水工建筑物課程設(shè)計任務(wù)書和指導書

1、水工建筑物課程實訓任務(wù)及指導書（適用于水建A09級）山東水利職業(yè)學院水利工程系水工教研室2011年6月水工建筑物課程實訓任務(wù)書一、課程實訓的目的：1. 系統(tǒng)地鞏固和加深水工建筑物課程學習的基本知識、基本理論，掌握本專業(yè)建筑物設(shè)計的基本技能；2. 掌握有關(guān)實際工程設(shè)計的基本原則、內(nèi)容、方法、步驟及設(shè)計時應(yīng)注意的分析問題、解決問題的能力；3. 培養(yǎng)學生水利工程設(shè)計計算方法，提高計算能力；4. 培養(yǎng)學生專業(yè)繪圖及編寫設(shè)計文件的基本技能。二、工程基本資料；工程設(shè)計標準山東某引黃灌區(qū)的進水閘。在引水口的黃河大堤之外為一低洼荒堿地，為一良好的沉沙區(qū)。整個灌區(qū)地形為西北高東南低。工程處黃河沿岸的地面高程一般

2、在14m左右。該閘是灌區(qū)工程的主要水工建筑物。其任務(wù)是保證在無壩引水的條件下，滿足灌區(qū)用水的要求。該引水閘設(shè)計引水流量Q=120nm/s,閘前設(shè)計水位（保證率75%為12.7m,引水角（水閘中心線與黃河中泓線方向的夾角）為40°，引水渠段（水閘垂直水流方向的軸線距離河岸的距離）為150ml閘前的引水渠段渠底高程為10.0m,底寬為60m,兩岸的邊坡為1:2。在高程為15m處設(shè)一平臺，寬度為2.0m。高程15m到19.5m的邊坡為1:2.5。閘后灌區(qū)渠首底高程為10.0m。工程設(shè)計指標A. 建筑物等級：1級；B. 設(shè)計荷載組合基本組合：設(shè)計洪水位情況，上游水位為17.0m,下游設(shè)計水位

3、為12.0m,風速為14m/s。特殊組合：校核洪水位情況，上游水位為18.5m,下游水位為12.5m,風速為14m/s。C. 地基情況閘底板位于砂壤土，其力學性能指標較好。其各項指標如下：抗剪強度指標：（）水下=25°（）水上=30°地基承載能力：P=165Mpa；滲徑系數(shù)（勃萊系數(shù)）：c=9.0；密度：r干=15kN/m3;r濕=18.5kN/m3;r浮=10kN/m3;r彳a=20kN/m3;土壤凝聚力：c水上=10kN/m2；c水下=5Kn/m2；D.地基允許不均勻系數(shù)：刀=2.63.0;E. 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)：k設(shè)計=1.30；k校核=1.10；F. 建筑物與地基的

4、摩擦系數(shù)：f=0.40.5；G. 建筑材料：該地區(qū)為沖積平原，砂、石需從外地運輸；H. 該水閘有交通要求，該區(qū)地震烈度為7度，要求按照7度設(shè)防；1 .本地區(qū)有交通要求，交通橋?qū)挾纫话銥?5m；不考慮地震要求。三、設(shè)計要求遵循安全、實用、經(jīng)濟合理、施工管理方便、技術(shù)先進等原則，保證質(zhì)量、保證進度完成所布置的設(shè)計任務(wù)。四、設(shè)計任務(wù)及時間分配閘址選擇（包括熟悉原始資料、了解設(shè)計任務(wù)）（0.5天）水閘總體布置I. 主要建筑物的形式選擇及尺寸擬定；（1.0天）J. 閘孔設(shè)計；（1.0天）K. 水閘消能防沖設(shè)計；（1.0天）L. 水閘訪滲設(shè)計。（1.0天）閘室穩(wěn)定計算1.5天）兩岸連接建筑物尺寸擬定（1.

5、0天）圖紙繪制及設(shè)計計算說明書編寫（3.0天）五、設(shè)計成果及成績評定本次設(shè)計完成后應(yīng)提交設(shè)計計算說明書一份（2535頁）、水閘平面布置圖及縱剖面圖各一份。學生設(shè)計成績，應(yīng)根據(jù)學生設(shè)計完成后提交的成果質(zhì)量、設(shè)計過程中的表現(xiàn)、設(shè)計時的出勤狀況等情況綜合評定，成績分為優(yōu)秀、良好、及格、不及格四級，成績不合格者要求重做。參考標準如下：1 、優(yōu)秀 實訓積極，遵守紀律，表現(xiàn)好。 能按時優(yōu)異地完成設(shè)計任務(wù)，能熟練地運用所學理論和專業(yè)知識，在某些方面有獨特的見解。 設(shè)計計算說明書完整、正確，概念清楚，文字通順，書寫工整，圖紙齊全，符合要求。2、良好 實訓積極，遵守紀律，表現(xiàn)較好。能按時獨立完成設(shè)計任務(wù)，較熟練

