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水利水電工程抗震設計規(guī)范范文第1篇

關鍵詞： 顆粒分析、工程應用、試驗方法 、標準

顆粒分析試驗是測定干土中各種粒組所占該土總質(zhì)量占百分數(shù)的方法，確定顆粒組分，供土的分類及概略判定土的工程性質(zhì)及選料之用，是地質(zhì)勘察中的一項基礎性的工作，工作程序相對簡單，工作成果實用而有效，在工程實踐中參與度很高，體現(xiàn)到工程中的方方面面，下面從十四個方面對其重要性進行闡述。

一）顆粒分析的試驗方法

依據(jù)土體的顆粒組成不同，在顆粒分析中采用的方法不同，可分為：篩析法（>0.075mm的土）、密度計法（

二）土體巖性定名

依據(jù)土體的粒徑組成，當粒徑大于2mm的顆粒質(zhì)量超過總質(zhì)量的50%的土，定名為碎石土；粒徑大于2mm 的顆粒質(zhì)量不超過總質(zhì)量的50%，粒徑大于0.075mm 的顆粒質(zhì)量超過總質(zhì)量50%的土，應定名為砂土；粒徑大于0.075mm 的顆粒質(zhì)量不超過總質(zhì)量的50%，且塑性指數(shù)等于或小于10 的土，應定名為粉土；結合液塑限的成果可能定名粘性土：當塑性指數(shù)（Ip）介于10（不含）～17（含）的土定名為粉質(zhì)粘土，Ip大于17的定名為粘土。

此外除按顆粒級配和塑性指數(shù)定名外，土的綜合定名還應有相關的規(guī)定。

三）多年凍土

多年凍土是一種特殊性土，在高寒地區(qū)普遍存在，是不可回避的一個問題。

土體的顆粒組成不同，巖性不同，凍土的分類、凍脹和融沉分級也不同，總含水量不同，其平均融沉系數(shù)、融沉等級、融沉類別不同，最終確定的凍土類型也不同，其物理力學性質(zhì)的表現(xiàn)也不同，對不同專業(yè)的勘察要求也各有側(cè)重，對其上的不同各類的建筑物也應根據(jù)行業(yè)特點區(qū)別對待。

四）凍脹性評價

水利水電工程勘察中

工民建勘察中巖性為碎（卵）石、礫、粗、中砂（

粒徑小于0.005mm的顆粒含量大于60%時為不凍脹；碎石類土當充填物大于總質(zhì)量的40%時，凍脹性按充填物土的類別進行判定；碎石土、礫砂、粗砂、中砂（

五）原位測試儀器的選擇

有些原位測試儀器在適用上條件寬松，只要地點合適，各種土層均可進行；有些儀器適用條件比較苛刻，有的適用于粗粒土而不適用于細粒土，如動探觸探試驗；有的適用于細粒土而不適用于粗粒土，如標準貫入試驗等，特別是十字板剪切試驗、靜力觸探試驗、螺旋板載荷試驗在地下水位高，土層飽水的細粒土層中更能發(fā)揮其獨特的作用。

六）土的腐蝕性評價

由于粗粒土的具大孔隙性、強透水性強，毛細水上升高度小，不利于鹽份的富集，一般腐蝕性較小，在工民建的勘察中在有經(jīng)驗的地區(qū)，一般不取樣分析評價，認為其腐蝕性微；細粒土恰恰相反應取樣分析評價。

七）天然密度測定

粗粒土的天然密度采用灌水法或灌砂法；細粒土的測定采用環(huán)刀法。

八）土體狀態(tài)的確定標準

碎石土的密實度采用重型動力觸探試驗確定其狀態(tài)為松散、稍密、中密、密實等；砂土的密實度采用標準貫入試驗確定其狀態(tài)為松散、稍密、中密、密實等；粘性土的狀態(tài)采用液性指數(shù)確定為堅硬、硬塑、可塑、軟塑、流塑等。

九）土的類型劃分和剪切波速范圍

土體的類型和土體的剪切波速在沒有進行波速測試時，可通過土體的顆粒分析，確定其定名，在建筑物等級為丙類、丁類時可采用規(guī)范推薦的數(shù)據(jù)進行確定，進而確定場地土類型和場地類別，為設計提供地質(zhì)依據(jù)。

十）地基土抗震承載力調(diào)整系數(shù)

依據(jù)不同的巖性，在進行建筑物設計時，在進行非狀工況計算時，需按照巖土名稱和性狀確定地基土體的抗震承載力調(diào)整系數(shù)。

十一）地震液化評價

地震液化的評價決定地震發(fā)生時建筑物的安全，其危害性和破壞性也是最大的，應當在工程勘察和設計中引起高度重視，在從國家標準和行業(yè)標準兩個方面進行表述。

（一）國標《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011―2010）的判定方法

飽和的砂土或粉土（不含黃土），在初判時可依據(jù)土體中粘粒含量和地震設防烈度判定是否有液化的可能，對可能發(fā)生液化的土體依據(jù)標準貫入錘擊數(shù)和顆粒組成計算臨界錘擊數(shù)，通過與實際錘擊數(shù)的比較判定其注化的可能性，并可進一步計算鉆孔的液化指數(shù)，劃分地基的液化等級，并采取對應的抗液化處理。

（二）《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50487-2008）判定方法

1）土的液化判定工作可分初判和復判兩個階段。在初判中需通過土體級配曲線確定大于5mm、小于0.005mm的粒徑組含量，再結合地震設防烈度判定其液化的可能性；在復判中也需要確定土體的粘粒含量，依據(jù)相關公式計算其臨界值，再做出最終的判定。

十二）滲透變形判定（多用于水利水電專業(yè)）

土的滲透變形特征應根據(jù)土的顆粒組成、密度和結構狀態(tài)等因素綜合分析確定，宜分為流土、管涌、接觸沖刷、接觸流失四種。其中的不均勻系數(shù)、粗細顆粒的區(qū)分粒徑、接觸沖刷中的D10、d10、接觸流失中：不均勻系數(shù)介于0～5（含）時的D15、d85，不均勻介于0～10（含）時的D20、d70、臨界水力比降的確定都是依據(jù)土體的級配曲線。

十三）土體滲透系數(shù)的粗略估算

在《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50287-99）中依據(jù)土體的級配曲線提供了一個近似計算土體滲透系數(shù)的公式： ，這個公式表明土體的滲透性是其固有的性質(zhì)，主要是由土體的內(nèi)部結構決定的（此方法在新版的規(guī)范中已刪除，但可作參考）。

十四）天然建筑材料

在《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》第二章“術語、符號”中，提出24個術語，多數(shù)都是與土體的顆粒分析有關的，在天然建筑材料，更顯出顆粒分析的份量了。

