水工建筑物课程设计任务书和指导书.docx

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水工建筑物课程设计任务书和指导书

《水工建筑物》

课程实训任务及指导书

（适用于水建A09级）

水利职业学院

水利工程系水工教研室

2011年6月

《水工建筑物》课程实训任务书

一、课程实训的目的：

1.系统地巩固和加深《水工建筑物》课程学习的基本知识、基本理论，掌握本专业建筑物设计的基本技能；

2.掌握有关实际工程设计的基本原则、容、方法、步骤及设计时应注意的分析问题、解决问题的能力；

3.培养学生水利工程设计计算方法，提高计算能力；

4.培养学生专业绘图及编写设计文件的基本技能。

二、工程基本资料；

㈠工程设计标准

某引黄灌区的进水闸。

在引水口的黄河大堤之外为一低洼荒碱地，为一良好的沉沙区。

整个灌区地形为西北高东南低。

工程处黄河沿岸的地面高程一般在14m左右。

该闸是灌区工程的主要水工建筑物。

其任务是保证在无坝引水的条件下，满足灌区用水的要求。

该引水闸设计引水流量Q=120m3/s，闸前设计水位（保证率75%）为▽12.7m，引水角（水闸中心线与黄河中泓线方向的夹角）为40°，引水渠段（水闸垂直水流方向的轴线距离河岸的距离）为150m。

闸前的引水渠段渠底高程为▽10.0m，底宽为60m，两岸的边坡为1:

2。

在高程为▽15m处设一平台，宽度为2.0m。

高程▽15m到▽19.5m的边坡为1:

