水利工程组织设计作业.pdf
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1、水利工程组织设计水利工程设计湖南省设计院总工程师4.2 输水、泄水建筑物 强制性条文共引入溢洪道设计规范 SL253-2000 共 5条,其中有关布置方面 1 条, 水力学 2 条,边坡稳定 1 条,基础防渗 1 条。 4.2.1溢洪道 1 溢洪道布置 2 水力学问题 3 边坡稳定问题 4 基础防渗处理1 溢洪道布置 SL253-2000 第 2.1.10 条规定, 当溢洪道靠近坝肩布置时, 其布置及泄流不得影响坝肩及岸 坡的稳定。在土石坝枢纽中,当溢洪道靠近坝肩时, 与大坝连接的接头、导墙、泄槽边墙等 必须安全可靠。 2 水力学问题 1)堰面压力设计标准 针对溢洪道中特殊的水力学问题, 规范
2、第 3.3.5 条对实用堰堰顶附近堰面压力提出应满足下 列规定:(1)对于常遇洪水闸门全开情况,堰面不应出现负压;(2)对于设计洪水闸门全开情况,堰顶附近负压值不得大于 0.03Mpa;(3)对于校核洪水闸门全开情况,堰顶附近负压值不得大于 0.06Mpa。 2 水力学问题 2)水流空化数 SL253-2000 第 3.7.2 条规定,溢洪道各部位的水流空化数 应大于该处体形的初生空化数 1。 3 边坡稳定问题强制性条文 引入该规范中第 5.1.4 条规定, 溢洪道的边坡必须保持稳定,对可能失稳的 边坡应采取适当的处理措施。对地质条件复杂的高边坡尚应进行专门的研究及边坡监测设 计。对易风化掉块
3、,易软化或抗冲能力低的稳定边坡也应进行相应的防护。 4 基础防渗处理强制性条文引入该规范第 5.4.2 条规定,防渗和排水设施的布设应满足下列要求: 1)具有可靠的连续性和足够的耐久性。 2)防渗帷幕不得设置在建筑物底面的拉力区。 4.2.2 水工隧洞1 综述2 隧洞布置3 洞内水流流态的要求4 水工模型试验问题5 高流速水工隧洞的空化6 水工隧洞衬砌与裂缝控制7 不衬砌和采用喷锚衬护的水工隧洞8 灌浆和防渗1 综述 水工隧洞包括发电引水隧洞、尾水隧洞、灌溉和供水隧洞、泄洪隧洞、排水隧洞、施工导流 隧洞等。 强制性条文共从 SD134-84 摘录 12 条,内容包括:隧洞布置、洞内水流流态的要
4、求、水 工模型试验问题、高流速水工隧洞的空化问题、隧洞衬砌与裂缝控制、不衬砌与喷锚隧洞, 以及灌浆和防渗七部分。 2 隧洞布置 强制性条文引入的第 3.3.3 条规定:“中小型水电站泄洪与发电共用一条主洞布置时, 必须保证各自的运用要求和较好的水力条件,即安全渲泄规定的泄洪流量、保证发电隧洞的 压力状态及发电时的最小水头,并采用适当措施,以防机组振动和分岔附近空蚀破坏”。 3 洞内水流流态的要求 强制性条文中 SD134-84 第 4.1.4 条规定:“对高流速的泄水隧洞,在同一段内严禁采 用明满流交替的运用方式”。 4 水工模型试验问题强制性条文 引入的 SD134-84 第 5.1.5 条
5、规定: “对高流速、大流量、水流条件复杂的 水工隧洞、应进行整体或局部的水工模型试验,验证其水力计算和建筑物布置的合理性。” 5 高流速水工隧洞的空化 关于高流速水工隧洞的空化的要求, 强制性条文引入了SD134-84 第 5.2.1 条:“高流 速的水工隧洞应根据试验选定各部位的体型。所选体型最低压力点(或可疑点)的初生空 化数应当小于该处的水流空化数否则必须取得相应的措施”。 6 水工隧洞衬砌与裂缝控 1)衬砌厚度规定 强制性条文SD134-84 第 6.1.4 条规定:“混凝土和钢筋混凝土的衬砌厚度(不包括围 岩的超挖部分)应根据强度、抗渗和构造要求,并结合施工方法分析决定。单筋混凝土衬
