素砼圆涵，涵洞出口底高程39.09m；西涵为φ200mm素砼圆涵，涵洞出口底高程40.0m。
2水文地质条件
根椐含水层的性质和地下水类型；坝区地下水的动态和埋藏条件，主要含水层为孔隙性含水层，属潜水型，主要分布在坝体填土及第四系覆盖层内，受气候、地形等因素影响，其补给来源主要是大气降水及库水。
2010年7月通过简易水文观测量得稳定地下水位埋深为1.00～1.94m，其相应高程为39.03～41.24m，主要为浸润线以下的坝体水，主要赋存于松散的坝体填土和第四系覆盖层中。勘探场地范围内地下水对混凝土无腐蚀性。
3抗震性能评价[1] [2]
根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），测区设计地震动峰值加速度为0.05g，相应地震基本烈度为Ⅵ度，设计地震动反应谱特征周期值为0.40s。
4 坝区工程地质条件
4.1坝身体工程地质条件[3]
本次勘察揭示，坝体填土主要为①层素填土 (Qml)，棕褐色，软塑～可塑，湿，质地以重粉质壤土为主,局部为粉质粘土。层厚1.40～4.50m，层底分布高程38.33～41.21m。坝体填土与坝基结合部含有植物根茎等腐殖物，可见大坝施工时清基不彻底。
4.2坝体工程地质评价[3]
勘探中在坝顶钻孔取人工填土层的混和料进行了击实试验一组，试验结果：人工填土的最优含水量20.59%，最大干密度1.67g/cm3。
经野外原位测试及室内土工试验资料综合分析表明：坝体填土主要为①层素填土，质地以重均值1.48g/cm3；标准贯入范围值为4.0～6.2击；液性指数均值0.79，塑性指数均值14.93；压实度范围值为86.8%～91.0%，均值88.6%，不满足规范要求[5]。在大坝坝顶孔3＃做注水试验[4]，成果表明渗透系数均值2.97×10-4 cm/s，属中等透水性，说明该大坝碾压不密实，防渗性能较差。直接快剪粘聚力小值平均值29.5kPa，直接快剪内摩擦角小值平均值11.3о，Es=4.3Mpa。
综上所述，大坝虽经多年运行，但土体自重压密固结效果不明显；由于填筑大坝时，严重存在着质量控制不严，未经碾压或碾压不实所致；①层素填土，质地以重粉质壤土为主,局部为粉质粘土。土质结构松散、混杂，碾压不密实，防渗能力较差；坝体填土与坝基结合部没有处理好，其接触面亦成为渗漏通道；坝体土填筑质量未能达到设计要求，致使下游坝脚多处出现散浸、渗漏出逸点和局部沼泽化现象[5]。
4.3坝基工程地质条件
4.3.1坝基地层简述[3]
②层粉质粘土 (Q4al)，棕褐色，可塑，湿；层厚0.80~4.30m，层顶分布高程38.33~39.25m，层底分布高程34.03~38.29m。
②1层重粉质壤土 (Q4al)，棕褐色，软塑，湿；层厚1.50m，层顶分布高程34.03~34.92m，层底分布高程32.53~33.42m。
③层粘土，棕褐夹灰、黄褐夹灰色，可塑~硬塑，湿；含有铁锰结核。该层未揭穿，探及层厚4.95~08.05m，层顶分布高程32.53~41.21m，层底分布高程≤（27.47~32.34）m。
图1黄冲水库大坝地质剖面图
4.3.2坝基工程地质评价[3]
②层粉质粘土，呈可塑状，坝体(除右坝坡)直接覆盖在本层之上；该层为中等强度，中压缩性；层厚不均,河槽段较厚。含水量范围值25.27～28.19%、均值26.30%；液性指数均值0.55；塑性指数均值15.80；压缩模量5.5MPa；直接快剪粘聚力小值均值34.5KPa，直接快剪内摩擦角小值均值13.1°渗透系数为4.08×10-5cm/s，属弱透水；fk=130kPa。
②1层重粉质壤土，呈软塑状，呈透镜体状分布于河槽段；该层为软弱强度，中～高压缩性。含水量均值29.34%；液性指数均值0.80；塑性指数均值15.18；压缩模量4.0MPa；直接快剪粘聚力小值均值28KPa，直接快剪内摩擦角小值均值11°渗透系数5.0×10-5cm/s，属弱透水；fk=100kPa。
③层粘土，呈可塑~硬塑状，右坝坡坝体直接覆盖在本层之上；该层为中等强度，中压缩性。含水量范围值22.75～24.58%、均值23.73%；液性指数均值0.18；塑性指数均值17.90；压缩模量10.0MPa；直接快剪粘聚力小值均值58.8KPa，直接快剪内摩擦角小值均值18.9°渗透系数为3.0×10-6cm/s，属微透水；fk=200kPa。
4.4土的渗透变形判别[3]
根据《水利水电工程地质勘察规范》附录中的规定，判断土的渗透变形的类型（流土）；根据公式Jcr=(Gs-1)(1-n)计算土层的临界比降；再根据建筑物的重要性除以1.5～2.0安全系数，确定允许比降，具体建议值见表4.1所示。
5正常溢洪工程地质条件评价[6]
溢洪道为开敞式宽顶堰，宽4.5m，堰顶高程41.86m。正常溢洪道为明渠结构，根据钻孔揭示，渠底为③层粘土，呈可塑~硬塑状；该层为中等强度，中压缩性。含水量范围值22.75～24.58%、均值23.73%；液性指数均值0.18；塑性指数均值17.90；压缩模量10.0MPa；直接快剪粘聚力小值均值58.8KPa，直接快剪内摩擦角小值均值18.9°渗透系数建议值为3.0×10-6cm/s，属微透水；fk =200kPa。承载力和压缩模量均满足设计要求；抗冲刷性能一般。
6 放水涵洞工程地质条件评价[6]
根据钻孔揭示，东西放水涵涵基持力层均为②层粉质粘土，呈可塑状；该层为中等强度，中压缩性；含水量范围值25.27～28.19%、均值26.30%；液性指数均值0.55；塑性指数均值15.80；压缩模量5.5MPa；直接快剪粘聚力小值均值34.5KPa，直接快剪内摩擦角小值均值13.1°渗透系数为4.08×10-5cm/s，属弱透水；fk =130kPa。承载力和压缩模量均满足设计要求；抗冲刷性能一般。
7 结论与建议
测区设计地震动峰值加速度为0.05g，地震基本烈度Ⅵ度。勘探场地范围内地下水对混凝土无腐蚀性。大坝坝体填土质量较差；坝身与坝基结合部处理较差；建议对大坝进行防渗加固处理。②1层重粉质壤土，呈软塑状，建议对河槽段坝体稳定分析。正常溢洪道为明渠结构，渠底为③层粘土，呈可塑~硬塑状；fk=200kPa。承载力和压缩模量均满足设计要求；抗冲刷性能一般。东西放水涵涵基持力层均为②层粉质粘土，呈可塑状；属弱透水；fk =130kPa。承载力和压缩模量均满足设计要求；抗冲刷性能一般。
参考文献
[1] GB18306-2001. 中国地震动参数区划图[S]. 北京:中国水利水电出版社,2001:1-2
[2] GB50011-2010. 《建筑抗震设计规范》.北京:中国建筑工业出版社,2010:179
[3] GB50487-2008. 水利水电工程地质勘察规范[S].北京:中国计划出版社,2008:45-55，109-132，
[4] SL345-2007《水利水电工程注水试验规范》；北京:中国水利水电出版社,2007:8-9.