在本規(guī)范中按砂礫料、土料、碎（礫）石類土料、槽孔固壁土料、塊石料五大類；不同類型的料的取樣要求不一樣（數(shù)量、規(guī)格等），取樣數(shù)量不一樣、取樣重量不一樣，試驗項目也不一樣，在記錄上要求所記的內(nèi)容也不一樣，評價的內(nèi)容和方法也不一樣。

參考文獻

1）《巖土工程勘察規(guī)范》

2）《建筑地基基礎設計規(guī)范》

3）《土工試驗方法標準》

4）《建筑抗震設計規(guī)范》

5）《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》

6）《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》

水利水電工程抗震設計規(guī)范范文第2篇

關鍵詞:混凝土重力壩;反應譜;Ansys軟件分析;有限元;應力疊加

中圖分類號:TV641文獻標識碼:A文章編號:1009-2374(2010)03-0030-03

隨著計算機的飛速發(fā)展和廣泛應用以及有限元理論的日益完善,ANSYS等大型通用有限元分析軟件被日益廣泛地應用到水利水電工程結構設計中。ANSYS軟件作為一個大型通用有限元分析軟件,可以對結構在各種外荷載條件下的受力、變形、穩(wěn)定性及各種動力特性做出全面分析。

根據(jù)《水工建筑物抗震設計規(guī)范》 (DL5073-2000) ,設計烈度為7、8、9度的1、2、3級的混凝土重力壩需要進行抗震設計。

云南省水利資源豐富,是水利大省,同時,也是地震多發(fā)區(qū),很多電站的壩址區(qū)設計地震烈度≥7度,因而在水利工程設計中,抗震設計是不可忽視的部分。

一、結構的地震作用效應的計算方法

目前結構抗震設計規(guī)范所提到的結構的地震作用效應的計算方法有動力法和擬靜力法兩類。其中動力計算方法又包括:底部剪力法、振型分解反應譜法及時程動力分析法。

時程動力分析法是將表示地面加速度的地震波a0(t)直接輸入結構的動力方程,求解結構振動時的位移x(t)。時程動力分析法在理論上比較精確,但也比較復雜。特別是目前結構抗震設計規(guī)范未對時程動力分析法所得結果的處理以及設計標準做詳細規(guī)定。

振型分解反應譜法及底部剪力法都是動力法中的反應譜法,即按標準反應譜、考慮地震時的地面加速度a0(t)所引起的結構自身的加速度動力反應,并以作用在結構上的地震慣性力來表示,把動力問題轉(zhuǎn)化為靜力問題處理。振型分解反應譜法是綜合考慮了結構在不同振型時的地震反應,而底部剪力法則只考慮結構的第一振型(基本振型)時的反應,是一種簡化計算方法。

擬靜力法是將結構的重力作用、設計地震加速度與重力加速度的比值、給定的動態(tài)分布系數(shù)三者乘積作為設計地震力的靜力分析方法。在確定地震作用后,將其作為靜力荷載施加于建筑結構,與靜力荷載作用的情況一樣進行結構分析。

根據(jù)《水工建筑物抗震設計規(guī)范》 (DL5073-2000) ,工程抗震設防類別為甲類(場地基本烈度≥6度的1類壅水建筑物)時,地震作用效應的計算需采用動力法。目前采用振型分解反應譜法進行水工建筑物抗震設計相對簡單易行,是采用最多的動力計算方法。

二、振型分解反應譜法

根據(jù)結構動力學的基本求解理論可得多自由度體系的彈性動力方程為:

(1)

對于無阻尼外荷載的自由振動問題,阻尼項和外力均為0,于是,動力方程改為:

(2)

由于彈性體的自由振動總可以分解為一系列的簡諧振動的疊加,為了確定彈性體的自由振動的固有頻率及相應的振型,可以考慮如下的簡諧振動的解:

(3)

其中{g}是位移{x(t)}的振幅列向量,它與時間t無關,?棕是固有頻率,將公式(3)代入公式(2)可得:

(4)

于是,要找如公式(4)的簡諧振動就要轉(zhuǎn)為?棕2和非零向量{g},使其滿足公式(2)。這就是廣義特征值問題。求得的?棕就是振動的固有頻率,{g}就是給出的相應的振型。

三、振型分解反應譜法在的ANSYS中的實現(xiàn)

根據(jù)《水工建筑物抗震設計規(guī)范》(DL5073-2000),除了窄河谷中的土石壩和橫縫經(jīng)過灌漿的重力壩外,重力壩、水閘、土石壩均可取單位寬度或單個壩(閘)段進行抗震計算。本文以某混凝土重力壩非溢流壩段典型剖面為例,介紹混凝土重力壩振型分解反應譜平面有限元計算過程。本工程基本設計烈度為8度,設計地震加速度為0.2g(重力加速度g=9.81m/s2)。

(一)模型及邊界條件

在ANSYS軟件中,采用振型分解反應譜法進行結構的地震計算時,所有材料的非線性特性均失效,因而對于平面分析,可采用Plan42單元進行計算;另外,除材料自重外,所有外加荷載均不參與計算,因而,計算模型不施加外荷載。

材料參數(shù):采用線彈性模型,需要輸入壩體混凝土及基巖的容重和彈性模量,在此,壩體混凝土的動態(tài)彈性模量采用靜態(tài)彈性模量的1.3倍,而基巖的動態(tài)彈性模量與靜態(tài)彈性模量相同。

計算范圍:取壩體上、下游以及底面基巖均取約1.5倍壩高進行計算,基巖僅考慮彈性,因而采用無質(zhì)量單元。

邊界約束條件:基巖上下游邊界和底部邊界均施加法向約束。

單元類型:壩體采用平面四節(jié)點單元(plane42),考慮壩體縱縫不進行灌漿,壩體按平面應力問題進行計算,基巖按平面應變問題進行計算;考慮壩體上游面的動水壓力,采用單質(zhì)點質(zhì)量單元(mass21)。

(二)模態(tài)分析

根據(jù)《水工建筑物抗震設計規(guī)范》(DL5073-2000),一般情況下,水工建筑物可只考慮水平向地震作用,設計烈度為8、9度的1、2級重力壩等壅水建筑物應同時計入水平向和豎向地震作用。當同時計算水平向和豎向地震作用效應時,總的地震作用效應也可將豎向地震作用效益乘以0.5的遇合系數(shù)后與水平向地震作用效應直接相加。

1.各階振型和頻率計算。采用ANSYS計算軟件中的模態(tài)分析選項:antype,modal。用子空間法提取前10節(jié)模態(tài):modopt,subsp,10。求解后用ansys后處理模塊post1即可得出前十階振型和頻率。

