在新中国成立后，各个行业都需要大力发展，在水利工程方面的需求量也在逐渐加大。一些水库由于长久没有维修加固，存在着各种质量病害问题，对其自身的作用发挥也有着很大影响。加上水库建造时候的材料质量比较低劣，下面是小编为大家整理的2023年度加固设计论文【五篇】,供大家参考。
加固设计论文范文第1篇
关键词：水库；
除险加固；
设计
在新中国成立后，各个行业都需要大力发展，在水利工程方面的需求量也在逐渐加大。一些水库由于长久没有维修加固，存在着各种质量病害问题，对其自身的作用发挥也有着很大影响。加上水库建造时候的材料质量比较低劣，在时间的推移下，整体的质量以及坚固程度也大大受损。加强对水库除险加固设计的方法实施，就要从多方面进行充分重视，通过理论联系实际，就能提出合理的水库除险加固设计方案。
1水库主要险要问题和除险加固设计依据
1.1水库主要险要问题分析
根据病险水库运行情况，结合地质勘察报告以及老化病害检测评估意见和工程安全复核的结果能得知，主要的险要问题包括：①水库的防洪能力相对比较低，防浪墙的基础和心墙没有紧密连接，防浪墙的基础坐落在砂壳上，一些墙体的横向裂缝问题比较突出，这就会影响防浪墙的作用发挥，对防洪的能力方面就相对比较薄弱[1]；
②一些大坝工程的建设过程中，坝体的压实工作上没有满足实际需求，坝体的质量相对比较差；
③坝基渗漏的问题比较严重，这对大坝的整体安全性就有着很大威胁；
④大坝的护坡方面的质量相对比较差，护坡石的风化问题比较突出，这也会对大坝的安全性造成直接的影响；
⑤大坝的观测设备不能正常的使用，不能有效发挥检测的功能[2]。对于这些层面的问题，就要详细化的分析研究，保障水库的险要问题能有效解决。
1.2水库除险加固设计依据分析
水库险要问题的有效解决，需要充分重视除险加固技术的科学应用，在设计工作中应当严格执行设计标准和规范，保障设计的科学性。水库除险加固的设计，严格按照《水利水电工程设计洪水计算规范》以及《水工设计手册》和《水利水电工程等级划分及洪水标准》进行水库的工程等别、建筑物等级和洪水标准的确定和水文分析计算，并且结合工程地质资料进行水库除险加固设计工作[3]。在设计中应当对规范的有关规定加强重视，在设计细节上予以高度重视，对边坡的稳定最小安全系数以及溢洪道边墙抗滑和抗倾稳定安全系数等相关内容充分了解（见表1）。对水库除险加固设计工作的实施，可在具体的设计中参照相应的安全系数表进行检测，保障设计的安全稳定性。在设计后要对水库工程的质量进行评价，以及在运行管理和防洪标准、渗流安全等层面进行评价。只有这样才能有助于水库设计的安全性保障。
2水库除险加固设计方法
水库除险加固设计方法的应用中，会涉及到多个设计内容，这就需要重视设计的科学性。结合实际对水库除险加固设计的具体方法实施进行了探究，在这些方法的应用下，就能有助于水库除险加固的整体质量提高。
2.1注重准备工作的完善化
要具有科学性，将准备工作加以完善，在加固技术设计前，对水库的病险问题能有效排查，将水库的安全隐患问题明确化，这样才有利于安全隐患的针对性解决[4]。设计人员在对水库的病险问题明确后，就要对工程等别、建筑物级别、防洪标准、边坡稳定系数和抗倾稳定安全系数进行复核，注重现场勘查工作，全面收集水库建设时的设计图纸、施工资料，完善前期的准备工作。
2.2水库除险加固的测量工作和要点明确化
设计人员要对水库的整体结构有详细化的了解，这是对除险加固技术方法应用的基础保障。有的水库年代比较久远，如果不能针对性的了解水库的整体结构，就不能针对性的进行除险加固方法的实施。这就需要在测量工作方面能妥善实施，对水库的结构数据信息详细掌握，以及对水库周边的地貌以及泄洪道截面的参数等，都要进行详细的测量，然后结合实际的资料复核，确保数据信息的准确性。在对水库除险加固设计的要点方面能加以明确化，对前期数据信息进行分析，探索针对性的除险加固措施的实施，这对确保水库质量的具有重要的保障作用。
2.3对水库的坝坡和坝基采用振冲法加固
在振冲加固设计过程中，要充分重视加固范围的明确化，对上游振冲的影响因素主要体现在地震液化度以及施工过程中的水位。在加固的深度方面，就要和工程地质勘察报告的要求相适应，在对孔位的布置方面要注重。振冲孔的一般呈正方形布置[5]，孔距先通过理论计算进行确定，然后在现场进行试验，确保孔距达到预期的加密效果。在具体振冲加固设计施工中，通过不加填料就地振密工艺的实施，在施工中如果出现了不易贯入的问题，就要能充分重视对造孔的速度加快方法实施，这样就能有助于施工的顺利性。