6、地運用所學理論和專業(yè)知識，具有一定的綜合分析和解決問題的能力。 計算說明書完整、正確，概念清楚，文字通順，書寫工整，圖紙齊全，符合要求。3、及格實訓態(tài)度及表現(xiàn)一般。勉強完成設(shè)計任務(wù)，基本達到要求，綜合分析和解決問題的能力較差。計算說明書基本完整、正確，書寫工整，圖紙齊全，基本符合要求。4、不及格實訓不努力，表現(xiàn)較差。未能達到規(guī)定的基本要求，設(shè)計中有原則性錯誤。計算說明書不完整，概念不清，圖紙不齊全或不符合要求。水工建筑物課程實訓指導書一、了解設(shè)計任務(wù)、閱讀分析基本資料1. 明確設(shè)計任務(wù)2. 分析設(shè)計基本資料二、閘址選擇閘址選擇合理與否將直接影響到水閘工程量的大小、施工條件、安全運用及水閘建成后

7、的效益，是一大問題。影響閘址選擇的因素較多，各種水閘承擔的任務(wù)不同，對閘址的要求也不完全一致。對進水閘來說，主要應(yīng)考慮一下方面：1. 閘址位置應(yīng)盡量使水流平順，減少泥沙入渠，所以應(yīng)選在基本穩(wěn)定的河道凹岸，并具有一定的引水角，以保證可靠地引取水流。2. 地基條件地基條件是閘址選擇的一個十分重要的因素。不論何種形式的水閘，以盡可能選擇在質(zhì)地均勻、結(jié)構(gòu)緊密、防滲能力較好、承載力較強的地基上。3. 施工條件應(yīng)可能靠近天然建筑材料產(chǎn)區(qū)，交通方便，能源充足，且閘址附近有足夠的施工場地，施工導流布置方便。4. 居民點拆遷少。5. 建成后便于管理養(yǎng)護等。三、水閘總體布置1.閘孔設(shè)計主要內(nèi)容：閘孔凈寬、孔數(shù)、每

8、孔寬度、總寬度，并校核過閘流量。設(shè)計依據(jù)：水力學知識。設(shè)計步驟建議如下：列出設(shè)計條件設(shè)計流量、上下游水位等確定堰型及其底板高程堰型根據(jù)底板的形式確定。如采用平底板則為寬頂堰。堰頂高程根據(jù)上下游渠底高程確定。為防止河流泥沙進入渠道，其頂高程一般應(yīng)高于上游渠道0.51.5m。閘孔凈寬計算應(yīng)根據(jù)實際情況，選用堰流或孔流計算。應(yīng)合理計算各系數(shù)。分孔及總寬度根據(jù)水閘凈寬將其進行分孔。每孔閘門應(yīng)盡量采用國家推薦的標準尺寸，且當孔數(shù)較少時采用奇數(shù)孔。擬定中墩厚度，計算閘室總寬度。過閘能力校核根據(jù)水閘分孔后的實際情況，重新計算水力計算公式中的各系數(shù)，進行過閘流量的校核。確定閘頂高程為防止水流漫溢影響水閘的正常

9、運行，閘頂應(yīng)保證在靜水位以上有足夠的超高。分設(shè)計和校核兩種情況，取大者。四、消能防沖設(shè)計水閘的消能防沖包括消力池、海漫和防沖槽等主要內(nèi)容。消力池設(shè)計列出設(shè)計條件?？傮w判別閘孔出流時下游水流的銜接方式，如為遠驅(qū)式，則需要修建消力池；如需修建，根據(jù)地基條件確定消力池的形式，在平原地區(qū)土基上一般采用下挖式消力池；消力池尺寸計算。但應(yīng)注意：此時為保證消能效果，一般要求淹沒系數(shù)為1.051.10;為簡便且安全，采用平面二維消力池；水閘底板與消力池護坦之間用不陡于1:4的坡連接。消力池護坦構(gòu)造：厚度、材料、分縫、排水等。海漫設(shè)計海漫的長度：應(yīng)根據(jù)河床地質(zhì)條件、水流擴散情況、上下游水位差等確定。海漫的總體布

10、置：海漫首端頂可與消力池尾坎齊平或低0.5m；始端設(shè)置10m唱的水平段；其后用不陡于1:10的坡連接；海漫末端高程應(yīng)滿足水流不沖要求。海漫的構(gòu)造：海漫的形式、分縫等。防沖槽設(shè)計防沖槽形式確定、尺寸擬定、構(gòu)造設(shè)計。注意：在土基上的防沖槽一般采用拋填式，材料用量應(yīng)滿足水流要求。五、防滲排水設(shè)計滲透壓力的大小與地下輪廓的形狀和尺寸有很大的關(guān)系。合理地布置地下輪廓就能有效地防止土壤滲透變形，并減小滲透壓力。采取措施總的原則是高防低排，即在靠近高水位一側(cè)采取防滲措施，靠近低水位一側(cè)采取排水措施。防滲設(shè)計的影響因素很多，如地基條件、閘上作用水頭、閘底板順水流方向的長度及材料的供應(yīng)。因此設(shè)計時應(yīng)結(jié)合當?shù)鼐唧w