[5] SL189-96. 小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则[S]. 北京:中国水利水电出版社,1996:5-9
篇3
关键词：水工建筑物抗震研究 现实意义
中图分类号： P315 文献标识码： A 文章编号：
0 引言
2008年5月12日14时28分，在四川省汶川县境内发生8级特大地震，震中烈度达10度以上。据历史不完全记载，我国曾发生7.8级以上大地震25次，给人民生命财产造成重大损失。不仅如此，强地震还会造成震区大量水利工程震损。1976年7月28日发生的唐山7.8级大地震，就使各类水利工程遭到严重破坏：地震区58座库容在100万立方米以上各型水库，除15座无明显震害外，其余43座均遭受不同程度的震害，尤以陡河、密云两座大型水库遭受的破坏最为严重；180多座大中型水闸、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多公里长的河道堤防、7万多眼机井遭受震害。
1 现实地震灾害
这次汶川大地震，同样也给四川地震区及波及区的重庆等地水利工程造成不同程度的震害，尤其是造成众多水库出现险情。汶川大地震，具有以下特点：
一是震级大，震中烈度高，破坏范围广。汶川、茂县、绵竹、安县、北川等县及都江堰市均遭到严重破坏。二是主震后，强余震不断。在震后两天内，就发生余震2000多次，其中震级为6级以上的3次，震级为5级以上的14次。强余震不仅加重了对建筑物的破坏，也对抢险救灾人员的生命安全构成威胁。三是大地震发生在高山峡谷地区，往往诱发山体崩塌、滑坡，不仅阻塞交通，给抢险救灾造成困难，而且滑坡体落入河中，形成众多堰塞湖，一旦湖满溃决，还会造成次生水灾。四是地震区穿过岷江，岷江上的各类水工建筑物，如都江堰枢纽工程、映秀湾水电站、渔子溪水电站、紫坪铺水库、图龙水库等，均经受强烈地震的考验。
2防震减灾措施
一次大的地震过后，水利工程结构不可避免地受到一定影响和损害。为将严重的地震灾害减小到最低限度，长期以来，国内外地震专家和工程界人士一直进行着各种探讨和研究。归纳起来，当今水利工程的防震减灾主要有三个途径。
一是地震预报。通过建立地震台网，精确测定地震的时间、强度、地点，结合测地电、地磁、地下水等地震前兆，进行综合分析，提出地震预报。人们可在地震发生前逃出，就能有效减少人员伤亡，而建筑物是无法搬走的。但由于问题的复杂性和预报手段的局限性，地震预报工作至今仍然是世界上尚待解决的难题。
二是工程抗震。根据工程运用期间可能发生的最大地震，确定工程的设计烈度，再按照设计烈度进行抗震计算和采取相应的抗震措施，当遭遇设计烈度地震时，可达到小震不坏、中震可修、大震不倒的目标，不仅可以有效减少人员伤亡，还可减轻工程的灾害。此途径是非常有效的。发展中国家资金不足，房屋多未进行抗震设计，一旦发生大地震，人员伤亡惨重，而发达国家（如日本等）多进行了抗震设计，当遭遇同样震级地震时，人员伤亡则要少许多。我国是发展中国家，随着经济的高速发展，对重要工程、重要城市以及生命线工程，必须按照抗震设计规范的要求进行抗震设计。
三是应急抢险救灾。强震发生后，应立即启动应急预案，尽快恢复被破坏的一交（交通）、二电（电信和电力）、一水（供水），为抢险救灾人员和救灾物资进入灾区抢救伤员和保障灾区人民正常生活服务。同时，全面清查次生灾害源，采取措施，防止次生灾害的发生。
水工建筑物不仅属生命线工程，而且是次生灾害源。因此，必须对工程抗震非常重视。早在1966年3月8日河北邢台地震后，总理就明确指示，抗震工作的重点是保卫“四大”，即保卫大城市、大交通枢纽、大水库，大电力枢纽。当时的水电部立即组织力量对京津地区的大水库进行抗震鉴定，对不满足抗震设计要求的大水库进行抗震加固。1973—1978年，又组织力量编写出我国第一部水工建筑物抗震设计规范，并颁布试行。这一规范特别强调，对于1级高坝，还应深入进行地震危险性分析，结构动力有限元分析，抗震模型动力试验和在大坝上布置强震仪进行大坝安全监测。1983—1989年又组织力量完成修编任务。根据这一规范，水利部分期分批对达不到规范要求的病险水库进行除险加固，新建工程则严格按照规范进行设计。
水工建筑物的管理条例，特别强调在发生强烈地震时，应立即对大坝进行震害检查，结合大坝结构所设的强震监测仪器取得的地震监测记录数据，对大坝安全作出评估。若属危险大坝，应上报主管部门，启动应急预案，进行抗震抢险，以防次生水灾的发生。历次大地震发生后，水利部均选派有关人员立即奔赴灾区，与地方政府及水利部门，共同进行水工建筑物震害调查，查出险库，共同研究除险方案。
3总结反思
大灾过后，需要人们进行深刻的反思。我国目前在水利工程地震临震应急方面还有很多工作要做，大坝结构的强震监测、震后安全快速反应分析及大坝地震安全的网络信息化建设有待加强。从1962年新丰江建立第一个强震观测台站至今，我国设立了地震台站的大型水利水电工程仅有近40座，设立过3个子台以上地震台的工程约20多处。现状水工结构强震安全监测台只是零星的“点”，国内水利工程地震监测台站数量少且分散，还远未形成“台网”的规模，并存在一些亟待解决的问题：已有的各水利工程地震监测台站信息资源管理分散，资料缺乏统一的规格和标准，利用率低，规模小，数据的完整性不够，设备落后，准确性不高，数据交换接口不规范；应用系统互联互通性差，台站分析人员水平参差不齐，监测数据的可靠性和分析质量不高，资料的实际利用价值发挥不够，缺乏可供决策部门宏观调度的中央管理分析系统。这些问题，在某种程度上大大削弱了在水利工程抗震减灾中解决实际问题的力度。
篇4
关键词：砂土液化；标准贯入法；复判
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.