2.4对水库的防渗墙进行加固处理
防渗墙是水库的重要组成部分，对其的设计加固必须要要充分重视。具体的加固方法实施上，就可通过在上游坝肩进行构筑悬挂式混凝土防渗墙。可将防渗墙的轴线放在上游的坝肩部位，在混凝土防渗墙的厚度方面，就要结合实际的情况，各个工程选用的塑性轮防渗墙的允许坡降差别较大，从50～100不等，大多数采用60～100。将混凝土防渗墙和坝体能有效结合，坝体的弹性模量相对比较低，为能有效适应坝体的变形，混凝土防渗墙就要能通过50#塑性轮加以应用。这一加固技术的应用，在施工的工艺上比较简单化，施工的效率比较高，在工程造价方面也相对比较低。
2.5注重质量的有效控制
水库除险加固设计工作要保证科学性，这是水库的病险加固的基础，在实际设计工作实施中，就要和病险的特征紧密结合，在投资方面以安全节约的原则作为方向。设计工作中对水库的地质条件以及施工方法和料场等要素都要能充分重视，在设计方案方面进行综合化的比较以及论证[6]，然后结合实际提出科学有效的加固处理方案。在施工图设计中，要求设计和施工的进度要相结合，同时加强设计服务工作，按照规定参加隐蔽工程的验收，在除险加固设计的经验总结以及交流等方面要能加强重视。水库的除险加固工程的实施，要和实际相结合，在设计文件管理工作上也要能充分重视，只有从多方面加强重视，对水库的除险加固设计目标才能有效实现。
3结束语
综上所述，水库除险加固的设计工作需要从多方面加强重视，设计过程中涉及到的内容比较多，要对每个环节加强质量控制。通过对水库除险加固设计的研究分析，通过理论联系实际，就可以提出合理的除险加固的设计方案，这样就可以有效的保障水库运行的安全性。
作者:李龙 单位:奎屯农七师勘测设计研究院
参考文献：
[1]刘金岩.庆丰水库大坝除险加固研究[D].大连理工大学,2012.
[2]钟平.基于VB的小型土石坝防渗软件开发研究[D].长沙理工大学,2013.
[3]冯涛.潍坊市嵩山水库除险加固设计方案优化研究[D].山东大学,2014.
[4]张星.狼猫山水库大坝除险加固技术方案研究[D].山东大学,2015.
加固设计论文范文第2篇
白水河水库位于摆所河一级支流源头河段。白水河水库建成于1977年，由原县水电局进行设计并组织当地群众承担施工，据黔南州小型水库数据库资料记载，水库坝址以上集水面积1.7km2，最大坝高12m，总库容50×104m3，工程任务以农田灌溉为主兼防洪功能的小(Ⅱ)型水库，水库设计控制灌溉面积46．667hm2。经调查，水库所在区域岩溶发育，水库库尾有两处大的溶洞水出露。结合地表和地下分水岭，经本次复核，水库坝址以上集水面积2.3km2，主河道长3.17km，加权平均坡降34.82‰。
2大坝现状质量评价
2.1坝基质量评价
根据对坝区地质调查，坝区分布地层为二迭系下统栖霞组第一段(P1q1)石英砂岩，夹黑色页岩及薄层灰岩。坝址区岩层产状:281°∠9°，倾下游偏右岸，为横向河谷。坝区岩石为石英砂岩、黑色页岩夹薄层灰岩，溢洪道下游及坝脚见基岩，为灰黄色层石英砂岩与黑色页岩互层，间夹薄层灰岩。坝区地基岩石工程地质条件无大的缺陷。主要工程地质问题是差异风化导致地基均一性差。由于工程修建时间较早，当时历史背景下施工开挖中对坡积物与全强风化岩可能清理不彻底，未能将有渗漏可能的夹层、风化带、节理裂隙密集带等薄弱部分进行适当超挖回填，可能导致接触不良，形成渗水通道;也未进行坝基灌浆防渗处理，以致坝基及坝肩存在渗漏。根据实地调查及走访当地居民，在左坝肩岸坡及大坝坝脚棱体下有明显水渍区;右坝肩存在一处明显渗漏通道，漏水量在5～10L/s左右。
2.2坝体工程质量评价
大坝为土坝，最大坝高12m，坝顶长度132m，坝顶宽7.5m，坝底宽66.22m，坝顶高程1293.8m，坝底高程1281.8m。上游坝面边坡1∶2.38，下游坝面边坡1∶2.5。上游坝面为干砌块石护坡，下游坝面为草皮护坡。根据资料显示，白水河水库建成时间为1977年6月。经现场调查走访，工程运行以来，存在坝基、肩渗漏问题。推测认为由于建坝时间较早，限于当时的经济、技术条件，大坝清基不彻底，坝基(肩)未作防渗处理。大坝土料主要为黄色粘土夹风化碎石。坝体填筑材料就地取材，为附近山坡上灰岩、砂页岩风化的粘土夹碎石，填筑质量差。根据现场对坝体填筑土料勘察，坝体填筑土料粗颗粒含量约为50%，粗径0.2～10cm不等，粒径变化大，土料质量较差。建坝时施工机械匮乏，工程技术力量不足，碾压质量差，大坝填筑土料质量不能满足要求。根据填筑土料质量，推测坝体渗透系数在7.5×10－4～8.5×10－4cm/s之间，大于1×10－4cm/s。