11、條件，配合水閘總體布置進行。設(shè)計步驟如下：根據(jù)閘上作用水頭的大小和地基條件，用滲徑系數(shù)法初步擬定地下輪廓的防滲長度。地下輪廓布置土基上水閘一般不采用板樁形式進行防滲。一般采用延長上游鋪蓋的長度來減小滲流，下游采用平鋪式排水。應(yīng)根據(jù)底板順水流方向的長度確定鋪蓋的長度，應(yīng)考慮下游排水起點，避免沖刷焦點的發(fā)生。鋪蓋材料的選擇、厚度確定、與閘底板的連接等細部設(shè)計。閘基滲流計算采用改進阻力系數(shù)法進行，計算作用在底板上的而滲透壓力，并進行地基的滲透穩(wěn)定驗算。水閘的防滲排水設(shè)計應(yīng)結(jié)合閘室的穩(wěn)定計算進行。六、閘室各部件的形式選擇及尺寸擬定本部分應(yīng)結(jié)合前面的水力計算、防滲排水設(shè)計、消能防沖設(shè)計等內(nèi)容，相互協(xié)調(diào)進

12、行。閘室各部件包括閘底板、閘墩、閘門、工作橋、交通橋、檢修橋、啟閉機房等。閘底板：閘底板形式按外形有平底板、低堰底板、折線底板等形式。平原地區(qū)的進水閘一般采用平底板。按與閘墩的連接方式有整體式、分離式等，土基上的水閘一般采用整體式。底板厚度應(yīng)滿足強度和穩(wěn)定要求。閘墩：大中型水閘多采用混凝土、鋼筋混凝土材料。為滿足水流條件，上游墩頭采用半圓形，下游采用半圓形或流線型。閘墩厚度應(yīng)滿足穩(wěn)定、強度和閘門擱置要求。閘門：閘門分為平面閘門和弧形閘門。閘門凈寬宜采用國家推薦的尺寸。工作橋、交通橋：工作橋一般采用板橋或T形橋，交通橋多采用T形橋。啟閉機采用繩鼓式。另外當上游擋水水位較高，而且下泄引取水流是在低

13、水位時，為減少作用在閘門上的水壓力，可采用胸墻來輔助擋水，以減小閘門高度。七、閘室穩(wěn)定計算水閘在使用或施工工程中，可能產(chǎn)生沿閘基的水平滑動、地基承載力不滿足要求、地基產(chǎn)生較大的沉降或不均勻沉降影響水閘的安全和正常運行。閘室穩(wěn)定計算作用在閘室上的荷載有自重、水壓力、浪壓力、泥沙壓力、滲透壓力、地震荷載等，因按實際情況進行荷載組合，閘室的而穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)滿足要求。應(yīng)根據(jù)實際情況合理選擇計算單元。地基基底壓力及基底壓力不均勻系數(shù)按偏心受壓公式計算地基基底壓力，驗算地基的而穩(wěn)定性；同時基底壓力不均勻系數(shù)應(yīng)滿足要求。地基沉降及不均勻沉降分別驗算在各種荷載組合情況下的地基沉降及其不均勻沉降，應(yīng)滿足要求。荷

14、載計算有關(guān)說明工作橋自重（包括活荷載）可按50KN/m計算；檢修橋自重按工作橋的1/8考慮;啟閉設(shè)備采用繩鼓式啟閉機，自重可按40KN/m計算。機房可按外墻高5nl凈高4m自重30KN/m考慮。工作閘門自重可按下面的方法進行：F2L2HC2G2G12Fii,LiHci其中式中：Gi、G2已知和所求閘門的自重；Fi、F2已知和所求閘門的孔口面積;Li、L2已知和所求閘門的孔口尺寸;Hei、Hc2已知和所求閘門的孔口中心線的水頭。附：一已知進水閘閘門的參數(shù)為G1=250KN/nrF1=i8m2'L1=6mHci=10.7m。八、設(shè)計圖紙的繪制按照水利工程制圖的要求用AutoCAD繪制在A3圖幅上。采用標準邊框，線條。設(shè)計圖紙包括：水閘平面布置圖、側(cè)視圖、正視圖和細部結(jié)構(gòu)圖。九、設(shè)計成果的提交設(shè)計說明書是用來系統(tǒng)描述設(shè)計的原則、依據(jù)、方法、成果和內(nèi)容的，它是工程施工、工程建成后的運用、管理以及將來改擴建、維修的依據(jù)。設(shè)計計算書主要用來反映設(shè)計計算過程、數(shù)據(jù)的來源的。二者是根本不同的。本次設(shè)計將設(shè)計說明書和設(shè)計計算書合在一起，形成設(shè)計計算說明書。設(shè)計計算說明書的組成：前言；目錄；第1章設(shè)計基本資料；第2章水閘總體布置；第3章閘室穩(wěn)定計算；第4章兩岸連接建筑物設(shè)計；第5章設(shè)計收