中图分类号：TU441+.4文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
1砂土液化机理
饱和的疏松粉、细砂土体在振动作用下有颗粒移动和变密的趋势，对应力的承受由砂土骨架转向水，由于粉、细砂土的渗透性不良，孔隙水压力急剧上升。当达到总应力值时，有效正应力下降到0,颗粒悬浮在水中，砂土体即发生振动液化，完全丧失强度和承载能力。砂土发生液化后，在超孔隙水压力作用下，孔隙水自下向上运动。如果砂土层上部无渗透性更弱的盖层，地下水即大面积地漫溢于地表；如果砂土层上有渗透性更弱的粘性土覆盖，当超孔隙水压力超过盖层强度，则地下水携带砂粒冲破盖层或沿盖层已有裂缝喷出地表，即产生所谓的“喷水冒砂”现象[2]。地基砂土液化可导致建筑物大量沉陷或不均匀沉陷，甚至倾倒，造成极大危害。地震、爆破、机械振动等均能引起砂土液化，其中尤以地震为广，危害最大。
2影响砂土液化的因素
2.1土类
粘性土具有粘聚力，即使超孔隙水压力等于总应力，有效应力为零，抗剪强度也不会完全消失，难以发生液化；砾石等粗粒土因为透水性大，超孔隙水压力能迅速消散，不会造成孔隙水压力累积至总应力而使有效应力为零，也难以发生液化；只有中等粒组的砂土和粉土易发生液化。
2.2往复应力强度与往复次数
对于给定的固结压力σv和不同相对密实度Dr，就同一种土类而言，往复应力越小，则需越多的振动次数才可产生液化。反之，则在很少振动次数时，就可产生液化。
2.3地震强度及持续时间
引起砂土液化的动力是地震加速度，显然地震愈强、加速度愈大，则愈容易引起砂土液化。简单评价砂土液化的地震强度条件的方法是按不同烈度评价某种砂土液化的可能性。
3砂土液化的类型
3.1砂沸
当砂土下部孔隙水压力达到或超过上覆砂层和水的重量时，砂土就会因丧失颗粒之间的摩擦阻力而上浮，承载能力也全部丧失。砂沸主要来自渗透水压力的作用。地震时出现的地面喷水冒砂现象主要就是下部砂层发生液化造成的[3]。
3.2往返运动性液化
大都表现为大地震中饱和砂土地基和边坡的液化破坏。此外，在机器基础振动、爆破等动力作用下也会产生这种现象。饱和砂土在往返剪切作用下，当剪应变很小时，一般都有剪缩现象，都会引起孔隙水压力上升。但是随着剪应变的增大，中等密度以上的砂土就会出现剪胀现象。这是因为砂土颗粒在大剪应变时互相翻滚而使骨架体积增大。此时孔隙水压力相应下降，而有效应力和剪阻力则相应回升，从而抑制了砂土继续变形。经过多次往返剪切，在小剪应变段由于剪缩量和孔隙水压力的累积，便可以出现液化状态，而当饱和砂土足够松时，可出现“无限度”的流动变形。
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种：
（1）场地地震剪应力τa与该饱和砂土层的液化抗剪强度τ（引起液化的最小剪应力）对比法。当 τa>τ 时，砂土可能液化。
（2）标准贯入试验法（见岩土试验）。原位标准贯入试验的击数可较好地反映砂土层的密度，再结合砂土层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）综合指标法。通常用以综合判定液化可能性的指标有相对密度、平均粒径d50（即在粒度分析累计曲线上含量为50％相应的粒径），孔隙比、不均匀系数等。
本文采用标准贯入试验法来判断砂土是否液化。
5采用标准贯入锤击数法
实测标准贯入锤击数需进行校正，并以校正标准贯入锤击数N63.5作为复判依据。
式中：
──实测标准贯入锤击数；
ds──工程正常运用时，标准贯入点在当时地面以下的深度(m)；
dw──工程正常运用时，地下水位在当时地面以下的深度(m)，本工程钻孔孔口地面淹没于设计库水位水面以下，dw取0；
──标准贯入试验时，标准贯入点在当时地面以下的深度(m)；
──标准贯入试验时，地下水位在当时地面以下的深度(m)。
液化判别标准贯入锤击数临界值Ncr：
式中：
N0──液化判别标准贯入锤击数基准值，本工程N0取6；
──土的粘粒颗粒含量质量百分率(％)，当＜3％时，取3％。
6工程实例
6.1工程地质
某土石坝全长360m。桩号0+020～0+080段基础为玄武岩。因受F1、F2断层影响，岩石破碎透水性较强。大坝基础由亚砂土、粉细砂及砂砾层组成。它们单独成层或相互夹透镜体存在。大坝下游曾发生严重的管涌现象。
1991年除险加固时，采用混凝土防渗墙进行加固处理，由于水文地质条件改善，此坝段下游发生管涌现象得到有效控制。对0+230～0+250段基础，经取样筛分试验，确定为少粘性土，根据对少粘性土提出的判别标准，确认大坝河槽坝基土体属液化土。
6.2坝基砂土地震液化评价
坝基道宽180m。其底部高于现河床10m左右，最大堆积物厚度25m，由Q2低液限粉土、级配不良砂层组成。其上覆Qs坝体土厚度10.5m，下伏为Q玄武岩及高液限粘上层。水库运用后正常高水位565m，坝前地面以下土层将被淹没。坝基砂土层的液化判别分别依据《水利水电工程地质勘察规范》GB50287-99（简称水利规范）和《建筑抗震设计规范》GB50011-2001（简称抗震规范）进行评价。
6.3标准贯入试验结果
计算结果见表1。
表1 钻孔标准贯入试验锤击数及计算统计表
计算结果所示，在孔深2.5m～6.5m都有液化现象，此大坝有潜在失稳危险，必须采取相应措施进行加固。
7砂土液化的处理措施
（l）控制砂土中的水分及其渗透性，其目的在于降低超静孔隙水压力，控制超静孔隙水压力的升高，从产生液化的源头及逸出部位同时进行防治。常用的方法为防渗、排水和反滤、加反滤盖重等方法。
（2）挖去上部已液化土层，并用非液化土回填防止下部砂层的液化破坏。当液化土层较浅时，可考虑全部挖除；液化土层较深时，可考虑部分挖去，但部分挖除后下部土体是否液化是值得考虑的问题。
（3）用板桩、砾石桩、地下连续墙等手段将结构物地基四周包围起来，限制砂土液化时发生侧移，使地基的剪切变形受到约束，避免大的沉陷导致建筑物破坏。使用围封处理措施时，板桩必须有足够的深度，以穿越可液化砂层为宜，否则围封措施起不到应有的作用。如果在采用围封措施的同时再布置一些砾石排水桩，则可大大提高其抗液化效果。
