水利工程设计

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1、第三篇水利工程设计（上）天津水利勘测设计院副总工程师 陆宗磐1 设计文件编写规定1.1 概述大、中型水利水电工程的设计阶段有项目建议书、可行性研究、初步设计、招标设计和 施工详图设计等五个阶段。1.2 可行性研究报告编制“对工程项目的建设条件进行调查和必要的勘测,在可靠资料的基础上,进行方案比较， 从技术、经济、社会、环境等方面进行全面分析论证，提出可行性评价 条文中对上述各项工作的要求深度有选定（确定、查明）、基本选定和初步选定三个档次。选定 一般不允许变更，基本选定是允许有小幅度的或局部的变更,初选是有充分论据时可以变动.1.3 初步设计报告编制强制性条文引入DL502193第1。0。3条

2、规定，编制初步设计报告时，应认真进行调查、 勘察、试验、研究，取得可靠的基本资料。设计应安全可靠,技术先进，密切结合实际，节约投 资，注重经济效益。初步设计报告应有分析,有论证，有必要的比较方案,并有明确的结论和意见, 文字简明扼要，图纸完整清晰.各类工程应根据其任务特点对本规程所规定的内容有所取舍，深度有所侧重。2 等级划分强制性条文的“等级划分中纳入4本规范共18条:水利水电工程等级划分及洪水标准SL252-2000（10条）；堤防工程设计规范GB50286-98 （2条）；城市防洪工程设计规范CJJ5092（1条）；灌溉与排水工程设计规范 GB5028899 （5条） .2。1水利水电工

3、程2.1。1 技术背景我国分别于1959年、1964年先后制定了水利水电工程设计基本技术规范、水利水电工程等级划分及设计标准（草案）；1978年、1987年、1994年我国颁布了水利 水电工程等级划分及设计标准（山区、丘陵区部分）（试行）SDJ12-78、水利水电工程等级 划分及设计标准（平原、滨海部分）（试行）SDJ21787、防洪标准GB5020194； 2000年， 我国颁布了水利水电工程等级划分及洪水标准 SL2522000.2.1。2 工程等别划分标准1 水利水电工程1）库容分等指标2）防洪枢纽工程分等指标3）治涝、灌溉枢纽工程分等指标4）供水工程分等指标5）水电站分等指标2 综合利

4、用水利水电工程综合利用水利水电枢纽工程往往同时兼有防洪、发电、灌溉、供水等多种功能 或任务,当按各项任务的分等指标确定的工程等别不同时,应以其中的最高等别为准。3 拦河闸工程4 灌溉、排水泵站2。1.3 水工建筑物级别划分标准1 永久性水工建筑物级别 在采用本标准确定水利水电工程建筑物级别时，必须注意下列几点：1）失事后损失巨大或影响十分严重的水利水电工程的25 级主要永久性水工建筑物,经过论证并报主管部门批准可提高一级；失事后造成损失不大的水利 水电工程的14级主要永久性水工建筑物，经过论证，并报主管部门批准，可降低一级。（第2。 2。2条）2）水利水电工程失事对下游的影响,与失事时的水头有

5、很大 关系。3）当地质条件特别复杂时，基础设计参数不易准确确定；4）采用新型结构时,由于实践经验少,较难评价结构的可靠 性。2 临时性水工建筑物级别 临时性水工建筑物是指水利水电工程施工时所使用的建筑物，如导流建筑物、施工围堰、临时泵 站等。SL2522000第2。2。6条规定，水利水电工程施工期使用的临时性挡水和泄水建筑物级别，应根据保护对象的重要性、失事后果、使用年限和临时性建筑物的规模进行划分。2。1。4 适用范围及注意事项1 适用范围对已建水利水电工程进行加固或改建、扩建，执行条文有困难时， 经充分论证并报主管部门批准，可适当调整。2。2 堤防工程2。2.1 技术背景我国于1998年1

