辽宁广播电视大学双向视频课程《水利工程设计导论》

辽宁广播电视大学双向视频课程《水利工程设计导论》主讲教师：谷云香第二讲讲授目录第一讲水利工程设计的基本知识和标准第二讲重力坝设计第三讲土石坝设计第四讲水闸设计第五讲渡槽设计1.1.3水利工程设计依据和标准1.1.3.1设计依据我国有关管理部门规定,大中型水利工程建设项目必须纳入国家经济计划,遵守先勘测、再设计,后施工的必要程序。工程设计需要有以下资料或设计依据：1）工程建设单位的设计委托书及工程勘察设计合同，说明工程设计的范围、标准和要求。2）经国家或行业主管部门批准的设计任务书。3）规划部门、国土部门划准的建设用地红线图。4）地质部门提供的地质勘察资料，对工程建设地区的地质构造、岩土介质的物理力学特性等加以描述与说明。5）其他自然条件资料，如工程所在地的水文、气象条件和地理条件等。6）工程建设单位提供的有关使用要求和生产工艺等资料。7）国家或行业的有关设计规范和标准。1.1.3.2设计标准为使工程的安全可靠性与其造价的经济合理性有机地统一起来,水利枢纽及其组成建筑物要分等分级,即按工程规模、效益及其在国民经济中的重要性，将水利枢纽分等，而后将枢纽中的建筑物按其作用和重要性进行分级。设计水工建筑物均需根据规范规定，按建筑物的重要性、级别、结构类型、运用条件等，采用一定的洪水标准，保证遇设计标准以内的洪水时建筑物安全。对于综合利用的工程，如按规范规定的指标分属几个不同等别时，整个枢纽的等别应以其中的最高等别为准。确定水工建筑物级别时，如该建筑物同时具有几种用途，应按最高级别考虑，仅有一种用途时则按该项用途所属级别考虑。对于二至五等工程，在下述情况下经过论证可考虑提高其主要建筑物级别：一是水库大坝高度较高时提高一级；二是建筑物的工程地质条件特别复杂，或采用缺少实践经验的新坝型新结构时提高警惕一级；三是综合利用工程如果按库容和不同用途的分等指标有两项接近同一等别的下限时，其共用的主要建筑物提高警惕一级；对二临时性水工建筑物，如果其失事后果对下游城镇、工矿区或其他国民经济部门造成严重灾害或严重影响工程施工时，视其重要性或影响程度，应提高一级或两级。对于低水头工程或失事损失不大的工程，其水工建筑物级别经论证可适当降低。1.2水利枢纽的布置1.2.1水利工程及水利枢纽的基本概念1.2.1.1水利工程的概念所谓水利工程,是指对自然界的地表水和地下水进行控制和调配,以达到除水害和兴水利目的的而修建的工程。在时间上重新分配水资源，做到蓄洪补枯，以防止洪涝灾害和发展灌溉、发电、供水等事业；改善水域环境，疏浚航道，建造码头，以利于水上运输；为防止水质污染，维护生态平衡，需要因地制宜地修建一系列的水利工程。水利工程按其承担的任务可分为防洪工程、农田水利工程、水力发电工程、供水与排水工程、航运及港口工程，环境水利工程等，一项工程同时兼有几种任务时称为综合利用水利工程。按其对水的作用分为蓄水工程、排水工程、取水工程、输水工程、提水工程、水质净化和污水处理工程等。1.2.1.2水利枢纽由若干种不同类型的水工建筑物组成的建筑物综合体称为水利枢纽,一般由挡水建筑物、泄水建筑物、取水建筑物和专门性建筑物组成。一个水利枢纽的建筑物组成是由该枢纽承担的任务来确定的。1.2.2水利枢纽的布置枢纽布置主要研究和确定枢纽中各种建筑物的相互位置，该项工作涉及泄洪、通航、发电、供水、施工导流等各项任务，并与枢纽建筑物地址、类型密切相关，需要统筹兼顾，全面安排、认真分析，全面论证。最后通过综合比较，从若干方案中选出最优的枢纽布置方案。枢纽布置的原则：1、枢纽布置要保证各建筑物在任何工作条件下都有能正常运行，避免相互干扰。2、在满足建筑物的强度和稳定，满足安全运行的前提下，使建筑物的总造价和年运行费用最低。尽可能采用当地材料以及新材料、新工艺、新技术。3、尽量使一个建筑物发挥多种效益，如枢纽布置时考虑与施工导流配合。在某种情况下还可使部分建筑物提前发挥效益，缩短工期。4、枢纽布置与周边自然环境相协，因地制宜地将人工环境与自然环境有机地结合起来，尽量注意美观。5、考虑远景规划，应对远期扩大效益创造条件，留有余地。在布置时应考虑分期开发的条件，满足高坝规划、低坝施工的要求。1.2.3各类水工建筑物对布置的要求除拱坝外，挡水建筑物通常布置成直线，这样可使坝轴线最短，坝身体积最小。泄水建筑物如采用溢流坝，应使溢流前缘与上游来水主流方向垂直，下游出口方向最好与原河道的主河槽水流方向一致。溢流坝应尽可能位于坚硬的岩基上，这样可以较好地解决下泄水流的消能防冲问题。溢流坝与土石坝相邻时，要防止坝前水流淘刷土石坝坝坡。为了减小下泄水流对其他建筑物正常运行的影响，有时需在溢流坝与发电、通航等建筑物之间布置导墙，以减少干扰。河岸式溢洪道应尽量布置在高程较低的垭口处。进口水流应平顺，一般条件下应优先考虑正堰式溢流堰、直线式泄槽的布置方案。溢洪道出口水流应尽量减小对其他建筑物的影响及干扰。泄洪隧洞的布置主要取决于地质条件，进口应力求水流平顺，出口要注意消能和对其他建筑物的影响。