3大坝除险加固设计
3.1坝体渗漏处理
长顺县白水河水库工程运行以来，存在坝基、坝肩渗漏问题，推测认为由于建坝时间较早，限于当时的经济、技术条件，大坝清基不彻底，坝基(肩)未作防渗处理，施工质量较差。针对以上情况，本工程大坝坝体防渗处理采用上游坝面铺设土工膜结合帷幕灌浆处理;对右坝肩接触带漏水通道，拆除原有浆砌石挡水墙，先用埋石砼填塞漏水通道，然后结合坝体和坝基的防渗处理，采取铺设土工膜和帷幕灌浆的方法进行防渗处理。
3.2防浪墙设计
3.2.1大坝坝顶高程复核
根据安全评价结论可知，大坝现状条件下溢洪道的泄流能力、大坝抗洪能力不满足规范要求。本次设计通过改造溢流堰、拓宽溢洪道后，溢洪道下泄能力满足规范要求。水库现有坝顶高程为1293.80m，高于水库最高静水位，计入相应的安全超高值后，水库设计洪水位为1294.50m，校核洪水位为1294.43m，均高于现状坝顶高程，坝顶不满足超高要求。
3.2.2防浪墙设计
原坝体坝顶高程为1293.80m，坝顶无防浪墙。根据复核结果，在正常运行工况下，防浪墙墙顶部高程应为1294.50m，校核工况下防浪墙顶部高程应为1294.43m。本次加固设计，在坝顶新建防浪墙，防浪墙高80cm，宽60cm，采用C15砼浇筑，兼作坝顶土工膜固墙。
3.3上游坝面护坡设计
3.3.1铺设
首先将上游坝坡整形，拆除现有干砌块石，挖除表面浮土，然后按拟定的防渗结构铺设复合土工膜。防渗体结构由复合土工膜、保护层及护坡组成，为确保反滤、排水系统始终保持正常工作，对表面防护和复合土工膜的固定采取如下措施:为防复合土工膜被刺破，复合土工膜下面先铺10cm厚的细砂，平整后再铺复合土工膜，在复合土工膜上再铺10cm厚的细砂，再用8cm厚的六边形混凝土预制块护坡。为防土工膜滑动，坝面设置键槽。在坡顶将复合土工膜埋入坝顶砼内;在坡脚处，为了防止土工膜拉裂，将复合土工膜延长回折，做成压枕，埋入齿墙砼内，选定的复合土工膜为两布一膜。复合土工膜规格的选择与下垫层平整度、材料允许拉应力、材料弹性模量、铺设范围内的最大水头及覆盖层最大粒径等有关，土工膜厚度设计除应考虑主要由水压力要求的强度外，尚应考虑暴露、埋压、气候、使用寿命等应用条件，并按国家现行有关标准的规定确定设计厚度及实际厚度。复合土工膜的铺设，是该工程施工的关键，土工膜的质量性能关系到防渗的效果。进场的复合土工膜必须有厂家提供的合格证书，性能及特性指标和使用说明书。复合土工膜进场后，随机抽取复合土工膜对其性能指标委托相关单位进行复测，复测结果全部合格后方能施工。
3.3.2截流墙设计
截流墙设采用C15砼浇筑，设计为矩形结构形式。截流墙分为河床部分与岸坡部分。河床段截流墙宽度为2m，高度最小不低于2.5m，具体高度根据实际地形地质条件决定，截流墙底部须深入到基岩不低于0.5m，若遇基岩较深的不良地质地段，截流墙底部也必须坐落于沉积土之上。
3.4坝区右岸接触带渗漏通道处理
针对坝区右坝肩接触带存在一处漏水通道问题，拆除原有浆砌石挡水墙，先用埋石砼填塞漏水通道，然后结合坝体和坝基的防渗处理，采取铺设土工膜和帷幕灌浆的方法进行防渗处理。埋石混凝土埋石率15%。施工时，应先铺一层混凝土放一层块石，再振捣密实至块石沉入混凝土中，不得先摆石再灌混凝土;埋石用块尺寸不得大于一次浇筑混凝土块体最小尺寸的1/3，要求质地坚硬新鲜，无风化或裂缝，饱和抗压强度大于200kg/cm2，清洗干净。
3.5下游坝面护坡设计
白水河水库下游坝坡坡比为1∶2.5，坝坡为草皮护坡，局部有塌陷，杂草丛生，坝面排水沟淤塞严重，对下游坝面的监测影响极大。本次加固设计，对下游坝坡坡面进行修整，培植草皮;对坡面排水沟进行清淤，并在下游坝脚处设置断面尺寸为1.0×1.5m(宽×高)的干砌石护脚。
4结语
加固设计论文范文第3篇
1.1淤积严重，防洪能力降低由于水库淤积严重，死库容基本淤满，仅能满足10年一遇设计洪水标准，无法满足50年一遇校核洪水标准要求。
1.2坝坡呈现隐患，影响大坝安全坝坡出现裂缝、孔穴和塌坑，影响大坝稳定。上游坝坡砌石损毁，下游坝坡无排水设施。
1.3放水设施不完善或损毁，上坝道路狭窄现状溢洪道仅局部护砌，出口无消能设施;放水卧管、涵管出口消能设施损毁。上坝道路狭窄，难以满足防汛抢险要求。经有关部门鉴定，张家沟水库为三类病险水库。为确保水库安全运行，必须进行除险加固改造。
2除险加固工程方案设计
2.1大坝