考慮水平向地震時,地震加速度采用設計地震加速度ah,用考慮上游面動水壓力的計算模型(滿庫模型)進行模態(tài)分析,提取前十階振型和各階頻率。

考慮豎向地震時,地震加速度采用設計地震加速度的2/3,即av=2an/3,用不考慮上游面動水壓力的計算模型(空庫模型)進行模態(tài)分析,提取前十階振型和各階頻率。

2.反應譜譜值計算?！端そㄖ锟拐鹪O計規(guī)范》(DL5073-2000)給出的設計反應譜見圖1:

其中,對于混凝土重力壩,?茁max=2.0,一類場地Tg=0.2s。

由上節(jié)所述反應譜計算所得各階振型求出前十階周期,查設計反應譜,得出各階反應譜值,作為下一階段反應譜分析的輸入數(shù)據(jù)。

本算例典型壩段各階自振頻率和反應譜值見表1:

(三)反應譜分析及模態(tài)擴展

分別將水平地震作用和豎向地震作用下模態(tài)分析得出的壩體各階頻率和反應譜譜值輸入,進行反應譜分析,并進行10階模態(tài)擴展,得出各階反應譜分析結果。

設置分析類型為反應譜分析:antype,spectr。

設置地震作用方向:sed,x,y,z;其中x,y,z為分析開關,考慮該方向的地震作用時設置為1,不考慮該方向地震作用時設置為0。

輸入各階頻率:Freq,f1,f2,……,f9;Freq,f10;其中f1～f10為壩體第1～第10階頻率。

輸入各階頻率所對應的反應譜譜值:Sv,0.05,d1,d2,……,d9;Sv,0.05,d10,其中d1～d10為壩體第1～第10階反應譜譜值。

進行模態(tài)擴展:expass,on;mxpand,10,yes,0.005

(四)合并模態(tài)

對各階模態(tài)響應進行平方根組合,得到反應譜分析結果。將豎向地震作用的反應譜分析結果乘以0.5,并與水平地震作用疊加,得壩體動力分析結果。

用平方根法合并模態(tài):srss,0.05,disp。

求解后讀取模態(tài)合并結果文件file.mcom。即可得水平向或豎向的反應譜分析結果,又post1后處理模塊可得出壩體各節(jié)點應力狀態(tài)及位移狀態(tài)。

四、計算結果的處理

由于任何水工結構都不可能僅受地震荷載作用,要完整考慮壩體的受力狀態(tài),通?？紤]正常運行工況與地震工況的組合。由于振型分解反應譜法計算所得結果僅為壩體內(nèi)某點在相應地震烈度的作用下的最大可能應力及位移,不計應力和位移的方向,因而需考慮動、靜應力及位移的疊加。本文介紹了目前常用的最不利組合原則和全拉全壓原則兩種目前最常用的原則。

(一)最不利組合原則

按最不利組合原則組合靜態(tài)反應和動態(tài)反應得到綜合反應。

綜合位移組合原則為:對于壩體同一結點,如果x軸方向(y軸方向和z軸方向相同)靜態(tài)位移為正值時,就把x軸方向動態(tài)位移作為正值與靜態(tài)位移進行疊加;如果x軸方向(y軸方向和z軸方向相同)靜態(tài)位移為負值,就把x軸方向動態(tài)位移作為負值與靜態(tài)位移進行疊加。靜動態(tài)荷載作用下的綜合位移,按照此原則進行組合最為不利。

綜合應力組合原則為:對于壩體同一結點,如果靜態(tài)某一應力分量為負時,該部位的動態(tài)相應應力分量數(shù)值小于其靜態(tài)應力分量的絕對值時,把動態(tài)相應應力分量作為負值與靜態(tài)應力分量進行疊加;其他條件下(包括靜態(tài)某一應力分量為負時,該部位的動態(tài)相應應力分量數(shù)值大于其靜態(tài)應力分量的絕對值和靜態(tài)應力分量為正時兩種情況)把動態(tài)應力分量作為正值與相應靜態(tài)應力分量進行疊加。靜、動態(tài)荷載作用下的綜合應力按照上述原則進行組合對壩體的抗拉和抗壓強隊安全最為不利,在此稱應力組合原則為“強度最不利應力疊加原則”。

最不利組合原則考慮了位移和強度在不同情況下使用不同的組合原則,理論上比較科學。但采用此方法需對結構每個節(jié)點的各方向應力及各方向位移一一進行判斷,分別計算,計算較為復雜。

(二)全拉全壓原則

全拉全壓原則先將所用應力均看作是正值(拉)與靜力狀態(tài)下各節(jié)點的應力進行迭加,得出靜+動的計算結果,然后將所有應力均看作是負值(壓),與靜力狀態(tài)下的各結點應力進行迭加,得出靜-動的計算結果,將兩套迭加成果均列出來進行分析比較。同樣,位移也采用同樣的方法進行處理。

全拉全壓原則計算時只需將反應譜計算結果與靜力狀態(tài)計算結果直接計算較為簡便。

圖2為由全拉全壓法求得的壩體豎向位移等值線圖,圖3為壩體第一主應力等值線圖。

五、結語

由于地震作用的復雜性和不可預見性,地震高烈度區(qū)混凝土重力壩的抗震設計、計算方法仍在實踐中不斷發(fā)展。作為設計人員,往往希望采用相對簡單易行、計算成果可以指導設計的計算方法。本文簡要介紹了混凝土重力壩抗震動力分析中最常用的動力計算方法――振型分解反應譜法的分析過程,并以某混凝土重力壩典型非溢流壩段為例,介紹了該計算方法在大型有限元軟件ANSYS中的應用,介紹了計算結果的兩種常用處理方法,對一般大、中型混凝土重力壩進行快速抗震分析有一定的參考價值。

參考文獻

[1]中華人民共和國電力行業(yè)標準.水工建筑物抗震設計規(guī)范(DL 5073-2000)[S].北京:水利水電出版社,2000.

[2]周氐,張定國,鈕新強.水工混凝土結構設計手冊[S].北京:中國水利水電出版社,1999.