8结论
本文简要叙述了砂土的液化机制、液化类型以及影响因素，并通过工程实例，即某大坝坝基运用标准贯入试验分析了2.5m～6.5m都有液化现象，提出了防止液化地基处理方法，并指出液化土的加固处理是抗震工程的重要组成部分，应引起重视。
参考文献：
[1]张启岳主编.土石坝加固技术[M].北京：中国水利水电出版社，2000.10
[2]陆文海等著.水工建筑物病害处理[M].成都：四川科学技术出版社，1985.12
[3]罗成辉，浅议病险水库大坝渗漏的原因和处理新技术[J]，湖南水利，1999，（2），66-67
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篇5
关键词：抗震；建筑结构；抗震目标
地震是来自地球内部构造运动的一种自然现象，是人类社会面临的一种严重的自然灾害。据统计，地球每年平均发生500万次左右的地震。地震通常给人们带来巨大的经济和财产损失，其产生的影响是长久的。目前，科学技术还不能准确预测并控制地震的发生。我国为地震多发区，全国大部分大中城市处于地震区，由于城市人口及设施集中，地震灾害会带来严重的生命和财产损失。
根据统计，我国450个城市中有3/4处于地震区，而其中大中城市的4/5以上均在地震区。以此，为了抗御和减轻地震灾害，有必要进行建筑结构的抗震分析与设计。我国《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）中明确规定：抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑，必须进行抗震设计。
地震时由于地面运动使原来处于静止状态的结构受到动力作用，产生强迫震动。我们将地震时地面加速度振动在结构上产生的惯性力称为结构的地震作用。结构的地震反应是一种动力反应，其大小不仅与地面运动有关，还与结构自身动力特性如：自振周期、振型和阻尼等有关。结构动力学着重研究结构对于动荷载的响应（如速度、位移、加速度、内力等时间的历程），以便确定结构的承载能力和动力学特性，或为改善结构的性能提供依据。因此，在房屋抗震减震方面，结构动力学既是抗震设计的基础，又是减震隔振的理论依据。
一、结构抗震验算
各类建筑结构的抗震计算应遵循以下原则：
1. 一般情况下，可在建筑结构的两个主轴方向分别考虑水平地震作用并进行抗震验算，各个方向的水平地震作用应由该方向的抗侧力构件承担；
2. 有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15°时，应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用；
3. 质量和刚度分布明显不对称的结构，应考虑双向水平地震作用下的扭转影响，其他情况，可采用调整地震作用效应的方法考虑扭转影响；
4. 8度和9度时的大跨度和长悬臂结构及9度时的高层建筑，应计算竖向地震作用。
为了贯彻实现“小震不坏，中震可修，大震不倒”的三水准设防目标，抗震规范规定进行下列内容的抗震验算：
1. 对各类钢筋混凝土结构和钢结构进行多遇地震作用下的弹性变形验算；
2. 对绝大多数结构进行多遇地震下强度验算，以防止结构构件破坏。
3. 对甲类建筑、位于高烈度区和场地条件较差的建筑、超过一定高度的高层建筑、特别不规则建筑、采用隔震消能减震设计的结构等进行罕遇地震作用下的弹塑性变形验算。
在多遇地震作用下，满足抗震承载力要求的结构一般处于弹性工作阶段，不受损坏，但如果弹性变形过大，将会导致非结构构件的破坏。因此，规范对除砌体结构、厂房外的各类钢筋混凝土结构和钢结构要求进行多遇地政作用下的弹性变形验算，对其楼层间的最大弹性层间位移要求符合下式：
式中
――多遇地震作用标准值产生的楼层内最大的弹性层间位移；计算时，除以弯曲变形为主的高层建筑外，可不扣除结构整体弯曲变形；应计入扭转变形；钢筋混凝土结构构件的截面刚度可采用弹性刚度；
h――计算楼层层高；
――弹性层间位移角限值。
除部分符合条件的单厂建筑、6度区的建筑（建造于IV类场地上较高的高层建筑除外）记忆生土房屋和木结构房屋外，其他建筑结构都要进行结构构件承载力的抗震验算。验算公式为：
式中
S――结构构件内力组合的设计值，包括组合的弯矩、轴向力和剪力设计值；
R――结构构件承载力设计值；
γRE――承载力抗震调整系数。
在罕遇地震作用下，地面运动加速度峰值是多遇地震的4～6倍。因此，多遇地震下处于弹性阶段的结构，在罕遇地震烈度下将进入弹塑性阶段，结构构件接近或达到屈服，此时，结构已没有足够的强度储备。为抵抗地震的持续作用，要求结构有较好的延性，通过发展塑性变形来消耗地震能量。因此，对某些处于特殊条件下的结构，还需要验算其在罕遇地震作用下的弹塑性变形。
二、多层和高层钢筋混凝土房屋的抗震
多层和高层钢筋混凝土房屋是我国工业和民用建筑中最常用的结构形式，根据建筑功能要求不同，其常用的结构体系有框架结构、抗震墙结构、框架抗震墙结构和筒体结构等形式。与砌体结构相比，钢筋混凝土结构一般具有较好的抗震性能。
多层和高层钢筋混凝土建筑不同的抗震结构体系具有不同的性能特点，在确定结构方案时，应根据建筑使用功能要求和抗震要求进行合理选择。一般来说，结构抗侧移刚度是选择抗震结构体系要考虑的重要因素，特别是高层建筑的设计，这一点往往起控制作用。
框架―抗震墙结构体系的特点是克服了纯框架结构刚度小和纯抗震墙结构自重大的缺点，发挥了各自的优点长处。具有抗侧刚度较大，自重较轻，结构布置较灵活，结构的水平位移较小的优点，抗震性能较好。该结构适用于办公写字楼、宾馆、高层住宅等。抗震墙结构体系的特点是自重大，侧向刚度大，地震作用大，空间整体性好，但布置不灵活。抗震墙结构适合于住宅等建筑。
三、多层砌体结构抗震
砌体结构的主要承重及抗侧力构件是墙体，砌体结构的承重体系应优先选用横墙或纵横墙共同承重方案。结构承重体系中纵横墙的布置宜均匀对称，沿平面内宜对齐，沿竖向应上下连续，同一轴线上窗间墙宽度宜均匀。房屋的平、立面布置应尽量简单、规则，避免由于不规则使结构各部分的质量和刚度分布不均是质量中心与刚度中心不重合而导致震害加重。