2.1.1增设防浪墙防浪墙顶宽0.5m，高1.0m，墙顶高程1022.8m，M7.5水泥砂浆砌石结构。
2.1.2大坝坝体整修坝体的裂缝，主要是因坝体干缩、施工时坝体填筑不均匀、分段接茬处理不当等，从而造成坝基和坝体的不均匀沉降所致。孔穴、塌坑是坝体裂缝在雨水的冲刷下，土层下陷而成。本次坝坡整修，首先把现有坝坡上的杂草、灌木及腐殖土清除干净，清除厚度0.5m;然后对坝坡按设计断面进行适当补填及削坡。同时，对坝体上的孔穴、塌坑及裂缝，全断面彻底挖除并重新回填黏土夯实，压实度不低于96%。大面积土方回填和夯实采用74kW推土机摊土，8－12t羊脚碾碾压，边角处采用2.8kW蛙式打夯机夯实。小面积土方回填采用人工平土，2.8kW蛙式打夯机夯实。坝体经过整修，将上游坝坡恢复至1∶2.0，下游坝坡恢复至1∶2.5。
2.1.3坝坡护砌根据实际情况和防洪要求，拟对大坝上游坝坡清坡整平后铺设40cm厚的干砌石，下设厚20cm砂砾料垫层及15cm厚的粗砂垫层。护坡坡脚伸入淤积层以下1.0m。大坝下游坝坡采用草皮护坡。
2.1.4贴坡排水坝下游坡脚现无反滤体，本次新增贴坡排水。贴坡顶面高程1013.0m，顶宽2.41m，从外到内依次为干砌块石、碎石、砂砾料和粗砂，砌筑石块要求排砌嵌紧。
2.1.5坝坡排水为了防止暴雨冲刷坝肩和下游坝坡，将水流送至坝脚以外，在下游坝坡与岸坡结合处布设横向排水沟3条，在下游坡脚设一纵向排水沟，并与坝坡横向排水沟相连。排水沟形式为矩形断面，采用现浇C15砼浇筑。横向排水沟断面尺寸为0.3m×0.3m，坡脚纵向排水沟断面尺寸为0.5m×0.3m。
2.1.6坝顶道路原坝顶道路为土路面，宽2.0m。雨天泥泞，影响管理人员巡察。本次改造将坝顶拓宽至3.0m，路面采用0.2m厚泥结碎石结构，以1%横坡向下游倾斜。
2.2溢洪道本次除险加固改造，将溢洪道分为引渠段、控制段、泄槽段及消力池四部分。由于溢洪道左侧为基岩，岩体几乎垂直，不需衬砌，全段只需对右侧(靠坝体一侧)侧墙和溢洪道底板衬砌。底板为现浇C20砼，各段连接处均设齿墙，齿墙高0.5m，厚0.3m。引渠段全长20.9m，进口底高程1016.79m，纵坡1/100为倒坡，断面为矩形。引渠段右侧侧墙紧贴大坝坝坡，为挡土墙式，顶厚0.6m。侧墙由地面起逐渐加高至3.8m。控制段长度79.5m，始端底高程1017.0m，末端底高程1015.01m，纵坡1/40。泄槽段断面为梯形，底宽2.8m，右侧侧墙坡比1∶0.75。侧墙高度3.8－2.1m，为渐变形式。由于泄槽段右侧土体单薄，且形状不规则，本次对其整修成顶宽3m、外坡比1∶1.25与地面连接。消力池全长10m，池深1.0m，池宽3m。侧墙高3.1m，为挡土墙形式。消力池出口接5m长铅丝笼石护坦。
2.3放水卧管由于卧管管台砌体老化，剥蚀严重，已不能正常运行，本次重修卧管，增设孔塞。
3主要加固改造工程施工要点
3.1大坝加固施工坝体整修前，首先清除该段的杂草、腐殖土、砂、石等。坝坡培厚段要将原坝坡开挖成平顺的边坡，坡度不陡于1∶1，以便于新旧土层结合。清基采用74kW推土机施工，清基深度为50cm，清基范围应超出设计边线30－50cm。坝体上的塌坑、孔洞、裂缝按楔形缝开挖，采用机械和人工配合，回填黏土采用蛙式打夯机和人工石硪夯打相结合，使其压实度不小于96%。腐殖土、杂草等清除物由1m3挖掘机或3m3装载机挖装，8t自卸汽车运至下游弃渣场集中堆放。
3.2下游护坡施工坡面反滤料回填、干砌石(包括拆除)采用人工施工，筛选并利用部分拆除料。干砌石要自下而上砌筑，每块块石重量不小于15kg。护坡应严格按照设计要求铺砌，坡面不允许有游石、孤石、补贴石、小石等现象。砂砾料、碎石、干砌块石应优先利用原有的坝坡石料，不足部分再适当补充。干砌石护坡要逐层填实，用大石排紧小石塞严，无活石，以脚踏不动为准;坝面石选用较大石块排砌，错缝竖砌，结合平稳，不得使用垫石;石面接触严密，坝面坡度平整。下游坝坡草皮护坡的植草时间宜在春季或初夏，坝坡整平后，铺填种植土50－70mm，再铺植被网，用防滑钉固定，播洒草籽于网内，松土覆盖，轻轻压实。
3.3溢洪道施工施工内容主要为溢洪道衬砌。土方开挖采用1m3挖掘机挖装，8t自卸汽车运输至下游坝坡做培厚用土。浆砌石采用砂浆搅拌机拌制砂浆，人工砌筑。混凝土拌和采用0.4m3搅拌机，0.6m3机动翻斗车运输入仓，仓面内用高频振捣器振捣。砼施工要求为:砼表面光洁、无蜂窝麻面;在常温下，砼浇筑完毕36h后即可拆模;用草袋覆盖洒水养护不少于7d。亦可用砼养生剂养护，但必须喷洒均匀。