6、砌 厚度不宜小于 25cm;双筋钢筋混凝土衬砌厚度不宜小于30cm。” 2)衬砌抗裂和限裂设计 根据运用条件不同, 有不同的要求, 衬砌裂缝控制设计可分为抗裂、 限裂设计两种, 强 列入 制性条文的 SD134-84 第 6.1.6 条规定:“若隧洞衬砌开裂后,内水外渗将危及围岩和相 邻建筑物的安全时,应按抗裂设计,否则可按限裂设计。 按限裂设计时, 最大计算裂缝宽度 不应超过 0.20.3mm。 水质有侵蚀性时,最大计算裂缝宽度不应超过 0.150.25mm”。 6 水工隧洞衬砌与裂缝控制 3)衬砌的分缝 强制性条文引入的 SD134-84 第 6.4.1 条规定:“混凝土和钢筋混凝土衬砌,
7、在地质条 件明显变化处(如通过较大的断层,软弱破碎带等部位)和井、硐交会处或其他可能产生较 大相对变位处,应设置变形缝,并采取相应的防渗措施。围岩条件比较均一的洞身段,只设 施工缝。” 6 水工隧洞衬砌与裂缝控制 4) 钢筋混凝土衬砌和钢板衬护的连接 对于不同洞段分别采用钢筋混凝土衬砌和钢板衬护的情况, 强制性条文的 SD134-84 第 6.4.5 条的规定: “钢筋混凝土衬砌和钢板衬砌的连接应有一定搭接长度 (按水头大小决定, 最少不小于 1m) ,并在钢板衬护上设置阻水环或其它防渗措施。对内水压力较高的有压隧 洞,应研究在钢筋混凝土衬砌末端设置阻水帷幕和排水设施的必要性。 7 不衬砌和采
8、用喷锚衬护的水工隧洞 1)不衬砌隧洞 对于不衬砌隧洞,列入强制性条文的 SD134-84 第 7.1.4 条规定“不衬砌隧洞的底部, 应用混凝土抹平。”7 不衬砌和采用喷锚衬护的水工隧洞 2)喷锚衬护的水工隧洞 对喷锚衬护的水工隧洞, 强制性条文仅引用了对喷混凝土力学指标作出规定的SD134-84 第 7.2.6 条,条文规定:“喷混凝土的力学指标应符合下列要求:一、抗压强度不宜低于 200kgf/cm2;二、抗拉强度不宜低于 15kgf/cm2;三、抗渗标号不宜低于 8kgf/cm2。”8 灌浆和防渗 1)洞顶衬砌回填灌浆强制性条文 SD134-84 第 8.1.1 条规定: “混凝土、 钢
9、筋混凝土的顶部, 必须回填灌浆”。 2)防渗处理 强制性条文引入的 SD134-84 第 8.2.4 条规定:“对于不衬砌和喷锚衬砌隧洞,在:1) 有压隧洞的出口部位;2)、类围岩的洞段,洞顶以上围岩覆盖厚度小于 1 倍内水压力 水头处; 3)傍山岸边一侧围岩厚度小于 1.5 倍内水压力水头处, 应采取必要的防渗措施, 并应注意围岩及山坡的失稳问题。”4.2.3 水闸 强制性条文的“4.2 输水、泄水建筑物”一节中,从水闸设计规范 SD133-84 引入有 关闸室布置,水力设计,防渗排水设计,地基处理等方面内容条款共 8 条。4.2.3 水闸 1 闸室布置 2 防渗排水 3 水力设计 4 地基
10、处理1 闸室布置强制性条文引入 SD133-84 第 3.1.5 条规定:闸室的总净宽必须根据在允许的单宽流量 条件下,能安全通过设计和校核流量的要求确定。闸室的总宽度,应与上、下游河(渠)道 相适应。 2 防渗排水 1)防渗排水布置 强制性条文引入 SD133-84 第 3.2.1 条规定: 防渗排水布置应根据闸基地质条件和水闸上下游水位差等因素,结合闸室、消能和两岸布置 综合考虑,构成完整的防渗排水系统。 2)防渗排水设计 水闸的防渗排水设计内容包括渗透压力计算;抗渗稳定性验算;反滤层设计;永久缝的止水 设施和构造设计。(1)抗渗稳定性验算 对闸基抗渗稳定性问题, 强制性条文 引入 SD1
11、33-84 第 5.0.4 条规定: 验算闸基抗渗稳定性时, 要求水平段和出口段的渗流坡降必须分别小于表 4.2.3规定的水平 段和出口段允许坡降值。(2) 永久缝止水 对永久缝止水设施和构造要求,强制性条文 引入 SD133-84 第 5.0.7条规定,位于防渗 范围内的永久缝必须设一道止水。 重要的大型水闸应设两道止水。 止水的型式应能适应不均匀沉降和温度变化的要求,止水材料应耐久。 垂直止水与水平止水相交处必须构成密封系统。 3 水力设计水闸的水力设计内容包括:计算闸孔净宽;确定消能防冲设施;拟定闸门控制运行方式。 3水力设计(1)过闸水位差 强制性条文引入 SD133-84 第 4.0