多层砌体建筑随着层数和高度的增加，房屋的破坏程度加重，倒塌率增加。因此对房屋的层数和总高度都有规范限制。房屋高宽比指房屋总高度与建筑平面最小总宽度之比，随着高宽比的增大，房屋易发生整体弯曲破坏。多层砌体结构房屋不作整体弯曲验算。因此，对于房屋的高宽比也应根据规范设计，还有砌体抗震横墙的间距，房屋局部尺寸以及结构材料都要符合规范。
四、小结
《建筑抗震设计规范》适用于抗震设防烈度为6、7、8、9度地区的建筑工程的抗震设计及隔震消能减震设计，目标为“小震不坏，中震可修，大震不倒”，而且根据建筑物使用功能的不同，建筑物的结构不同，多层和高层钢筋混凝土结构、多层砌体结构等，对建筑物的抗震设防类别及其设防标准进行了划分。但设计规范的科学依据只能是现有的经验和资料，目前对地震规律性的认识还很不足，随着科学水平的提高，地震可能不再是威胁。■
参考文献
[1] 祝英杰，谷伟.《结构抗震设计》. 北京大学出版社. 北京，2009.10
[2] 张耀军，庄金钊.《建筑结构抗震设计》. 中国水利水电出版社. 北京，2013
[3] 薛素铎 赵均 高向宇，《建筑抗震设计》，科学出版社，北京，2003
篇6
关键词： 供水可靠性设计径流特征水位 水力计算 “三抗”计算 土方沉降
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
1. 概述
普光气田取水工程位于四川省宣汉县后河普光镇段，工程采用底格栏栅坝和竖井泵房提升取水形式，日最大供水能力5×104m3，主要为净化厂净水站提供原水。工程主要建、筑物有挡水坝、取水建筑、泵房、供水管道等永久建筑物按《水利水电工程等级划分及洪水标准》1级设计；设河流水位、水泵运行、压力、流量等自动监测设施，水锤消除设施等。
2. 洪、枯水标准
根据《防洪标准》GB50201-94，本工程1级建筑物设计洪水标准采用100年一遇（P=1%），相应洪水流量Q=6370m3/s，洪水位341.78m；校核洪水300年一遇（P=0.33%），相应洪水流量Q=7330m3/s, 洪水位343.287m。最枯流量 m3/s, 最低水位318.472m。
取水处设计径流表2-1-1
取水工程特征水位表 表2-1-2
3.取水构筑物及供水管线设计
后河普光镇段属于山溪河流，河流洪、枯水期间流量及水位变化大，陡涨陡落；河岸不规整，易产生淤积区、冲刷区及回流区。根据后河普光镇段河流的地形和水流特性，为保证河流枯水期取水可靠性、洪水期构筑物稳定性及供水管线穿越特殊地段的抗沉降能力，设计采用底格栏栅坝和竖井泵房提升的取水模式。
3.1取水口取水可靠性设计
取水口设计由底栏栅坝、挡水低坝、引水暗渠、沉沙池组成。底格栏栅坝高2.7m，长10m，坝顶高程319.75，布置在河道中间；挡水低坝采用溢流堰形式。布置于底格栏栅坝两侧，最大坝高2.35m，右岸侧挡水低坝长15m，左岸侧坝长110m，在枯季起束窄河流使水流从底栏栅走的作用，堰顶高程较底格栏栅坝高40cm，坝顶高程为320.15m；暗渠前端与底格栏栅坝内廊道相接，穿过右岸挡水低坝向沉沙池供水，暗渠坡比为3/1000，暗渠断面为80×90cm，末端设置节制闸；沉沙池为矩形结构，长8m×3m×3m。沉沙池底部设置DN=300mm的冲砂放空孔。当内外具备冲沙水头差时，可以开闸冲沙。平时河道水位较高，可以采用机械间隙挖沙。
（1）底栏栅口进水流量计算
工程设计采用无压流方式计算。当过栅水流全部进入廊道时，采用下式计算廊道进水流量：
计算成果如表3-2-1所示：
廊道基本参数计算表表3-2-1
经过比较，考虑到必须到河道中间（水位较低处）取水，挡水建筑本身布置较长，设计选用较长的底格栏栅坝，廊道参数为：L=10m，B=0.6m。
（2）引水暗渠水力计算
因引水暗渠为无压流形式，采用明渠流计算式对该工程引水暗渠进行水力计算并充分考虑到超高要求，计算结果如表3-2-4所示。设计暗渠断面为80×90cm。
暗渠水力计算成果表3-2-4
（3）沉沙池水力计算
本工程采用矩形沉沙池。为使水流均匀分布，控制池厢宽度不超过长度的1/3。根据以往工程经验，拟定沉沙池的池长、池深、池宽，校核其池内流速，使其平均流速符合泥沙的粒径沉淀要求。初步选定该工程沉淀泥沙粒径大小为0.6~0.7mm，对应得沉速为62.0~74.0mm/s，经过计算分析，选定沉沙池的基本尺寸如下:：L=12m，B=3m，H=3m。沉沙池的长度同时满足四台水泵取水管平行布置的要求。
沉沙池基本尺寸设计计算表 表3-2-5
3.2竖井泵房稳定性设计
泵房上部为单层圆形现浇钢筋混凝土框架结构，泵房地面绝对标高为344.2m，直径ф17m，高6.9m，六根框架柱断面为600mm×700mm，框架梁断面为250mm×900mm，屋面为150mm厚钢筋混凝土现浇板。泵房下部为圆形竖井结构，内径ф14m的钢筋混凝土结构，竖井高28.6m，下部15m井壁厚1.8m，上部13.6m井壁厚1.5m，在332.20m设宽2.5m的检修平台。
（1）泵房防洪高程的确定
泵房防洪墙顶安全超高Y＝h1%+hZ+hc
根据《泵站设计规范》（GB/T20265－97）的规定：防洪墙顶顶高程应根据设计洪水和校核洪水两种运用情况确定。
设计洪水情况计算风速为P=2%的风速(即50年来最大风速)为18.00m/s；泄校核洪水情况计算风速取多年平均最大风速，12m/s；水面宽F取800m；墙前水深d取24.0m。
风浪要素由莆田公式计算：
用下式计算波浪高，Hp=H×R
安全加高A按根据《泵站设计规范》（GB/T20265－97）规定取值，设计洪水情况下0.7m，校核洪水情况下0.5m。具体计算见表3-2-6。
泵房防洪墙顶超高计算表表3-2-6
（2）泵房稳定及应力计算
1）计算要求
取水泵房的的整体稳定和基础应力计算包括，在不平衡回填土的作用下的整体稳定，设计或校核洪水作用下的抗浮计算和基础应力计算。