4结语
加固设计论文范文第4篇
桥梁加固设计课程是桥梁工程专业学生一门重要的专业课。文章结合教学实践，针对现阶段基于新材料应用的桥梁加固设计课程教学中存在的问题进行了探讨。实践表明，教学中案例引入丰富视野、多角度全方面对比、多提问题启发思维、结合工程实际加强现场实践教学等方面作用显著，为基于新材料应用的桥梁加固设计教学改革提供了有益参考。
关键词：桥梁加固设计课程；
新材料；
教学方法；
探讨与实践
中图分类号：
文献标志码：A 文章编号：
10052909（2016）06010003
桥梁加固设计课程是土木工程专业一门重要的专业课，在大多数土木院校中，本科及硕士研究生桥梁方向专业课均涉及到桥梁加固设计这一环节。桥梁加固设计与桥梁工程、桥梁结构理论分析、桥梁病害诊断等专业课紧密相连，是土木工程中桥梁理论与实践相结合的一座名副其实的“桥梁”，通过桥梁加固设计的教学使学生能更好地掌握桥梁结构理论、桥梁病害诊断、桥梁检测方法和加固设计理论及应用的系统体系[1～3]。
在桥梁加固设计课程中，新材料加固技术越来越多地出现在加固技术领域。新材料的出现使得桥梁加固理论和加固方法都有一定程度更新和丰富。基于新材料应用的桥梁加固设计很具有典型性，目前来看，对新材料的桥梁加固课程教学实践与探讨研究相对较少[4～8]，文章针对新材料的应用对桥梁加固设计开展了教学探讨与实践。
一、基于新材料应用的桥梁加固设计课程教学现状
（一）教学轻实践、重理论
一般来说，对于基础课比如混凝土结构设计原理、桥梁工程等，学生在学习阶段初期都能认识到基础课理论学习的重要性，尽量做到扎实学习。由于对实践教学重要性提倡的不足，桥梁加固设计实践教学的重要性
未能够引起学生足够重视。桥梁加固设计实践涉及的方面比较广，特别是新材料在桥梁加固设计中的应用随着时间的推移变化比较快，学生认为基于新材料应用的桥梁加固设计实践知识可以在未来工作阶段逐步摸索，不重视现阶段学习。
（二）教学内容不够丰富
针对基于新材料应用的桥梁加固设计方面，由于一些教师从来没去过工地现场，或者没从事过桥梁检测加固维修等工作，在讲课的时候更多的是照本宣科，不能很好地引入案例，理论和实际联系不够紧密，教学内容不够丰富，毫无新鲜感，学生的积极性自然不高，教学效果很难达到良好。
（三）教材更新不够快
新材料应用本身就是一个新事物，在桥梁加固设计方面的应用更是变化飞速，目前针对新材料在土木工程结构方面的应用本身就不是很全面和完善，如果再具体到新材料在桥梁加固设计中的应用更是需要更高的专业性质。从现在桥梁加固设计方面的教材来看，其更新速度严重缓慢，不管是纸质出版图书还是电子文献，其基于新材料应用的桥梁加固设计方面的资料少之又少，
远远跟不上发展。
（四）教学方法改革体系须完善
大多数情况下，教师会采用“粉笔 +黑板”或者PPT教学模式来讲课。由于基于新材料应用的桥梁加固设计教学模式很少，讲得未免过于空洞，缺乏生动性和形象性，调动不了学生学习的积极性，目前的教学方法改革体系须完善。
二、基于新材料应用的桥梁加固设计课程教学改革措施
（一）案例引入丰富视野
在课件中多采用案例引入，比如新材料在桥梁加固设计中的图片资料、桥梁加固设计施工现场教学视频资料、施工过程动画等多媒体教学手段进行教学。例如，在FRP新材料在桥梁加固设计中的应用时，就可以利用图1和图2所示桥梁加固设计示意图，让学生对FRP的形状、加固设计方法有感性认识，丰富学生的视野。
图1 FRP新材料外观图
图2 FRP新材料在桥梁加固中应用图
通过案例引入，这样可以加强学生对新材料的认识，特别是在桥梁加固设计中的直观认识，让原本空洞的文字教学内容直观、生动地呈现在学生面前，课时被充分高效地利用。
（二）多角度全方面对比
基于新材料在桥梁加固设计中的应用，出现问题最多最难理解的是加固界面剥离破坏方面。针对这个难题可以多角度全方面进行对比，有助于学生深刻理解这一难点。比如针对FRP新材料在桥梁加固设计中出现的集中剥离破坏模式，可以通过端部界面剥离、关键斜裂缝剥离、中部裂缝诱发剥离、保护层剥离这4个常见剥离破坏进行全面对比分析，由此将这些剥离破坏形式分为两类：一类是由 FRP 片材端部应力集中引起的，包括保护层剥离和 FRP 端部界面剥离；
另一类是由于梁底裂缝发展引起的，包括中部弯曲裂缝诱发剥离和关键斜裂缝剥离。这样可以让学生深入理解，教学效果良好。
（三）多提问题启发思维