水利水電工程抗震設計規(guī)范范文第3篇

關鍵詞：水工建筑；抗震設計規(guī)范；抗震設計措施

一些大型水工建筑尤其是高壩在設計建設過程中，非常重視抗震設計。如舉世聞名的三峽大壩，在設計過程中依據(jù)抗震設計規(guī)范，采用了非常多的抗震設計，從而保證了其能夠充分應對可能遭遇的強烈地震（否則一旦大壩被震塌，長江下游數(shù)億百姓盡成魚鱉，后果不堪設想）。因此，在各類水工建筑建設時，必須充分探究抗震設計規(guī)范，應用抗震設計方案。

1.水工建筑抗震設計規(guī)范與要求

1.1.水工建筑建設前應詳細調(diào)查施工區(qū)的地層結構

根據(jù)地理學知識，在兩個大陸板塊的碰撞地帶或者巖層的不穩(wěn)定地帶，是地震的多發(fā)區(qū)。如日本就處于亞歐板塊和太平洋板塊的交界處，就屬于地震帶，其每年發(fā)生的有感地震多達1500次以上。因此，在規(guī)劃建設水工建筑時，務必要首先研究施工地帶的巖層結構。首先，要確定該地帶是否處在板塊的交界處或者附近區(qū)域，若是，則應考慮另選新的建設基地；其次，要推算施工地區(qū)地殼巖層的形成年齡，一般新生的地殼巖層不穩(wěn)定，容易引發(fā)地震，而巖層年齡很古老的地殼巖層則比較穩(wěn)定，一般不會發(fā)生強烈地震。因此，在施工設計之前，可以利用一些探測儀器分析地層結構，掌握必要的資料數(shù)據(jù)，為水工建筑的全面抗震設計打下基礎。

1.2.對施工區(qū)的地形地貌做好調(diào)查研究工作

在2008年汶川五一二特大地震中，研究發(fā)現(xiàn)很多水工建筑如橋梁、小型水庫等并未在地震中被破壞，而是毀于地震引發(fā)的次生災害中。例如，強烈的地震會引發(fā)山體滑坡或者泥石流，其對水工建筑的破壞性并不弱于地震。因此，在水工建筑抗震設計規(guī)范中，對施工區(qū)地形地貌的調(diào)查研究工作做出了非常明確的規(guī)定。首先，是調(diào)查水工建筑施工區(qū)山體的穩(wěn)定性。山體穩(wěn)定性的大小直接與發(fā)生山體滑坡的概率相關，一般情況下，山坡較陡峭、碎巖山體容易發(fā)生山體滑坡。同時，還要研究施工區(qū)的地形地貌，是否會在地震中形成堰塞湖或者泥石流。在收集這些數(shù)據(jù)的基礎上，進行綜合分析，設計出能夠預防和抵抗這類次生災害的十二級方案。特別注意的一點是，在大壩等水工建筑選址時，并不能僅僅根據(jù)這些數(shù)據(jù)確定施工地址（例如平原地帶地殼一般比較穩(wěn)定，但根本不能建設水壩），因此必須將抗震設計具體到水工建筑自身上。

1.3.水工建筑抗震設計須滿足“小震不壞，大震不到”

“小震不壞，大震不到”是水工建筑抗震設計規(guī)范中非常明確的要求。所謂“小震不壞”，是說水工建筑在遭遇到小烈度的地震時，其內(nèi)部結構和形態(tài)不發(fā)生或者僅僅發(fā)生很小的變化（如內(nèi)部結構并不發(fā)生斷裂、裂縫、松動等較嚴重的破壞情況，或者僅僅發(fā)生外部附屬結構的小范圍剝落），且這種變化并不會構成正常使用威脅。而所謂的“大震不倒”，顧名思義，是指水工建筑（特別是大型水工建筑如大壩、水庫等）在遭遇大烈度的地震并被次生災害沖擊中，雖然整體結構遭到嚴重破壞，但卻不會完全崩潰而引發(fā)大規(guī)模洪災。這兩個水工建筑抗震設計規(guī)范提出的明確要求意義是非常重大的，它的落實不僅保障了水工建筑的施工質(zhì)量，還在很大程度上阻止了地震災害進一步擴大的可能性。

2.基于水工建筑抗震設計規(guī)范的具體抗震設計措施探討

2.1.科學地選擇水工建筑的施工地址

水工建筑選址是非常重要的抗震對策。其原因就在于，由于地質(zhì)結構的不同，在遭受相同烈度的地震沖擊時，被破壞的程度也是不同的。例如相比較于松軟的地面，堅硬地面耐受力就非常強，在這種地面上面建設水工建筑，就能實現(xiàn)比松軟地面好得多的抗震能力。因此，選擇施工地址時，應盡量避開地震時可能發(fā)生地基失效的松軟場地，選擇堅硬場地?；鶐r、堅實的碎石類地基、硬粘土地基是理想的橋址場地；飽和松散粉細砂、人工填土和極軟的粘土地基或不穩(wěn)定的坡地都是危險地區(qū)。同時還應應盡量避免跨越斷層，特殊困難情況下應進行地震安全性評價。另外需要注意的一點是，選址是還應盡量避免距離高山、陡坡較近的區(qū)域，以免被次生災害（山體滑坡）破壞。同時，在施工之前還要進行詳細的地質(zhì)勘探，以防將水工建筑選建在了地殼斷層上。

2.2.地基抗震設計措施

地基是水工建筑的“腳”，若想在地震中“站得穩(wěn)”，地基必須“扎得深”。在地震多發(fā)帶（包括其他地區(qū)）的大型水工建筑為了提高抵抗地震的能力，一般采用深基坑施工方法，以增強建筑結構的抗扭曲能力。同時，地基一般由鋼筋混凝土整體澆筑的樁基礎施工而成，其中鋼筋選擇高強度的抗扭曲筋，以加強基礎的整體性和剛度，同時采取減輕上部荷載等相應措施，以防止地震引起動態(tài)和永久的不均勻變形。而在地基基礎與上層建筑的接觸位置，為了防止地震中產(chǎn)生相對滑動或者斷裂，應采用嵌入式設計。在地基施工完畢后，還要進行強度檢測，特別是對混凝土強度的試驗檢測，必須嚴格，保證地基整體的澆筑質(zhì)量。

2.3.水工建筑建筑外形的選擇和結構布置的抗震設計措施

在地震帶建設水工建筑時，科學的選擇建筑構型和結構布置是非常重要的抗震策略。就以水工建筑建設中占據(jù)重要地位的橋梁來說，橋型決定了橋梁的力學結構，而橋孔作為構型的一部分，其位置布置會在很大程度上影響橋梁的抗震性能。因此，在橋型選擇時要做到因地制宜，且梁應結合地形、地質(zhì)條件、工程規(guī)模及震害經(jīng)驗，選擇合理的橋型及墩臺、基礎型式。宜盡可能采用技術先進、經(jīng)濟合理、便于修復加固的結構體系。可以考慮采用減震的新結構，比如型鋼混凝土結構等。而在橋孔布置時，應兼顧防震能力與通過能力，且以防震能力為主。一般來說，在地震多閥帶普遍采用等跨橋孔布置法，兩側(cè)橋孔對稱，中間不留孔，同時采用低矮橋墩的設計。而且，橋體整體設計在滿足通過能力的基礎上，盡量減輕重量，減少沒有必要的附屬結構，以簡潔設計為主。同樣，在其它水工建筑設計時，也要遵循“以穩(wěn)為主，兼顧簡潔”的設計原則，盡量提高水工建筑的抗震性能。