用于泵房稳定分析的荷载应包括自重、静水压力、扬压力、土压力、泥沙压力、波浪压力及其它荷载等。本取水口位于VI度设防区。不进行抗震设计。
2)稳定、基础应力、抗浮计算公式
抗滑安全系数计算公式：
式中：K1—按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；正常运用不小于1.35，非常运用（I）不小于1.2，非常运用（II）不小于1.1；
垂直正应力计算公式：
抗浮安全系数计算公式：
泵房抗浮稳定安全系数的允许值不分泵站级别和地基类别基本荷载组合下为1.10,特殊荷载组合下为1.05。
（3）取水泵房计算结果
泵房基础置于河床沙卵石上，其抗滑稳定安全计算时采用沙卵石抗剪指标进行计算，f＝0.4，基础最大应力不大于0.3Mpa。计算结果详见表3-2-7。
取水泵房抗滑稳定和基础垂直正应力计算成果表 表3-2-7
3.3输水管线方案设计
设计采用双管线输水，互为备用，单根管线输水能力满足最大供水量的70%。输水管线不同沟敷设。管线基本沿地形埋地敷设,以减小管道因温度变换伸缩、水击等造成的应力影响。穿越净化厂弃土场段，由于回填土厚度大，填龄短，土体尚未完成自重固结，易发生地基沉降或沉陷。根据现场地质情况，管线采用沿地面敷设方式，两条管线在穿越弃土场区域时抬升至沿地面敷设，至火炬场道路时重新埋地敷设，支墩采用混凝土支墩，每50m设置一处固定支墩，中间设置滑动支墩,滑动墩间距6m，固定段内高点设置伸缩节一处，以满足管道伸缩变化；两条管线在弃土区边界均加设金属软管。管墩设置可适当加密，并对地基进行处理；原方案在弃土区边界加设金属软管，一定程度上可以抵消部分沉降，技术可行；沿线设置沉降观测点，管线投运后，定期巡线检查，发现异常立即处理。
4. 结论
（1）采用底格栏栅取水方式，对取水工程在枯水期满足取水量意义重大，且冲砂水池满足了洪水期进入底格栏栅廊道和集水池的沉积砂砾采用流水冲刷的方式排水出集水池，提高供水保证率。
（2）取水泵房结构部分设计中，采用加大壁厚增加自身重量的形式解决泵房自身的抗浮、抗滑和抗倾问题，同时在泵房地板处增设锚筋，以保证泵房底部不会因地下水浮力而产生裂缝,在泵房底部边角处设计趾,以增加泵房的抗滑能力。
(3）由于管线采用埋地敷设方式能避免管道因温度变化造成的伸缩问题,同时由于埋地敷设管道受力均匀, 固定墩之间每隔6m设滑动支墩, 防止不均匀沉降；固定段中心位置设伸缩节一处，以满足管道伸缩变化；支墩采用混凝土支墩，金属支座，侧面做观测标记，便于运行维护。
参考文献
[1]《城市工程管线综合规划规范》，GB50289-98
篇7
关键词：水库；设计
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
中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：
1、工程概况
哨中安水库位于红河州弥勒县朋普镇新车村委会白土凹村，地理位置东经103°23′22.8″，北纬24°00′40.3″。哨中安水库坝址距朋普镇约6.0km，距弥勒县城约45.0km。哨中安水库所在河流属属珠江流域南盘江支流的甸溪河。
2 、大坝除险加固设计
2.1 病害及病害分析
大坝坝型为均质土坝。由于受筑坝当时条件限制，坝体回填土料差，坝体压实度达不到标准，坝体出现不均匀沉降，加之经多年的风雨淘刷，顶部高矮不平，坝顶宽度在6～8m，上游坝坡风浪淘刷严重。下游坝坡面凹凸不平，坝坡长满杂草和灌木丛，下游坝坡没有设置上下坝踏步，上下坝坡较困难。由于建坝时清基不到位，没有对坝基进行相应的防渗处理，所以坝体与坝基、坝体与坝肩结合部位在水库蓄水后，坝脚与坝基结合部位就出现了渗漏，在坝脚形成集中水流和片状浸水潮湿区。在坝脚处，由于修建石蒙高速公路，施工方把公路弃土堆放在水库脚，土方量大，堆放不规则，且没有经过任何压实，土体松散，现平均高度有11m左右，平均宽40m。
2.2设计计算
2.2.1坝顶高程复核
1、基本资料：大坝按5级建筑物设计，地震设防烈度为Ⅶ度，多年平均最大风速为15.4m/s，大坝吹程为0.2km，主风向为西南风。根据《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001进行计算。
2、坝顶超高
按公式y=R+e+A计算坝顶超高
R――波浪爬高；
e ―― 最大风壅水面高度；
A ―― 安全加高。正常情况取0.5m，非常情况取0.3m。
3、坝顶高程取以下三种计算情况中的最大值：
（1）坝顶高程=设计洪水位+正常超高+风浪爬高
=1170.797+0.5+0.67
=1171.967m
式中，正常超高取0.5m，风浪爬高h浪高=3.2Kh波高tgθ，
K―坝坡坡面糙率系数，取0.85；
θ―坝迎水面与水平面的夹角，为26.6°；
h波高=0.0166V5/4D1/3（官厅水库公式）；
V―取多年平均最大风速值的1.5倍，V=23.1 m/s；
D―吹程，为0.2km。
（2）坝顶高程=校核洪水位+非常超高+风浪爬高
=1171.29+0.3+0.41
=1172.00m
式中，非常超高取0.3m，风浪爬高h浪高=3.2Kh波高tgθ，
K―坝坡坡面糙率系数，取0.85；
θ―坝迎水面与水平面的夹角，为26.6°；
h波高=0.0166V5/4D1/3（官厅水库公式）；
V―多年平均最大风速值，V=15.4 m/s；
D―吹程，为0.2km。
（3）坝顶高程=正常蓄水位+非常超高+风浪爬高+地震安全加高
=1169.954+0.3+0.41+1.2
=1171.864m
复核后的坝顶高程为1172.00m，低于实测坝顶高程（1172.18m）0.18m，故坝顶高程满足超高复核要求。
2.2.2大坝渗流及稳定复核
一、渗漏及渗透变形分析
1、坝体渗流计算
大坝进行防渗处理后，坝体及坝基渗流主要受防渗体系（灌浆）控制。按《碾压式土石坝设计手册》介绍的方法―采用透水地基上的土石坝渗流计算方法计算坝体和坝基的渗漏量，采用河海大学工程力学研究所编制的水工结构有限元分析系统（AutoBank v5.5）软件进行坝体渗流复核计算，并确定浸润线，本次成果采用本次复核的水位成果。