基于新材料在桥梁加固设计中的应用，涉及的问题比较多，有许多难点也是目前热点问题等都需要学生提高认识。可以通过总结新材料在桥梁加固设计中的典型问题进行提问，启发学生思维，比如针对新材料在桥梁加固设计中的疲劳性能，可以从以下几方面进行启发：（1）新材料加固能够有效提高桥梁的疲劳寿命吗；
（2）新材料加固桥梁的疲劳行为主要由哪几方面控制；
（3）新材料加固桥梁的疲劳寿命与哪些因素有关；
（4）新材料加固桥梁后可以有效地提高桥梁后期刚度吗。
（四）结合工程实际加强现场实践环节
在桥梁加固设计课程中，重要的是结合工程实际进行讲解，并做到加强现场实践环节。特别是针对基于新材料应用的桥梁加固典型设计方面，比如新材料在国际桥梁加固中的应用可举例
2013年孟加拉Bangabandhu大桥桥面修复工程中应用FRP进行加固，如图3和图4所示。
结合工程实际，有助于帮助学生理解新材料在桥梁加固中应用的前景和关键知识点，认识到新材料在桥梁加固设计中的应用目前已经走出国外，对新材料在国外特殊环境条件下加固桥梁中出现的典型问题进行系统归纳并总结规律，有助于新材料在桥梁加固应用这一课题进行深入研究。
三、结语
文章结合教学实践，针对现阶段基于新材料应用的桥梁加固设计课程教学中存在的一些问题进行了一些有益的探讨与实践。为基于新材料应用的桥梁加固设计教学改革提供了有益参考。
基于新材料应用的桥梁加固设计课程教学现状进行分析，目前此方面出现的典型问题是教学轻实践、重理论，教学内容不够丰富，教材更新跟不上形势发展需要，教学方法改革体系需要进一步完善和发展。
针对基于新材料应用的桥梁加固设计教学出现的问题提出改革措施，分别是案例引入丰富学生视野，多角度全方面对比分析帮助学生理解，多提问题启发学生思维，同时要注重结合工程实际、加强现场实践环节。
参考文献：
[1]范立础.桥梁工程：上册[M].北京：人民交通出版社，2001.
[2]张士中.桥梁工程 [M].北京：高等教育出版社，2004.
[3]姚玲森.桥梁工程 [M].2版，北京：人民交通出版社，2001.
[4]李学文，颜东煌.桥梁工程课程教学改革的实践与思考[J].交通高教研究，2001，1（1）：76-77.
[5]钟小平，肖鹏.桥梁工程系列结构类课程教学内容一体化研究[J].高等建筑教育，2008，17（1）：47-50.
[6] 胡免缢，杜嘉.桥梁工程课程教学问题及改革对策[J].重庆交通学院学报：社会科学版，2002，2（2）：87-88.
加固设计论文范文第5篇
关键词: 锚固设计理论；
锚杆
中图分类号：U455.7+1文献标识码：A文章编号：
Abstract: Accroding to home and abroad bolting theory ,and basing on mechanism ofblotingsome problems about the research of bolting technology is advanced in order to improvethe application of the existing bolting theory technology.
Key words:Bolting in theory;anchor
0 引言
锚杆支护技术始于国外,是维护围岩稳定的支护技术[1]。1872年英国北威尔士露天页岩矿首次应用锚杆加固边坡。19世纪初期美国首先将锚杆支护用于矿山建设。1934 年阿尔及利亚的Cheurfas 大坝的加高工程首次采用10 000 kN 级预应力锚杆作为抗倾覆锚固，这是世界上第一例采用预应力锚杆加固坝体,并获得成功。50年代初，瑞典生产出高效的喷浆机，随着速凝剂的出现锚喷支护在全世界迅速推广。
1锚杆支护的发展
当前锚杆锚固技术以其技术先进、经济合理、质量可靠等优点正在隧道岩体支护中广泛应用并且发展迅速。美国、澳大利亚的矿井巷道支护中, 锚杆支护占90 %以上。锚杆锚固技术合理地调动岩体的自身强度和自承载能力改善岩体的应力状态。
1.1锚杆支护
锚杆支护通常与刚带、网、混凝土等共同作用对岩体进行加固。我国煤矿1955年开始试用锚杆。当时的锚杆只起悬吊作用, 被动承载而不与围岩共同作用，效果不理想。借鉴国外技术经验，加上我国技术人员科技研究，锚带网和锚梁网等支护方法在现场得到了大量的应用，支护效果显著增强。这时锚杆不仅起到悬吊作用, 更重要的是起到组合拱或组合梁作用。目前有各种各样的锚杆支护系统，例如锚杆带网、锚杆带刚带、锚杆带梁、锚杆桁架及其多种组合广泛地用于各种工程中。
1.2锚杆的分类