2.5。

闸后灌区渠首底高程为▽10.0m。

㈡工程设计指标

A.建筑物等级：

1级；

B.设计荷载组合

基本组合：

设计洪水位情况，上游水位为▽17.0m，下游设计水位为▽12.0m，风速为14m/s。

特殊组合：

校核洪水位情况，上游水位为▽18.5m，下游水位为▽12.5m，风速为14m/s。

C.地基情况

闸底板位于砂壤土，其力学性能指标较好。

其各项指标如下：

抗剪强度指标：

φ水下=25°；φ水上=30°；

地基承载能力：

P=165Mpa；

渗径系数（勃莱系数）：

c=9.0；

密度：

r干=15kN/m3；r湿=18.5kN/m3；r浮=10kN/m3；r饱=20kN/m3；

土壤凝聚力：

c水上=10kN/m2；c水下=5Kn/m2；

D.地基允许不均匀系数：

〔η〕=2.6~3.0；

E.抗滑稳定安全系数：

〔k〕设计=1.30；〔k〕校核=1.10；

F.建筑物与地基的摩擦系数：

f=0.4~0.5；

G.建筑材料：

该地区为冲积平原，砂、石需从外地运输；

H.该水闸有交通要求，该区地震烈度为7度，要求按照7度设防；

I.本地区有交通要求，交通桥宽度一般为4～5m；不考虑地震要求。

三、设计要求

遵循安全、实用、经济合理、施工管理方便、技术先进等原则，保证质量、保证进度完成所布置的设计任务。

四、设计任务及时间分配

㈠闸址选择（包括熟悉原始资料、了解设计任务）（0.5天）

㈡水闸总体布置

1.主要建筑物的形式选择及尺寸拟定；（1.0天）

2.闸孔设计；﹙1.0天﹚

3.水闸消能防冲设计；﹙1.0天﹚

4.水闸访渗设计。

﹙1.0天﹚

㈢闸室稳定计算（1.5天）

㈣两岸连接建筑物尺寸拟定﹙1.0天﹚

㈤图纸绘制及设计计算说明书编写（3.0天）

五、设计成果及成绩评定

本次设计完成后应提交设计计算说明书一份（25~35页）、水闸平面布置图及纵剖面图各一份。

学生设计成绩，应根据学生设计完成后提交的成果质量、设计过程中的表现、设计时的出勤状况等情况综合评定，成绩分为优秀、良好、及格、不及格四级，成绩不合格者要求重做。

参考标准如下：

1、优秀

①实训积极，遵守纪律，表现好。

②能按时优异地完成设计任务，能熟练地运用所学理论和专业知识，在某些方面有独特的见解。

③设计计算说明书完整、正确，概念清楚，文字通顺，书写工整，图纸齐全，符合要求。

2、良好

①实训积极，遵守纪律，表现较好。

②能按时独立完成设计任务，较熟练地运用所学理论和专业知识，具有一定的综合分析和解决问题的能力。

③计算说明书完整、正确，概念清楚，文字通顺，书写工整，图纸齐全，符合要求。

3、及格

①实训态度及表现一般。

②勉强完成设计任务，基本达到要求，综合分析和解决问题的能力较差。

③计算说明书基本完整、正确，书写工整，图纸齐全，基本符合要求。

4、不及格

①实训不努力，表现较差。

②未能达到规定的基本要求，设计中有原则性错误。

③计算说明书不完整，概念不清，图纸不齐全或不符合要求。

《水工建筑物》课程实训指导书

一、了解设计任务、阅读分析基本资料

1.明确设计任务

2.分析设计基本资料

二、闸址选择

闸址选择合理与否将直接影响到水闸工程量的大小、施工条件、安全运用及水闸建成后的效益，是一大问题。

影响闸址选择的因素较多，各种水闸承担的任务不同，对闸址的要求也不完全一致。

对进水闸来说，主要应考虑一下方面：

1.闸址位置

应尽量使水流平顺，减少泥沙入渠，所以应选在基本稳定的河道凹岸，并具有一定的引水角，以保证可靠地引取水流。

2.地基条件

地基条件是闸址选择的一个十分重要的因素。

不论何种形式的水闸，以尽可能选择在质地均匀、结构紧密、防渗能力较好、承载力较强的地基上。

3.施工条件

应可能靠近天然建筑材料产区，交通方便，能源充足，且闸址附近有足够的施工场地，施工导流布置方便。

4.居民点拆迁少。

5.建成后便于管理养护等。

三、水闸总体布置

1.闸孔设计

主要容：

闸孔净宽、孔数、每孔宽度、总宽度，并校核过闸流量。

设计依据：

水力学知识。

设计步骤建议如下：

⑴列出设计条件〔设计流量、上下游水位等〕

⑵确定堰型及其底板高程

堰型根据底板的形式确定。

如采用平底板则为宽顶堰。

堰顶高程根据上下游渠底高程确定。

为防止河流泥沙进入渠道，其顶高程一般应高于上游渠道0.5～1.5m。

⑶闸孔净宽计算

应根据实际情况，选用堰流或孔流计算。

应合理计算各系数。

⑷分孔及总宽度

根据水闸净宽将其进行分孔。

每孔闸门应尽量采用国家推荐的标准尺寸，且当孔数较少时采用奇数孔。

拟定中墩厚度，计算闸室总宽度。

⑸过闸能力校核

根据水闸分孔后的实际情况，重新计算水力计算公式中的各系数，进行过闸流量的校核。

⑹确定闸顶高程

为防止水流漫溢影响水闸的正常运行，闸顶应保证在静水位以上有足够的超高。

分设计和校核两种情况，取大者。

四、消能防冲设计

水闸的消能防冲包括消力池、海漫和防冲槽等主要容。

⑴消力池设计

列出设计条件。

总体判别闸孔出流时下游水流的衔接方式，如为远驱式，则需要修建消力池；如需修建，根据地基条件确定消力池的形式，在平原地区土基上一般采用下挖式消力池；消力池尺寸计算。