根据钻孔注水试验成果分析，坝体填筑料及坝基的计算渗透系数采用钻孔内压注水试验成果的加权平均值，根据钻孔注水试验成果分析，原坝土渗透系数为3.97×10-4～4.79×10-3cm/s，取值为7.656×10-4cm/s；坝基冲洪积层渗透系数1.19×10-3～3.59×10-3cm/s，取值为2.38×10-3cm/s；强风化全坝基基岩透水率为12.41～62.45Lu, 取值为34.74Lu；排水棱体渗透系数1.0×10-2cm/s；灌浆渗透系数采用1×10-6cm/s；计算采用值及成果见表5.2-1、表5.2-2及图5.2-1。
2、大坝稳定渗流复核
计算断面采用大坝实测最大横断面，按透水地基上的均质土坝进行计算。
据钻孔注（抽）水试验得知，坝体土透水率K=7.57×10-4～1.49×10-3cm/s，坝体与坝基接触带K=1.19×10-3～3.59×10-3cm/s。从以上数据明显而知，坝体土透水不均匀，总体较大，故直接反映为外坝脚产生大片浸水湿地面积为（135m2）。在坝体土中可能造成的渗流破坏是流土，据《水利水电工程地质勘察规范》附录M（土的渗透变形判别）可能造成流土破坏。
由流土型临界水力比降计算公式：Jcr=（GS-1）（1-n）。
式中：Jcr―土的临界水力比降；
GS―土的颗粒密度与水的密度之比；
n―土的孔隙率（%）。
计算得坝体土临界水力坡降Jcr=0.974～1.013，采用2的安全系数，允许水力坡降坝体为J允=0. 0.487～0.507，而实际水力坡降值为J实=0.251～0.313，J实＜J允，据以上判断，在现坝体土中不存在渗流稳定问题。但是，在坝体与坝基接触带由于透水性较大(K=1.19×10-3～3.59×10-3cm/s)，且相对集中，随时间推移在渗透动水压力的作用破坏下，渗漏量会不断加大，坝体就会产生渗透破坏变形，严重影响坝体稳定和安全。
2、大坝稳定安全复核
坝坡稳定采用简化毕肖普法，计算程序采用北京水科院陈祖编制的土质边坡稳定计算程序（STAB2005）进行大坝稳定分析计算，计算方法采用毕肖普法，选取最大断面采用圆弧滑裂面进行计算。
（1）基本参数的确定
坝体稳定计算各区的物理力学指标根据本次土工试验成果并结合本工程实际情况取用。本次稳定复核坝土和坝基C值、φ值取用土工试验成果的均值、饱和容重及天然容重取用土工试验成果的平均值，物理力学性质指标计算值见表5.2-3。
（2）稳定计算
计算断面：据大坝目前现状，地质钻探的试验成果，采用大坝实测最大横断面作为坝体稳定计算的标准断面。
（3）计算工况及成果
大坝稳定计算根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001），坝体上游坝坡稳定分析工况为稳定渗流期和库水位降落期的各种工况，下游坝坡稳定分析工况为稳定渗流期的各种工况，地震作用力按《水工建筑物抗震设计规范》中规定进行计算，地震动峰值加速度值为0.15g,地震动反应谱特征周期0.45s，相应的地震基本烈度Ⅶ度。各种工况稳定计算结果见表5.2-4、图5.2-2～5.2-5。
（4）大坝抗滑稳定分析
大坝经过防渗后减少坝体、坝基渗漏量，且降低了坝体的浸润线，有利于坝体的稳定。从表5.3-4看出上、下游坝坡抗滑稳定安全系数均能满足规范要求。
2.3除险加固设计
根据对坝体病害的分析，决定采取的工程除险加固措施为：防渗堵漏，加固坝体。即对渗漏严重，透水大的坝体、两坝肩、坝基进行帷幕灌浆处理，对不稳定的下游坝坡进行加固，满足坝体稳定要求，修整上、下游坝面，新建坝脚排水设施，下游人行踏步，为保证工程除险加固后的安全运行及管理，还需增设必要的渗漏、变形监测设施。
2.3.1 坝体结构设计
（1）坝顶高程确定
根据规划计算结果，坝顶高程仍为1172.18m。
（2）大坝结构布置
①坝顶
大坝坝顶高程1172.18m，坝顶宽6m，长130m。坝顶上游侧设0.3m×0.3m的砼护肩，下游侧设路缘石，路面为砂石路面。为便于坝顶排水，设2％横坡倾向下游。
②坝坡
坝坡比分别为：上游坝坡坡比为1:2.6。下游坝坡1165.25m以下坝段的坡比为1：3.8，1165.25m设一道宽4.8m的戗台；1165.25m～1172.18m（坝顶高程）坝段的坡比为1：2.6。
③护坡
上游坡死水位以上采用干砌块石护坡，下设20cm厚、由砂、碎石组成的混合反滤层。下游坡采用植草护坡。
④排水
下游坝坡与岸坡连接处及戗台内侧设置0.3m×0.3m排水明沟，截断山体地表水对坝坡冲刷，将坝面集水和岸坡集水引向下游。坝脚排水采用贴坡排水方式，排水体与坝体、坝基相接处设置反滤层，排水体下游测设置导渗沟。
⑤基础处理
基础处理包括上、下游坝坡面的开挖、削坡。对坝体上游坡面、下游坡面的开挖，将坡面较为松散的表层土、树根、杂草等全部清除，上游坡面平均开挖深度为0.60m，下游坡面平均开挖深度为0.40m。
2.3.2 坝体、坝肩以及坝基防渗处理
根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274―2001）、《土坝坝体灌浆技术规范》（SD266―88）等规范并结合本工程坝基、坝土地质条件，对大坝防渗设计采用对坝体、坝基、坝肩及结合部进行帷幕灌浆的方法。
对大坝坝体、坝基、坝肩结合部采用帷幕灌浆方案，并结合大坝下游新建排水设施，以形成完善的防渗体系。拟定防渗帷幕灌浆长度为150.5m，大坝防渗帷幕灌浆共布置101个灌浆孔。帷幕底界进入弱透水层5m，防渗底界以＜10Lu控制。防渗帷幕灌浆沿坝轴线布置，单排孔，顶界至正常蓄水位1169.954m。对坝土基岩结合部，应采用结合部灌浆工艺，孔距1.5m，孔口第一段、结合部每2～3m为一个灌段，其它每5m为一个灌段；坝体采用1：3的水泥粘土浆灌注；对基岩采用帷幕灌浆，孔距1.5m，基岩灌浆段长大于5.0m，用纯水泥砂浆灌注，均分为三序进行施工。