12、.4 条规定,计算闸孔总净宽时,其上、下游水位差应 根据上游淹没影响、允许的过闸单宽流量和水闸工程造价等因素综合比较选定,一般采用 0.10.3m。 3 水力设计(2)要考虑淤积和冲刷的影响 强制性条文引入 SD133-84 第 4.0.8 条进行水力设计时,应考虑到水闸建成后上、下游 河床可能发生淤积或冲刷,闸下水位变动,对过水能力和消能防冲设施产生不利影响(3)关于水工模型试验 强制性条文引入 SD133-84 第 4.0.13 条规定,大型水闸的水力设计, 在初步设计阶段,应进行水工模型试验验证。 4 地基处理 SD133-84 第 8.1.3条强调,水闸应避免建造在半岩半土地基上;否则
13、,必须采取严格的工 程措施,以防止不均匀沉降。 对于半硬半软的土基, 也应填重对待。 4.2.4 泵站强制性条文 “4.2 输水、泄水建筑物”一节中,从泵站设计规范 GB/TS5025-97 引入 条文 11 条,其中泵站总体布置 2 条,泵房设计 6 条,进、出口建筑物设计 3 条。 4.2.4 泵站1 总体布置 2 泵房设计 3 进、出水口建筑物1 总体布置GB/T50265-97 第 5.1.9 条规定, 对于水流条件复杂的大型泵站枢纽布置, 应通过水工整体 模型试验论证。 GB/T50265-97 第 5.2.9 条规定,紧靠山坡、 溪沟修建泵站, 应设置排泄山洪和防止局部滑坡、 滚石
14、等的工程措施。 2 泵房设计1)永久变形缝的设置 该规范第 6.1.17 条规定,主泵房顺水流方向的永久变形缝 (包括沉降缝、伸缩缝)的设置, 应根据泵房结构型式、地基条件等因素确定。土基上的缝距不宜大于 30m,岩基上的缝距不 宜大于 20m。缝的宽度不宜小于 2.0cm。 2 泵房设计 2)主泵房排架的布置要求 主泵房排架的布置,应根据机组设备安装、检修的要求,结合泵站结构布置确定,排架宜等 跨布置,立柱宜布置在隔墙或墩墙上,当泵房设置顺水流向的永久变形缝时,缝的左右侧应 设置排架柱。 (第 6.1.18 条) 2 泵房设计3)防渗排水布置要求 防渗排水布置应根据站址地质条件和泵房扬程等因
15、素,结合泵房,两岸联接结构和进出水建 筑物的布置, 设置完整的防渗排水系统。(第 6.2.1 条) 。 2 泵房设计4) 泵房地基处理 泵房选用的地基应满足承载能力、 稳定和变形的要求。 对泵房地基条件,该规范第 6.4.2 条 规定,泵房地基应优先选用天然地基。标准贯入击数小于 4 击的粘性土地基和标准贯入击数 小于或等于 8 击的砂性土地基,不得作为天然地基。 该规范第 6.4.3 条、 第 6.4.4 条规定, 土基上泵房和取水建筑物的基础埋置深度, 应在最大 冲刷线以下。 3 进、出水口建筑物 ( 1)泵站进水流道布置要求 GB/T50265-97 第 7.3.2 条对泵站进水流道布置
16、提出了三项要求:(2)流道型线平顺,各断面面积沿程变化应均匀合理。(3)出口断面处的流速和压力分布应比较均匀。(4)在各种工况下,流道内不应产生涡带。第 7.3.5 条规定,泵站出水流道布置应满足下列要求:(1)流道型线变化应比较均匀,当量扩散角宜取 812。(2)应有合适的断流方式。出水管道的出口上缘应淹没在出水池最低运行水位以下0.10.2m。 (第 7.4.3 条) 4.2.5 灌溉与排水灌溉与排水方面, 纳入 强制性条文 “4.2 输水、 泄水建筑物”有 6 本规范, 共 16 条,其中灌溉与排水工程设计规范GB50288-99(6 条) , 农用机井技术规范SD188-86(2 条)