目前锚杆的种类很多，几十乃至上百种。分类目前没有统一标准。按照锚杆与岩体锚固方式可将其划分为机械式、粘结式、和摩擦式；
按杆体材料又分为木锚杆、竹锚杆、金属锚杆、聚酯锚杆；
按照锚固长度划分可分集中锚固类锚杆和全长锚固类锚杆；
按锚固体传力方式分为压力型锚杆、拉力型锚杆和剪力型锚杆；
按锚固体形态分为圆柱型锚杆、端部扩大型锚杆和连续球型锚杆等。
我国最早应用于矿山建设的是木锚杆和竹锚杆，其价格低廉取材广泛，但其锚固力较小，在工程中起到的作用不是很明显。随着生产的发展，金属锚杆已逐渐将其取代。在众多锚杆中预应力锚杆是应用较广泛的一种锚杆。预应力锚杆是在安装锚杆时给锚杆施加相当量的预应力，这样的作用能有效地阻止围岩的开裂、滑移和弱化。不仅消除了锚杆的初始滑移量，而且还能给围岩施加一定的预压应力，提高围岩抗剪切能力和抗拉能力。随着技术的发展，新工艺的进步，现在的锚杆不但锚固力符合工程的需要，其设计逐渐更符合优化的要求，象德国的可伸长的让压性锚杆[2]、俄罗斯的杆体弯曲型可延伸锚杆，可回收锚杆及抗腐蚀性、重量轻、可切割的塑料锚杆[3]等等，它们广泛用于生产建设，在支护强化领域起到了举足轻重的作用。
2锚杆支护技术理论的发展
锚杆和岩体之间的相互作用机理非常复杂，很难通过力学和数学模型进行准确模拟[4]，,,国内外很多学者对锚杆作用机理做了大量的深入研究与探讨,揭示了锚杆支护的机理。
2.1国外的锚杆支护技术理论
(1) 组合拱理论
组合拱理论是兰氏( T・A・Lang) 和彭德(Pender)提出的。在拱形巷道围岩的破裂区中安装预应力锚杆，在杆体两端将形成圆锥体形式分布的压应力。如图1。如果按照一定规律布置一系列锚杆，各个锚杆形成的压应力圆锥体将交错重叠，形成一个防止破裂区扩展的承压拱（组合拱），这个承压拱可承受其上部破碎岩石施加的径向荷载，能阻止不稳定岩石的滑移，促使岩石之间的间隙面压紧[5]。承压拱厚度W可按（1）式近似计算，即
W＝L-S（1）
式中：W― 承压拱厚度；
L― 锚杆长度；
S― 锚杆间排距
锚杆支护力最大值[1]可由下式确定：
（2）
如果考虑剪切滑移，锚杆提供最大支护力为：
（3）
式中：
― 破坏剪切角；
― 岩石滑移线最大倾角；
― 锚杆的锚固力；
― 锚杆排距；
― 锚杆间距；
英国与澳大利亚等国家的锚杆支护设计倾向于此理论。
(2) 悬吊理论
1952 年路易斯阿・帕内科(Louis A・Panek) 等发表了悬吊理论。该理论认为把由于开挖、爆破等造成的松动岩块稳固(悬吊)在稳定岩层上,防止破碎岩块的冒落,在坚硬节理发育的岩块处,锚杆通常起这种作用。锚杆长度可按下式确定，即
L＝ L1+ L2+ L3 （4）
式中：
L1 ：锚杆外露长度(一般取0.15m)；
L2 ：锚杆有效长度；
L3 ：锚杆锚固长度 (一般取0.3～0.4m)；
锚杆有长度的确定: ①当直接顶需要悬吊而它们的范围易于划定时，应大于等于直接顶的厚度。②当通过实测已确定围岩松动圈范围时，应大于等于松动圈（即破碎带或冒落带）的高度。锚杆直径按杆体承载力与锚固力等强度原则确定，即
(5)
式中：― 锚杆的锚固力(由拉拔试验确定)；
― 锚杆杆体材料的抗拉强度；
(3) 组合梁理论
1952 年德国Jacobio 等发表了组合梁作用理论, 其实质是通过锚杆的径向力作用将叠合梁的岩层挤紧,增大层间的摩擦力,同时锚杆的抗剪能力也阻止层间错动,从而将叠合梁转化为组合梁。在美国，由于其巷道埋深较浅、岩层强度高且地应力比较低，此理论的应用较多。
(4) 加固补强
该理论认为,对于节理密集破碎岩体或是较为软弱的土体,施加锚杆可使破碎岩体具有完整性，在软弱土体中增加筋骨，从而增强锚固区围岩土体的强度(如弹性模量E ，粘聚力c) 。
(5) 销钉理论
销钉作用表现为两方面：①利用锚杆将不稳定块体钉到深部稳定的围岩上。②软岩洞室围岩常发生压剪破坏，破坏了的岩体将沿最不利的滑移面滑动。如沿洞室周边径向布置锚杆，由于锚杆与滑移面斜交，锚杆就会起到防剪抗滑作用。
2.2国内的锚杆支护技术理论
(1) 全长锚固中性点理论
全长锚固中性点理论由东北大学王明恕教授提出。该理论认为在靠近岩石壁面部分(锚杆尾部) ，锚杆阻止围岩向壁面变形,剪力指向壁面。在围岩深处(锚杆头部) ，围岩阻止锚杆向壁面方向移动。锚杆上的剪力指向相背的分界点，称为中性点，该点处剪应力为零，轴向拉应力为最大。由中性点向锚杆两端剪应力逐渐增大，轴向拉应力逐渐减少。这个理论存在着一定的价值。但是它难以解释锚杆尾部的断裂机理。