2.4.防地震次生災害的涉及措施

在很多情況下，水工建筑不得不“依山傍水”，建設在高山峽谷地區(qū)。因此，在防止地震造成破壞的同時，預防次生災害造成的破壞也非常重要。首先，是盡可能的增強水工建筑的結構強度，只有建筑體自身具備了“鋼筋鐵骨”，才不懼怕泥石流或者山體滑坡的沖擊。因此，在水工建筑設計施工時，應注重鋼筋混凝土的應用。同時，盡量選用整體砼建筑的施工方法，來加強整體建筑結構的強度。此外，在建筑結構之間的銜接處，如主梁和次梁的交接處，應采用加固措施，例如用鋼筋網(wǎng)扎箍，并用水泥澆筑；其次，在水工建筑如橋梁的關鍵部位，應開辟出適當面積的緩沖地帶，減小次生災害的沖擊力，以免超過水工建筑抵抗的極限；最后，在水工建筑的周圍還應根據(jù)實際需求建立防護墻。且防護墻的高度應在兩米左右，采用錐型設計方案，最大程度地吸收滑坡或者泥石流的沖擊力，保護水工建筑的安全。

3.結束語

水工建筑抗震設計必須嚴格按照設計規(guī)范進行。而且，在設計方案的施工落實過程中，還應當加強施工管理，保證施工質(zhì)量。同時，在工程驗收時必須做好抗震設計的綜合考核，保證工程施工品質(zhì)。

參考文獻：

[1] DL 5073-1997，水工建筑物抗震設計規(guī)范[S].

水利水電工程抗震設計規(guī)范范文第4篇

【關鍵詞】：水閘安全鑒定論證；調(diào)查分析；安全評價；報告編制

水閘是一種利用閘門擋水和泄水的低水頭建筑物，多建于河道、渠系及水庫、湖泊岸邊。其主要作用是控制流量和調(diào)節(jié)水位，還可擔負防止潮水倒灌以及汛期排泄洪（澇）水的功能。在工程實踐中，水閘除單獨使用外，還經(jīng)常與其他水工建筑物組成水利樞紐，共同發(fā)揮作用。

由于水閘的應用十分廣泛，我國已建成各類水閘5萬多座，其中大型水閘480余座，中型水閘3280余座，小型水閘4.6萬余座，數(shù)量為世界之最。水閘在防洪除澇、農(nóng)業(yè)灌溉、攔潮蓄淡、火力發(fā)電、城鄉(xiāng)供水、景觀旅游、生態(tài)環(huán)境等方面發(fā)揮了巨大的作用，取得了顯著的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)環(huán)境效益。

盡管如此，在已建水閘中，有的由于缺乏合理規(guī)劃、設計標準低、施工質(zhì)量差、設施不配套等原因而存在“先天不足”；有的經(jīng)多年運行，在復雜的自然條件和外力作用下，其材料性能和受力狀態(tài)不斷變化，加上管理水平不高，維修養(yǎng)護不夠，導致病害的發(fā)生、發(fā)展，功能下降；有的由于災害因素，如地震、火災、超標準洪水等，造成超載，使結構或構件造成損壞或損傷。

根據(jù)有關統(tǒng)計資料，我國有大型病險水閘248座，占大型水閘總數(shù)的51%；中型病險水閘1505座，占中型水閘總數(shù)的46%。估計小型水閘的病險率更高，病險水閘大量存在，病險工程的安全狀況已成為政府和社會的心腹之患。

為保證水閘運行安全，規(guī)范地開展水閘安全鑒定工作，水利部頒布了水利行業(yè)標準《水閘安全鑒定規(guī)定》，根據(jù)該標準，水閘安全鑒定論證工作具備的基本程序為：工程現(xiàn)狀調(diào)查分析、現(xiàn)場安全檢測、工程復核計算、水閘安全評價、水閘安全鑒定工作總結等內(nèi)容。從操作主體來看，工程現(xiàn)狀的調(diào)查分析一般由水閘管理單位承擔，現(xiàn)場安全檢測和工程復核計算由委托的具備相應資質(zhì)的檢測單位和設計單位來進行。

（一）工程現(xiàn)狀的調(diào)查分析

工程現(xiàn)狀的調(diào)查分析一般從技術資料收集、工程現(xiàn)狀全面檢查和對工程存在的問題進行初步分析。技術資料的收集包括設計、施工和工程管理等方面，一是設計資料內(nèi)容應涵蓋以下內(nèi)容：工程地質(zhì)勘測和水工模型試驗；工程的設計文件和圖紙等。二是施工資料包括施工技術總結資料；工程資料監(jiān)督檢測或工程建設監(jiān)理資料；觀測設施的考證資料及施工期觀測資料；工程竣工圖和驗收交接文件等。三是技術管理資料應包括技術管理的規(guī)章制度；控制運用技術文件及運行記錄；歷年的定期檢查、特別檢查和安全鑒定報告；工程資料成果；工程大修和重大工程事故處理措施等技術資料等。工程現(xiàn)狀調(diào)查分析報告應包括下列內(nèi)容：①是基本情況，如工程概況、設計施工情況、技術管理情況等。②是工程安全狀態(tài)初步分析：應對水閘的土石方工程、混凝土結構、閘門等工程設施的安全狀態(tài)和啟閉機、電氣設備等的完好程度以及觀測設施的有效性等逐項詳細描述，并對工程存在的問題和缺陷的產(chǎn)生的原因進行初步分析。③是提出合理建議。根據(jù)初步分析結果，提出需進行現(xiàn)場安全檢測和工程復核計算的項目及對工程大修或加固的建議。工程現(xiàn)狀全面檢查應在已有的檢查觀測成果基礎上進行，應特別注意檢查工程的薄弱部位和隱蔽部位，如水閘底部工程部位和閘門及啟閉機部位是工程常見的薄弱部位和隱蔽部位，在檢查中發(fā)現(xiàn)這些問題和缺陷，要初步分析其成因和對工程安全運行存在的影響。

（二）現(xiàn)場安全檢測

現(xiàn)場安全檢測依據(jù)的標準、規(guī)程和規(guī)范有：《水閘安全鑒定規(guī)定》、《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規(guī)程》、《水工混凝土技術規(guī)程》、《鉆芯法檢測混凝土規(guī)程》及《水工混凝土結構設計規(guī)范》等。檢測的內(nèi)容包括混凝土的強度、碳化深度及鋼筋保護層厚度等反應混凝土工程現(xiàn)狀的質(zhì)量指標進行檢查；裂縫、缺損及滲漏等外觀缺陷；伸縮縫及止水帶的損壞及錯位情況；鋼筋的銹蝕程度；防滲、倒?jié)B和消能防沖設施的有效性和完整性檢查。檢測后，應對檢測結果進行分析，提出比較合理的建議并拿出較為合理的處理方案。