17、 , 节水灌溉技术规范SL207-98(2 条) , 喷灌工程技术规范SBJ-85(3 条) ,微灌工程技术规范 SL103-95 (2 条) ,低压管道输水灌溉工程技术规范(井灌区部 分)SL153-95(1 条) 。4.2.5 灌溉与排水 1 灌溉与排水工程 2 农用机井 3 节水灌溉 4喷灌工程 5 微灌工程 6 低压管道输水灌溉工程 1) 灌溉与排水工程灌溉与排水工程设计规范 5.2.16 条规定, 第 位于多泥沙河流上重要的大型渠首工程, 其防沙、排沙设施的设计布置方案, 应通过水工模型试验确定,旨在防止泥沙进入渠道或入 渠泥沙在渠内淤积,从而影响进水,输水能力。2) 灌溉与排水工程
18、设计规范 第 5.3.2 条规定了沉沙池的设计依据。 沉沙池设计应根据灌区的用水要求和输水渠道的具体情况,以水流的允许含沙量和允许进入 输水渠道的泥沙粒径为依据。黄河下游自流引水允许含沙量宜小于 50kg/m3,沉沙池出口允 许含沙量不宜大于 100kg/m3,允许泥沙粒径不宜大于 0.05mm。黄河中游自流引水允许含沙 量可根据实际情况和用途确定。 1 灌溉与排水工程3) 灌溉与排水工程设计规范第 5.4.8 条规定了在多泥沙河流上修建灌溉泵站对泥沙问 题提出的设计要求。 从多泥沙河道取水的灌溉泵站,应采取防沙、沉沙、排沙和抗磨蚀等措施,控制过泵水流挟 沙量不超过 7%。不具备自流引水沉沙、
19、冲沙条件时, 可在岸边设低扬程泵站并布置相应的 沉沙、冲沙设施。4) 灌溉与排水工程设计规范第 5.4.16 条规定了泵房结构布置要求。 泵房结构布置必须满足泵房内机电设备布置、安装、运行和检修的要求,并应符合通风、采光、防火、防噪声的规定。5) 灌溉与排水工程设计规范 第 6.2.1 条规定了进行防渗衬砌的条件。 当土壤渗漏量大,渠系水利用系数对于大、中、小型灌区分别小于 0.55,0.65,0.75,以 及水资源紧缺地区或有特殊要求的渠道,均应进行防渗衬砌。6) 灌溉与排水工程设计规范 第 6.2.3 条规定了渠道衬砌结构的基底条件。 渠道衬砌结构的基底应坚实稳定。衬砌渠段无法避开湿陷性能
20、黄土、膨胀性土和可溶性盐含 量大的土壤,以及裂隙、断层、滑坡体、溶洞或地下水位较高时,应首先采取工程处理措施。2 农用机井 1)滤水结构的技术要求 农用机井技术规范SD188-86 第 3.1.2 条规定,滤水结构必须有效地防止涌砂。机泵正 常运转后 15min 采取水样,用容积法测定的含砂量:中、细砂含水层不得超过万分之一;粗 砂、卵、砾石含水层不得超过五分之一。2)井孔和井管轴垂直度的要求。 农用机井技术规范第 3.3.2 条对井孔和井管轴线垂直度提出以下技术要求: 井孔必须保证井管的安装;井管必须保证抽水设备的正常工作。泵段以内顶角倾斜;安装长 轴深井泵时,不得超过 1;安装潜水电泵时。
21、不得超过 2。泵段以下每百米顶角倾斜不 得超过 2。 3 节水灌溉 1) 节水灌溉技术规范第 3.0.3 条规定了用微咸水、工业或生活污废水等进行灌溉的技 术要求。 用微咸水和为灌溉水源时,应采用咸、淡水混灌或轮灌;用工业或生活污水废水作不灌溉水 源时,必须经过净化处理,达到灌溉水质标准,方可用于灌溉。 3 节水灌溉1) 渠道防渗节水灌溉技术规范 第 6.0.1 条规定, 渠道防渗工程应符合下列要求: (1)标准冻深 10cm 的地区,应考虑采用防治冻胀的技术措施。 (2)渠道防渗率,大型灌区不应低于 40%;中型灌区不应低于 50%;小型灌区不应低于 70%;井灌区如采用固定渠道输水,应全部
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- 水利工程 组织设计 作业
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