灌浆土料的控制指标为：充填灌浆―塑性指数10～25%，粘粒含量20～45%，粉粒含量40～70%，砂粒含量
坝基帷幕灌浆采用灌注纯水泥浆，灌浆压力可按P=P。+mD计算, 初定为0.2～0.4MPa，灌浆水灰比采用5:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.6:1、0.5:1等比级，灌浆时由稀到浓，逐级变换，开浆水灰比可采用5:1。
2.3.3观测设计
1、大坝观测
大坝的安全是水库能否正常运行的关键。为了监测大坝施工期及运行情况，在水库运行期间，除应进行一般外表观测外，还应对坝面位移、坝体及坝基渗流、绕坝渗漏、库水位等进行观测并作详细记录。
（1）一般外表观测
一般外表观测是对坝面是否受到人为或生物破坏，坝面是否出现裂缝、坍陷、隆起、渗水、流土、管涌等异常现象进行观测。
（2）渗流观测
大坝渗流观测包括坝体浸润线、渗流量及绕坝渗漏等观测。
渗流量包括坝体、坝基及绕坝渗漏，这三种形式的渗漏量一般难以分开，因此，在下游坝脚处设一座三角堰观测总渗漏量。由于该坝为除险加固，加强施工期的渗流观测是十分必要的。在大坝加固后，坝体浸润线采用测压管观测。坝面设测压管，总长46.2m。测压管采用50mm镀锌钢管。
（3）位移观测
位移观测包括坝面垂直位移观测和水平位移观测。大坝位移观测标点设于坝顶下游侧和下游坡戗台内侧。在两岸坡上设水平位移观测工作基点和校核基点。为提高垂直位移观测精度，方便观测实施，将垂直位移观测基点设在与观测标点埋设高程相近的左右岸山坡。位移观测需配备J2经纬仪、S1水准仪各一台。
（4）库水位观测
库水位是水库运行调度的重要依据，也是大坝安全运行控制参数，故必须进行观测。拟定用水尺作为库水位观测设施。水尺布置在岸坡较稳定、观测较方便的位置。
（5）其它观测
其它观测包括泄洪输水涵洞出流量、消能、建筑物外表观测。在高水位期间，应加强泄洪输水涵洞进口洞脸附近渗流观测。通过出流量观测。验证泄洪输水涵洞的水位～开度～流量关系。
根据《土石坝观测技术规范》要求，锅底塘水库大坝所布设的观测设施见表表5.2.5。
3、 溢洪道除险加固设计
3.1 溢洪道现状及主要病害
溢洪道型式为开敞式溢洪道，布置于右坝肩，无衬砌，两壁及渠底大部位于第四系坡、残积层中，少部位于强风化之泥盆系中统宣武田组（D2x）粉砂质泥岩中，稳定性较差。尺寸为1.5×2.4m，进口底板高程1169.954m。通过水力计算，最大泄流量3.04 m3/s，不能够满足200年一遇（洪峰流量为Q=9.3m3/s）校核洪水泄洪要求。长度不足以将下泄洪水输送到下游河道，出口处为进库公路，无消能设施及尾部渠道，汛期洪水将危会及大坝安全及冲毁下游进库公路、农田。
3.2 除险加固设计
针对溢洪道存在的问题以及经过现场勘查，决定不再使用老溢洪道，老溢洪道采用坝土回填压实，并在大坝左坝端新建溢洪道，加大溢洪道断面尺寸以满足泄洪要求，在尾部增加消能设施。
此次除险加固设计溢洪道堰顶高程1169.954m，进口控制段宽2.5m，由进水渠段、控制段、泄槽段、出口消能段及出口段渠道等部分组成，全长147.9m。设计洪水位1170.797m，相应下泄流量为4.66m3/s，校核洪水位1171.29m，相应下泄流量为9.3m3/s，本次设计需要根据设计洪水计算溢洪道断面尺寸以满足泄洪要求。进口八字段底板宽度为4.5m～2.5m，底部为30cm厚浆砌石、15cm厚混凝土；边墙为M5.0浆砌石和M7.5浆砌毛条石，边墙顶宽0.5m。消力池长8m，消力池出口段接渠道将尾水归入下游老河道。
3.3 设计计算
溢洪道的泄洪能力，采用宽顶堰自由溢流计算公式进行计算，计算公式如下：
式中：流量系数m=0.32+0.01
净宽b=2.5m
重力加速度g=9.81m/s2
复核成果见下表：
4、 输水涵洞除险加固设计
4.1 输水涵洞现状及病害
输水涵洞位于大坝中偏右段，为一坝下涵洞，为浆砌石城门形无压洞，采用锅盖闸门放水，由于年久失修、设备老化，启闭困难且安全隐患严重，洞身受多年水压、水浸蚀作用，造成水泥砂浆填缝被溶解，洞室整体砌石强度降低，洞壁四周渗漏较为严重，若长期渗漏，将造成坝体的破坏，其病害已经威胁了坝体的稳定。
4.2 除险加固设计
4.2.1 结构布置
本次设计不改变涵洞的走向、位置，只采用钢管内衬、灌浆和C15砼填充处理措施，更换闸阀并新建闸室。
鉴于输水涵洞尚未出现断裂等严重影响结构稳定的因素，而且涵洞断面尺寸很大，具备进行加固处理的实际条件，拟对老涵洞采用DN500mm钢管内衬，进行C15砼填充加固，然后再进行灌浆处理。先造竖孔并用套管固壁，待水平灌浆结束后，再进行竖向灌C15细石砼充填灌浆处理，对老涵洞内原渗漏部位进行封堵，截断坝体与管周边可能出现的渗漏通道，使老涵洞结构的整体性得以加强，新建出口闸室。该方案对原有建筑物进行除险加固，不破坏原枢纽建筑物及涵洞结构，投资较省，工程量较小；加固输水涵洞，可免除长期存在的渗漏问题，有利于坝体稳定。但是工程施工与灌溉、防洪、供水等方面干扰较大，施工导流困难；另外灌浆工程质量难以控制。
原输水涵洞除险加固改造后，全长81.7m，出口端接下游原灌溉渠道。输水涵洞进口设拦污栅一道，拦污栅型式为平面拦污栅，采用钢板与型钢焊接结构；出口增设2套DN500闸阀，并新建闸室（20m2）。
4.2.2 输水能力复核
输水涵管为有压流，过流量计算公式如下：
式中： μ――流量系数；
ξi――某一局部能量损失系数；
li――涵管某一段长度，m；
ω――涵管出口断面面积，m；
ωi――断面面积；
T0――上游水面与涵洞出口底板高程差
Hp――闸门出口断面水流的平均势能
经计算，闸门全开时，不同水位涵管过流量如下：
校核洪水位1171.29m：Q=1.50m/s。
设计洪水位1170.797m：Q=1.46m/s。
正常蓄水位1169.954m：Q=1.41m/s。
5、结语
哨中安水库除险加固工程的主要任务是解决下游村庄的灌溉用水。工程实施后的受益区面积为1100亩，合理利用了当地水资源，发挥了工程效益，有力促进地方社会经济的可持续发展和人民生活水平的提高。