（三）工程復核計算

工程復核包括水閘防洪排澇標準復核和過水能力復核、水工結構安全復核、金屬結構安全復核三部分。復核計算應以最新的規(guī)劃數(shù)據(jù)、檢查觀測資料和安全檢查觀測資料和安全檢測成果為主要依據(jù)，按照現(xiàn)行《水閘設計規(guī)范》及其它有關標準執(zhí)行。

防洪排澇標準復核與過流能力復核

水閘現(xiàn)有防洪排澇標準應滿足現(xiàn)行規(guī)范《防洪標準》非常運用洪水標準及現(xiàn)有標準堤塘防洪標準；最大過流量應能安全下泄；閘頂高程應滿足規(guī)范要求。在進行以上復核的時候，應該研究近年的水文基本數(shù)據(jù)，若屬無實測資料地區(qū)，應采用暴雨途徑計算設計流量，按照小流域推理公式法和瞬時單位線法兩種方法計算，并進行成果合理性分析取值；并對暴雨洪水特性及歷史洪水進行分析，綜合分析后看當時的設計標準是否能滿足現(xiàn)在的需要。

水工結構安全復核

水工結構安全復核主要是復核閘室、岸墻、翼墻的整體穩(wěn)定性、抗?jié)B穩(wěn)定性、消能防沖和結構強度等。復核應以新測定的物理力學參數(shù)如材料強度、地基土和填料土的容重等基本工程性質(zhì)指標進行。一是閘室的復核。閘室穩(wěn)定復核計算宜取兩相鄰順水流方向永久縫隙之間的閘段作為計算單位。二是消能設施的復核。常用的消能設施有消力池、綜合式消力池和消力池、消力墩、消力梁等輔助消能工，目前大部分水閘采用消力池。消能防沖復核主要復核消力池的深度、長度，消力池底板的厚度和海漫的長度等。三是抗震復核。根據(jù)《水工建筑物抗震設計規(guī)范》要求，抗震設防烈度為6度時，可不進行抗震復核?？拐鸱€(wěn)定和結構強度驗算是水閘抗震驗算的主要形式?？拐痱炈愕牟课恢饕性陂l室和兩岸連接建筑物及其地基、各部位的結構構件。

（3）金屬結構安全復核

金屬結構存在于閘門上。由于閘門分類眾多，因此在復核驗算中要根據(jù)不同的閘門型式采用相應的計算公式。 鋼閘門結構發(fā)生嚴重銹蝕而導致截面削弱的，應進行結構強度、剛度和穩(wěn)定性驗算。另外，閘門的零部件和埋件等發(fā)生嚴重銹蝕或磨損的，應按實際截面進行強度復核。

閘門的預埋件一般包括主軌、反軌、側(cè)軌、止水座、底坎、門楣、護角、護面以及在弧形閘門中的支鉸鉸座、支承梁等。由于在閘門設計中，埋設件的計算主要是主軌構件，其它一般不作計算，因此，在水閘現(xiàn)場檢查和安全檢測中發(fā)現(xiàn)有主軌彎曲、突起、或者砼開裂、脫落的，應進行主軌強度復核。

此外，還有閘門零部件強度復核、啟閉力預算等復核，在此不在詳細贅述。

（四）水閘安全評價

水閘安全評價一般從防洪排澇安全評價、水工結構安全評價、金屬結構安全評價三個方面進行評價：一是水工結構安全評價。根據(jù)工程相關成果按《水閘設計規(guī)范》及有關標準對水工結構各個項目進行評價，評定是否滿足有關規(guī)程規(guī)范的要求。二是金屬結構安全評價。按照《水利水電工程鋼閘門設計規(guī)范》及《水利水電工程鋼閘門制造安裝及驗收規(guī)范》評價鋼閘門是否滿足規(guī)范要求。

根據(jù)以上安全評價，得出評定水閘的安全類別：一類閘是運用指標能達到設計標準，響正常運行的缺陷，按常規(guī)維修養(yǎng)護即可保證正常運行。二類閘是運用指標基本達到設計標準，工程存在一定損壞，經(jīng)大修后，可達到正常運行。三類閘則是運用指標達不到設計標準，工程存在嚴重損壞，經(jīng)除險加固后，才能達到正常運行。四類閘則是運用指標無法達到設計標準，工程存在嚴重安全問題，需降低標準運用或報廢重建。

（五）水閘安全鑒定論證報告的編制

水閘安全鑒定論證報告的編制是對論證成果的文字性說明，報告的編寫應按照規(guī)定的提綱進行編寫，作為一項文字性說明，報告編寫應追求文通字順，文字簡練，條理清楚，重點突出，材料翔實，客觀公正，最后注意要反復修訂、校對，以至最終結稿。

參考文獻：

[1]宋力.第十二講：水閘安全鑒定[J].技術中國水利,2010(12).

[2]徐金龍.太浦閘安全鑒定工作的程序和體會[J].水利建設與管理,2006(05).

[3]張亞春.佛山市順德區(qū)龍?zhí)锼l安全評價[J].科技信息,2009(10).

水利水電工程抗震設計規(guī)范范文第5篇

關鍵詞：頂管、沉井。

中圖分類號：U443.13+1文獻標識碼： A

1工程概況

宿遷市七堡引水樞紐工程從駱馬湖水庫引水到西民便河和古黃河，設計引水流量為10m3/s；工程位于江蘇省宿遷市宿豫區(qū)皂河鎮(zhèn)七堡村；其主要功能是調(diào)水引流，改善水環(huán)境。樞紐由進水口渠道、倒虹吸樞紐、出口箱涵及明渠組成；本文主要介紹倒虹吸樞紐的頂管和沉井。駱馬湖至古黃河采用頂管方式穿越中運河和古黃河（以下簡稱穿河頂管），古黃河至西民便河的陸地也采用頂管（以下簡稱陸地頂管），為了頂管的施工需要，倒虹吸樞紐沿線設置4座沉井。倒虹吸樞紐由1號沉井、穿河頂管、2號沉井、古黃河引水泵閘、陸地頂管、3號沉井、4號沉井組成。

2.2設計基本資料

2.2.1水文

（1）特征水位

駱馬湖水庫、西民便河、中運河、古黃河特征水位。特征水位值見表2.2-1。

表2.2-1特征水位表

2.2.2工程地質(zhì)