但应注意：

此时为保证消能效果，一般要求淹没系数为1.05～1.10；为简便且安全，采用平面二维消力池；水闸底板与消力池护坦之间用不陡于1︰4的坡连接。

消力池护坦构造：

厚度、材料、分缝、排水等。

⑵海漫设计

海漫的长度：

应根据河床地质条件、水流扩散情况、上下游水位差等确定。

海漫的总体布置：

海漫首端顶可与消力池尾坎齐平或低0.5m；始端设置10m唱的水平段；其后用不陡于1︰10的坡连接；海漫末端高程应满足水流不冲要求。

海漫的构造：

海漫的形式、分缝等。

⑶防冲槽设计

防冲槽形式确定、尺寸拟定、构造设计。

注意：

在土基上的防冲槽一般采用抛填式，材料用量应满足水流要求。

五、防渗排水设计

渗透压力的大小与地下轮廓的形状和尺寸有很大的关系。

合理地布置地下轮廓就能有效地防止土壤渗透变形，并减小渗透压力。

采取措施总的原则是高防低排，即在靠近高水位一侧采取防渗措施，靠近低水位一侧采取排水措施。

防渗设计的影响因素很多，如地基条件、闸上作用水头、闸底板顺水流方向的长度及材料的供应。

因此设计时应结合当地具体条件，配合水闸总体布置进行。

设计步骤如下：

⑴根据闸上作用水头的大小和地基条件，用渗径系数法初步拟定地下轮廓的防渗长度。

⑵地下轮廓布置

土基上水闸一般不采用板桩形式进行防渗。

一般采用延长上游铺盖的长度来减小渗流，下游采用平铺式排水。

应根据底板顺水流方向的长度确定铺盖的长度，应考虑下游排水起点，避免冲刷焦点的发生。

铺盖材料的选择、厚度确定、与闸底板的连接等细部设计。

⑶闸基渗流计算

采用改进阻力系数法进行，计算作用在底板上的而渗透压力，并进行地基的渗透稳定验算。

水闸的防渗排水设计应结合闸室的稳定计算进行。

六、闸室各部件的形式选择及尺寸拟定

本部分应结合前面的水力计算、防渗排水设计、消能防冲设计等容，相互协调进行。

闸室各部件包括闸底板、闸墩、闸门、工作桥、交通桥、检修桥、启闭机房等。

⑴闸底板：

闸底板形式按外形有平底板、低堰底板、折线底板等形式。

平原地区的进水闸一般采用平底板。

按与闸墩的连接方式有整体式、分离式等，土基上的水闸一般采用整体式。

底板厚度应满足强度和稳定要求。

⑵闸墩：

大中型水闸多采用混凝土、钢筋混凝土材料。

为满足水流条件，上游墩头采用半圆形，下游采用半圆形或流线型。

闸墩厚度应满足稳定、强度和闸门搁置要求。

⑶闸门：

闸门分为平面闸门和弧形闸门。

闸门净宽宜采用国家推荐的尺寸。

⑷工作桥、交通桥：

工作桥一般采用板桥或T形桥，交通桥多采用T形桥。

启闭机采用绳鼓式。

另外当上游挡水水位较高，而且下泄〔引取〕水流是在低水位时，为减少作用在闸门上的水压力，可采用胸墙来辅助挡水，以减小闸门高度。

七、闸室稳定计算

水闸在使用或施工工程中，可能产生沿闸基的水平滑动、地基承载力不满足要求、地基产生较大的沉降或不均匀沉降影响水闸的安全和正常运行。

⑴闸室稳定计算

作用在闸室上的荷载有自重、水压力、浪压力、泥沙压力、渗透压力、地震荷载等，因按实际情况进行荷载组合，闸室的而稳定安全系数应满足要求。

应根据实际情况合理选择计算单元。

⑵地基基底压力及基底压力不均匀系数

按偏心受压公式计算地基基底压力，验算地基的而稳定性；同时基底压力不均匀系数应满足要求。

⑶地基沉降及不均匀沉降

分别验算在各种荷载组合情况下的地基沉降及其不均匀沉降，应满足要求。

⑷荷载计算有关说明

工作桥自重﹙包括活荷载﹚可按50KN/m计算；检修桥自重按工作桥的1/8考虑；启闭设备采用绳鼓式启闭机，自重可按40KN/m计算。

机房可按外墙高5m，净高4m自重30KN/m考虑。

工作闸门自重可按下面的方法进行：

其中式中：

、

已知和所求闸门的自重；

、

已知和所求闸门的孔口面积；

、

已知和所求闸门的孔口尺寸；

、

已知和所求闸门的孔口中心线的水头。

附：

一已知进水闸闸门的参数为

=250KN/m、

=18m2、

=6m、

=10.7m。

八、设计图纸的绘制

按照水利工程制图的要求用AutoCAD绘制在A3图幅上。

采用标准边框，线条。

设计图纸包括：

水闸平面布置图、侧视图、正视图和细部结构图。

九、设计成果的提交

设计说明书是用来系统描述设计的原则、依据、方法、成果和容的，它是工程施工、工程建成后的运用、管理以及将来改扩建、维修的依据。

设计计算书主要用来反映设计计算过程、数据的来源的。

二者是根本不同的。

本次设计将设计说明书和设计计算书合在一起，形成设计计算说明书。

设计计算说明书的组成：

前言；

目录；

第1章设计基本资料；

第2章水闸总体布置；

第3章闸室稳定计算；

第4章两岸连接建筑物设计；

第5章设计收获及建议；

参考文献。

要求设计计算说明书采用统一的纸用黑色中性笔书写；字体应仔细、整洁；设计计算说明书禁止涂改。

建议采用电子版，文字、格式处理符合标准。

十、参考资料

1.程兴奇主编.水工建筑物.：

中国水利电力，2007

2.中华人民国水利部.SL-2001水闸设计规.：

中国水利电力，2001

3.谈松曦.水闸设计..水利电力，1986

4.中华人民国电力部.DL-5077水