输水、取水建筑物的布置，除了考虑地形、地质的要求外，关键是要保证运用可靠。例如对于低闸取水或无坝取水，其进水口布置应保证引入足够流量，并防止泥沙进入。如取水口在库水面下较深处，取水水温较低对作物生长不利时，可采用分层取水口，取用水库表层水。电站布置主要应保证电站运用可靠，水头损失较小，因此要求进口水流顺直，尾水能通畅排出。坝后厂房应尽可能靠近坝体，当河谷狭窄不能并列布置溢流坝和厂房时，可以考虑采用坝内厂房、厂房顶溢流布置，必要时还可设置引水道式电站或地下电站。通航、壶鱼、过木等建筑物的布置，均应分别满足其运用的要求。1、三峡水利枢纽1.3《工程建设标准强制性条文》（水利工程部分）简介1.3.1综述《工程建设标准强制性条文》是根据建设部31号文件的要求，由建设部会同各有关主管部门组织各方面专家共同编制，经各有关主管部门分别审查，由建设部审定发布。该《强制性条文》中包括城乡规划、城市建设、工业建筑、水利工程、电力工程、信息工程、水运工程、公路工程、铁道工程、石油和化工建设工程、矿山工程、人防工程、广播电影电视工程和民航机场工程等部分，覆盖了工程建设的主要领域。为了规范水利工程建设，保证和提高水利工程建设质量，根据国务院《建设工程质量管理条例》，建设部会同水利部共同编制了《工程建设标准强制性条文》（水利工程部分），并于2000年10月由建设部批准发布。该文水利工程部分主要是根据工程建设现行国家标准和行业标准中直接涉及人民生命财产安全、人身健康、环境保护和其他大众利益的条文，同时考虑提高经济效益和社会效益等方面的要求而摘录的，突出了强制性条文和一般性的区别，吸收以往强制性标准的经验和教训，目标明确，可操作性强。《工程建设标准强制性条文》是从技术上保证水利建设工程质量的关键，是参与建设活动各方必须执行的技术内容，是政府对工程建设实施监督检查的主要技术依据，也是我国加入WTO后，与国际惯例接轨的一个重大举措。凡是列入强制性条文的条款都必须严格执行，任何违反强制性技术标准的行为都属违法行为，都将根据违反强制性标准所造成后果的严重程度，对有关的建设、设计、施工和监理单位给予相应的处罚。1.3.2《工程建设标准强制性条文》(水利工程部分)简介。该条文由6篇组成，即：水利工程勘测；水利工程规划；水利工程设计；水利工程施工；水利机械与金属结构以及水环境影响评价与监测。该文是执行国务院《建设工程质量管理条例》的一个配套文件，是参与建设活动各方执行工程建设强制性标准和政府机构对执行情况实施监督的依据。1.3.3《工程建设强制性条文》修订及完善根据国家标准和水利行业标准的制定和修订的现状，为了适应社会主义市场经济体制的要求，规范水利工程建设市场秩序，提高水利工程建设质量，2002年，水利部组织专家对该《强制性条文》进行了修订、补充。1.4设计成果及要求设计成果包括设计说明书、设计计算书和设计图纸。1.4.1设计说明书说明书是设计的解释与说明文件，可按下述原则编写：1、按章节叙述。要先拟好提纲，然后编写。2、包括基本资料和基本数据。3、说明设计标准、设计情况及依据。4、阐述设计思想、原则及方法（包括所采用基本理论及公式说明、采用条件及原因，以及考虑问题的条件及因素）。5、对具体设计要说明设计的前提，设计原理、方法、主要过程及阶段成果，最后成果（不必把详细的计算内容、过程写入，成果尽量能以表格形式给出）。6、对成果的分析及结论。对成果一定要有分析谁和判断，予以评价，分析存在问题的原因和改进措施。7、要求简明扼要，叙述清楚，字迹工整。1.4.2设计计算书计算书的主要内容是写出设计过程中所用的计算方法和具体的计算过程，一般用于设计的审查和复核。其基本要求是：1、严格执行国家和行业现行的技术规范和技术标准，计算方法正确，参数取值合理。2、计算公式选用合理，计算数据真实、可靠，计算步骤和计算结果正确、可信，书写规范、工整。其主要内容包括：1、引言。2、设计依据。3、设计基本资料。包括工程等别与建筑物级别、洪水标准、地震烈度、工程地质及水文地质资料、取水口位流量及泥沙含量、风速、风向等。4、布置设计。主要包括工程规模的确定，主要建筑物轮廓尺寸的拟定，方案比较。5、水力学计算。包括各种工况下的泄流能力、过水能力、水面曲线、消能防冲设计等内容的计算。6、渗流计算。各种运行工况下的渗流量、渗透坡降计算，校核渗流稳定。7、结构计算。包括计算程序与方法的选用，有关的计算系数，结构计算简图的确定，计算工况和荷载组合，结构稳定计算（主要是坝基稳定），内力计算或应力计算，配筋计算等，建议以表格形式汇总，最后进行强度复核。8、工程量计算。分部计算各项目的工程量以及工程量汇总。建议设计计算书采用与说明书相同的编写顺序分章节进行叙述。1.4.3设计图纸根据每个设计题目的要求进行图纸的绘制，图纸的具体内容见每个专项建筑物设计。要求图面合理，设计正确、整洁、清晰，绘图认真仔细。不乱改乱写，图幅尺寸、规格，图的比例、线条、标注高程、尺寸符号和说明等均符合工程制图标准。有条件的可用计算机绘制。谢谢大家！同学们再见！