2.2.2.1地形地貌

工程區(qū)位于徐淮黃泛平原區(qū)，地形開闊平坦，水系較為發(fā)育，工程場地地勢起伏較大，頂管沿線地形呈中間高兩頭低的特征，地形大致可分為三段。頂管進口段（靠近古黃河）長度約280m，地面高程為24.80～26.50m；頂管中間段長度約2241m，地面高程在26.50～29.00m之間，絕大部分高程在28.00m左右；頂管出口段（靠近西民便河）長度約260m，地面高程在23.00～25.50m，兩岸民房比較集中。沿線多為農(nóng)田，南端有民宅。

2.2.2.2地層巖性

工程區(qū)第四系地層廣泛分布，厚度較大，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，本區(qū)第四系覆蓋層厚度大于80m，就勘探深度范圍內(nèi)所揭示的土層按其成因類型及土的性狀自上而下可分為九層，現(xiàn)分層描述如下：

①層：填土。岸上鉆孔中該層為以壤土或砂壤土為主的素填土，表層含植物根須；水中鉆孔該層為淤泥。

②層：重粉質(zhì)砂壤土或粉砂（局部粘性大或夾流塑或軟塑狀壤土），暗黃色或灰色，中密狀（局部稍密狀），濕，無光澤，干強度低、韌性低，搖振反應迅速。

②-1層：重粉質(zhì)壤土。黃色、暗黃色或灰色，軟塑-可塑狀，含鐵質(zhì)粉末，稍有光澤，干強度及韌性中－低，無搖振反應。

③層：重粉質(zhì)壤土。暗黃色或灰色，軟塑－可塑狀，稍有光澤，干強度及韌性中－低，無搖振反應。含腐植物。

④層：重粉質(zhì)砂壤土夾粉砂：暗黃色或灰色，中密－密實狀，濕，無光澤，干強度低、韌性低，搖振反應迅速。

⑤層：粉質(zhì)粘土或壤土（局部夾砂粒）?；疑虬迭S色，可塑狀，有光澤，干強度及韌性中－高，無搖振反應，夾鐵錳結核，偶含腐植物及螺殼。

⑥層：粉砂或細砂（局部夾砂壤土）：黃色或灰色，中密狀，濕，主要成份以石英、長石為主，有水平向?qū)永怼?/p>

⑦層：粉質(zhì)粘土。褐黃色（局部為灰色），硬塑狀，有光澤，干強度及韌性高，無搖振反應，夾鐵錳結核，混較多礓結石。

⑧層：細砂或粉砂（局部夾中粗砂）。黃色，密實狀，濕，以石英、長石為主，無明顯層理，混礓結石。

⑧-1層：粘土。褐黃色，硬塑狀，有光澤，干強度及韌性高，無搖振反應，夾鐵錳結核。

⑨層：粘土。褐黃色，硬塑狀，有光澤，干強度及韌性高，無搖振反應，夾鐵錳結核，混較多礓結石。鉆孔未揭穿此層。

工程場地各建筑物段土層分布情況參見工程地質(zhì)剖面圖。

2.2.2.3地震及評價

本區(qū)歷史上曾發(fā)生過8級以上的特大地震，是我國強烈地震帶之一，地震活動的強度和頻度較高。根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》GB18306-2001，場地區(qū)地震動峰值加速度為0.30g，相應地震基本烈度為Ⅷ度。

據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50487-2008）附錄P中的有關規(guī)定，判別勘察深度內(nèi)②層、④層重粉質(zhì)砂壤土為可液化土層，⑥層粉砂、⑧層細砂均為不液化土層。

2.3工程布置及建筑物

2.3.1工程級別和設計標準

宿遷市七堡引水樞紐由進水口渠道、倒虹吸樞紐、出口明渠組成。倒虹吸樞紐由1號沉井及進水閘、穿河頂管、2號沉井、古黃河引水泵閘、陸地頂管、3號沉井、4號沉井組成。根據(jù)《防洪標準》、《水利水電工程等級劃分及洪水標準》、《堤防工程設計規(guī)范》，確定本工程穿堤建筑物（包括1號沉井、穿河頂管、2號沉井、古黃河引水泵閘及箱涵）級別為2級，其他建筑物（進水口渠道、陸地頂管、3號沉井、4號沉井、出口明渠）為3級。

擬建場地區(qū)的地震動峰值加速度值為0.30g，相應的地震基本烈度為Ⅷ度。根據(jù)《水工建筑物抗震設計規(guī)范》，本工程倒虹吸建筑物按抗震設計烈度為8度進行抗震設計計算；根據(jù)《堤防工程設計規(guī)范》的規(guī)定，本工程進水口渠道、出口明渠堤防可不進行抗震設計。

2.3.2 工程布置及建筑物

2.3.2.1工程布置

進水口渠道底寬18.50m，底高程20.33m，兩側(cè)邊坡1：3。

倒虹吸樞紐包括穿河頂管、古黃河引水泵閘和陸地頂管及4個沉井。倒虹吸樞紐各建筑物中心線沿引水線路中心線呈直線布置，自北向南依次布置1號沉井及進水閘、穿河頂管、2號沉井、陸地頂管、3號沉井、陸地頂管、4號沉井，總長為3240.80m。1號沉井及進水閘布置在駱馬湖水庫堤防以北的駱馬湖水庫之中，穿河頂管穿越中運河和古黃河，2號沉井布置在古黃河以南的農(nóng)田內(nèi)，3號沉井布置在古黃河至西民便河中部，4號沉井布置在牛角塘附近。

2.3.2.2 主要建筑物設計

（1）1號沉井布置

依據(jù)頂管施工需要，1號沉井底部凈長7.00m、凈寬7.5m，采用鋼筋混凝土矩形沉井結構，布置在駱馬湖水庫堤防以北35m處。1號沉井既作為倒虹吸的引水進口豎井，又作為鋼筋混凝土頂管的接收井。沉井外形輪廓尺寸長9.80m，寬10.30，沉井頂高程27.70m，沉井底面高程1.30m，刃腳底高程-2.30m。沉井高度達30.00m，壁厚尺寸需要分段設計，沉井分上、中、下三部分，上部沉井高程15.00~27.70m段井壁厚度為1.00m；中部沉井高程7.50~15.00m段井壁厚度為1.20m；下部沉井高程-1.10~7.50m段井壁厚度為1.40m；刃腳在高程-2.30~-1.10m，厚度為0.40~1.40m。沉井下沉采用不排水下沉方式施工，底板鋼筋混凝土厚度1.40m，其下封底混凝土厚度為1.20m。靠近駱馬湖水庫堤防側(cè)在中心高程4.05m處設置頂管圓形接收孔，孔直徑為4.56m。

（2）穿河頂管

穿河頂管布置在駱馬湖至古黃河段，以頂管方式穿越中運河和古黃河。采用鋼筋混凝土圓形管，根據(jù)布置，頂管中心線高程為4.05m，長度615m，內(nèi)徑3.50m，考慮到頂管在施工期和檢修期會承受約20m深地下水壓力及最高25.5m的土壓力，頂管壁厚0.33m，則外徑為4.16m。