(2) 松动圈理论
将围岩中产生的松弛破碎带定义为围岩松动圈。
围岩松动圈支护理论是由中国矿业大学董方庭教授在对围岩状态进行深入研究后提出的。松动圈理论是现有支护条件下，试图采用支护手段阻止围岩的松动破动是不可能的。松动圈越大，收敛变形越大，支护就愈困难。因此松动圈理论认为，支护的作用是限制围岩松动圈形成过程中碎胀力所造成的有害变形。该理论的优点是简单、直观，对中小松动圈有极重要价值，但对大松动圈尤其是高应力软岩以及采准巷道，实践表明，该理论有一定的局限性。
(3) 围岩强度强化理论
其要点是：①锚杆加固围岩 的实质是改变了巷道围岩的受力状况，增加了围压，从而提高了岩石的力学参数（δ、E、C、）， 改善被锚固岩体的力学性能；
②巷道围岩存在着破碎区（松动区）、塑性区、弹性区，锚杆锚固区域内的岩体的峰值强度或峰后强度、残余强度都能得到强化；
③能较好地控制围岩破碎区、塑性区的发展，从而更有利于保持巷道围岩的稳定。
(4) 锚固平衡拱理论
该理论认为，锚杆加固对于提高围岩自身的最大承载能力没有明显的效果。但在围岩产生塑性破坏后，对提高围岩的残余强度及承载能力有显著作用。在洞室周围，锚杆与其锚固范围内的岩石构成一种锚固支护体。当这个锚固体中的岩石在围岩集中应力作用下发生破坏时，其承载力降低并产生变形，同时围岩的集中应力向深部转移，使锚固体卸载。在这个过程中，锚固体通过锚杆的约束作用和抗剪作用，使塑性破坏后易于松动的岩石构成具有一定承载力和适应自身变形卸载的锚固平衡拱。
这些理论在生产实践中起到了积极的作用，有效的指导了工程实践。在这些理论中，其多数是以定性的方法进行分析，还不能满足工程建设与应用研究。其对岩土锚杆的传力机制也只是定性描述，锚杆加固机理、锚杆的长期工作性能也没有统一的认识，另外在变化的荷载等条件下锚杆的性能还有待于研究。
3锚杆支护的设计
在我国，锚杆支护设计及参数选主要依靠经验与实验的方法。当地质条件简单、围岩稳定时, 直接采用工程类比法确定锚杆支护参数,再用悬吊理论、组合拱理论或松动圈理论加以校核即可。当地质条件复杂时, 采用试验方法确定锚杆支护形式和支护参数, 一般先进行室内模拟实验, 再进行工业性试验锚杆。
目前, 支护设计方法有以下几种。专家系统设计法 它是工程类比法的发展，但由于是建立在众多专家知识和大量的经过实践检验行之有效的经验设计的基础上，因而支护设计的可靠性和合理性大为提高。理论设计法 是建立在锚杆支护力学分析与模拟计算的基础上， 需要预先测试围岩力学参数, 并进行系统的锚杆支护作用机理和围岩变形机理研究，才能成为指导围岩控制实践的科学方法。实测设计法 又称现场监测法, 是由澳大利亚和英国先后发展起来的, 该设计法从地质评估开始, 先进行初始设计，然后通过对锚杆的现场特征、岩体特征及巷道在加固条件下特征的详细监测验证设计，最后确定锚杆加固系统, 并继续进行日常监测。围岩松动圈设计法 该方法含有专家系统设计法和现场实测设计法的内涵, 简单直观, 易为现场工程技术人员所接受, 且对岩巷有着良好的适应性,但对煤巷尤其是动压煤巷的适应性仍有待深入研究, 故围岩松动圈支护理论与设计方法也是今后发锚杆支护技术发展前景与制约因素展的重要方向。
在现有的地下工程支护加固设计中，由于诸多未知参数难以确定，且地质因素复杂，现在仍滞留在以锚杆为主体的研究水平上，没有到把锚固支护看作一个整体系统来作研究设计。这事必造成一些不合理因素。这种研究是今后的方向，应该说这是一套切实有效的方法。它可以克服过去单一重视锚杆本身行为的弊端，从而可以充分发挥系统各要素的功能，以使系统达到最佳工作状态。在欧美一些国外对这个已有所研究，并取得了一定的进展。
4结束语
锚杆支护方法发展到现在已有一百多年的历史，其无论在工业民用建筑、隧道桥梁、矿山建设还是在高陡边坡、大型地下洞室、大型弧门闸墩、大坝及坝基各类建筑物的加固中都发挥着积极的作用。虽然锚杆无论在强度、抗腐、与周围体的粘结力等都有提高，但锚杆支护的理论及设计滞后于工程应用研究，理论分析和数值分析与实际情况出入较大。最主要的就是力学模型和分析方法方面还不够完善。分析支护效果的各种影响因素，研究锚杆结构的作用机理、长期受力特性，对工程质量效益的提高有着深刻的现实意义。
参考文献：
[1] 张向东等．隧道力学．香港天马图书有限公司．2000．
[2] 刘永阔．新型锚杆及岩土锚固新技术. 西部探矿工程． 2006（6）
[3] 程良奎．深基坑支护的新进展[A].北京:人民交通出版社．1998.