為穿河頂管進、出洞口的防滲需要，在頂進洞口及接收洞口設置聯(lián)排φ700mm的高壓旋噴樁，處理范圍為長10m、寬4.2m、高12m。

（3）2號沉井

依據(jù)穿河頂管施工需要，2號沉井底部凈長9.20m、凈寬7.50m，采用鋼筋混凝土矩形沉井結構，布置在古黃河堤防以南的農(nóng)田內(nèi)。沉井既作為倒虹吸樞紐穿河頂管的引水出口豎井，又作為穿河頂管的頂進工作井，同時也是陸地頂管的接收井。沉井外形輪廓尺寸長12.40m、寬10.70，沉井頂高程26.50m，沉井底面高程1.30m，沉井刃腳底高程-2.70m。沉井高度達29.20m，井壁厚度需要分段設計，沉井分上部、中部、下部三部分，上部沉井高程17.20~26.50m段井壁厚度為1.00m；中部沉井高程7.50~17.20m段井壁厚度為1.40m；下部沉井高程-1.27~7.50m段井壁厚度為1.60m；刃腳在高程-1.27~-2.70m，厚度為0.40~1.60m。沉井下沉采用不排水下沉方式施工，底板鋼筋混凝土厚度1.40m，其下封底混凝土厚度為2.60m。北側(cè)中心高程4.05m，設置頂管圓形頂進孔，孔直徑為4.36m。南側(cè)中心高程13.80m，設置頂管圓形接收孔，孔直徑為4.62m。

（4）陸地頂管

從古黃河至西民便河的陸地頂管長度為2580m，在陸地頂管中部設置一個工作井，即3號沉井。2號沉井至3號沉井之間的陸地頂管長度為1280m，3號沉井至4號沉井之間的陸地頂管長度為1300m，頂管中心線高程為13.80m，內(nèi)徑3.50m，考慮到頂管在施工期和檢修期會承受約13m深地下水壓力及最高約15m的土壓力，頂管壁厚0.33m，則外徑為4.16m。

（6）3號沉井

依據(jù)頂管施工需要，3號沉井底部凈長9.20m，凈寬7.5m，采用鋼筋混凝土矩形沉井結構，布置在古黃河至西民便河中部。3號沉井既是陸地頂管的頂進工作井，又作為陸地頂管的接收井。沉井外形輪廓尺寸長12.00m、寬10.30，沉井頂高程28.50m，沉井底面高程11.10m，刃腳底高程7.80m。沉井高度達20.7m，壁厚尺寸需要分段設計，沉井分上、下兩部分，上部沉井高程20.50m~28.50m段井壁厚度為1.00m；下部沉井高程8.99m~20.5m段井壁厚度為1.40m；刃腳在高程7.80m~8.99m，厚度為0.40~1.40m。沉井下沉采用不排水下沉方式施工，底板鋼筋混凝土厚度1.20m，封底混凝土厚度2.30m。北側(cè)中心高程13.80m設置頂管圓形頂進孔，孔直徑為4.36m; 南側(cè)中心高程13.80m設置頂管圓形接收孔，孔直徑為4.62m。

（7） 4號沉井

依據(jù)陸地頂管施工需要，4號沉井底部凈長9.20m，凈寬7.5m，采用鋼筋混凝土矩形沉井結構，布置在牛角塘附近。4號沉井是陸地頂管的頂進工作井。沉井外形輪廓尺寸長11.60m，寬9.90m，沉井頂高程25.50m，沉井底面高程11.10m，刃腳底高程8.40m。沉井高度為17.10m，井壁厚度需要分段確定，高程17.00~25.50井壁厚度為1.00m；高程9.35~17.00井壁厚度為1.20m，刃腳在高程,8.40m~9.35m，厚度為0.40~1.20m?？紤]到4號沉井高度不大，為了增加頂進工作井的頂力，在沉井后背土體采用高壓旋噴樁加固土體；本工程采用直徑為0.70m的單頭高壓旋噴樁，樁長12.00m，置換率約30%，水泥參入量暫定為15%。高壓旋噴樁范圍為整個沉井9.90m寬、長度為10m。

沉井底部為⑥層粉砂，如采用排水下沉，容易發(fā)現(xiàn)流沙，并引起該沉井附近民房因地基排水下沉而開裂，選擇不排水下沉施工，水下封底混凝土厚度2.00m、底板鋼筋混凝土厚度1.00m。北側(cè)中心高程13.80m處設置頂管圓形頂進孔，孔直徑為4.36m；南側(cè)底高程17.83m處設置矩形出水孔兩孔，孔高2.00m、孔寬2.50m。

為了陸地頂管的檢修需要，在4號沉井內(nèi)設置檢修門槽，檢修門凈寬2.50m，閘底板頂高程17.83m，閘頂高程23.50m，閘底板采用長度為2.00m的懸臂式底板、厚度為1.00m~1.50m，閘墩厚1.05m。

3頂管與沉井設計計算

3.1頂管設計計算

穿河頂管要求頂管上部覆土厚度應不小于頂管外徑的兩倍，并對施工期的頂管進行抗浮安全性計算，抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)應大于1.10。頂管上作用的土壓力按《給水排水工程頂管技術規(guī)程》（CECS246-2008）有關公式進行計算；水壓力按當?shù)氐叵滤贿M行考慮。計算工況包括施工期（空管）、運行期（滿管）的受力計算對管道進行結構內(nèi)力計算；按偏心受壓構件進行頂管的配筋分析?？紤]到頂管受到比較大的頂力，要求頂管混凝土標號不低于C50，按頂管規(guī)程計算頂管本身的最大允許頂力。

3.2沉井設計計算

根據(jù)《給水排水工程鋼筋混凝土沉井結構設計規(guī)程》（CECS137-2002）的有關規(guī)定，沉井的穩(wěn)定計算主要包括：下沉、下沉穩(wěn)定性及抗浮驗算，必要時尚應進行沉井結構的抗滑、抗傾穩(wěn)定計算。沉井的結構計算，沿水平方向不同高程截取相應的斷面，按閉合框架進行鋼筋混凝土沉井的內(nèi)力分析得出軸力、彎矩、剪力，再按偏心受壓構件進行沉井的配筋計算，對沉井的刃角也要進行結構計算；對于工作井的底板按三邊簡支和頂力作用邊為固端進行計算，對于接受井的底板按四邊簡支進行計算。沉井的頂力作用邊為了承受較大的頂力，要求沉井上設置插筋與底板鋼筋焊接，使底板與沉井頂力邊形成固端。通過沉井的穩(wěn)定計算、沉井壁的抗剪計算結果，取小值作為頂管施工中沉井允許最大頂力。