6、998年制定并颁布了堤防工程设计规范GB50286-98。2。2。2 堤防工程级别划分2。2。3 适用范围及注意事项2。3 城市防洪工程2.3。1 技术背景我国于1992年制定颁布了城市防洪工程设计规范CJJ50-92。2。3。2 城市防洪建筑物级别划分2。3。3 适用范围及注意事项2.4 灌溉与排水工程2。4.1 技术背景我国于1999年颁布了灌溉与排水工程设计规范GB5028899。2。4.2 灌溉与排水工程等别划分1 引水枢纽工程的等别2 灌、排渠沟工程分级3 灌、排建筑物分级2.4。3 适用范围及注意事项3。1 防洪我国已颁布了防洪标准GB50201-94、水利水电工程等级划分及洪水标

7、准SL252-2000、 城市防洪工程设计规范CJJ50-92等标准。3。1。1城市防洪标准3。1。2乡村防护区防洪标准3.1。3蓄、滞洪区防洪标准蓄、滞洪区的防洪标准，应根据批准的江河流域规划的要求分析确定.1 山区、丘陵区永久性水工建筑物1）土石坝、混凝土坝及浆砌石坝SL2522000考虑到行业标准服从国家标准，按GB5020194 的规定制定洪水标准。2）消能防冲设计洪水消能防冲设计的洪水标准，可低于泄水建筑物的洪水标准3）水电站厂房河床式水电站厂房，挡水部分的洪水标准，应与工程的主要 挡水建筑物的洪水标准相一致。2 平原区、滨海区永久性水工建筑物1）水库工程、拦河水闸2）潮水标准3 其

8、它水利工程的永久性水工建筑物1）灌溉和治涝工程2）供水工程3）泵站4 临时性水工建筑物3。1。4 桥梁的设计洪水标准桥梁的设计洪水标准，不应低于所在河道或排洪沟渠的防洪标准。v3.2 安全超高3.2.1 永久性挡水建筑物的安全加高1 混凝土或浆砌石坝2 土石坝3。2.2 泄、输水建筑物的安全加高1 溢洪道2 水闸3。2。3 堤防工程3。2。4 城市防洪工程3。2.5 泵站泵房挡水部位 顶部的安全加高3。3 稳定与强度3。3。1 稳定安全系数1 堤防工程需要说明的几个问题：1）土堤的抗滑稳定计算分为正常运用情况和非常运用情况。2）土堤抗滑稳定计算采用瑞典园弧滑动法.3）土的抗剪强度指标可用三轴剪

9、力仪测定，也可用直剪仪测 定。2 碾压式土石坝3 浆砌石坝需说明的是：对于1级浆砌石坝及坝高超过110m的浆石坝，应进行专门的研究.4 砼重力坝需要强调:SDJ21 78中对抗剪断和抗剪两种计算公式允许任选一种公式计算。 补充规定中明确，对中型工程中的中、低坝，若无条件进行试验时,允许采用抗剪强度公式 计算，采用参数和安全系数仍按SDJ21-78中有关条文执行。除此之外,应采用抗剪断公式.5 砼拱坝需说明的问题：对于坝高超过200m或有特殊问题的工程，应进行专门研究。上表中所列的安全系数应与抗剪强度参数的取值和工程经验相协调。7 水闸1）各种计算情况下要求闸室平均基底压力不大于地基容许承 载力

10、。2）各种计算情况下要求闸室基底压力最大值与最小值之比不 大于表3.3。1-9规定的容许值.3）各种计算情况下要求闸室抗滑稳定安全条数不小于表3。 3。110规定的容许值。 无论是采用那一种计算公式计算，该规定只规定一种抗滑稳定安全系数容许值。8 水电站厂房厂房整体抗滑稳定安全系数（不分建筑物等级）应满足表3.3。1-11 的规定.9 泵站3.3。2 强度问题1 混凝土抗渗等级2 素砼构件SL/T191-96第5。1。1条规定，素混凝土不得用于轴心受拉或偏心受 拉构件.3 予制构件吊环SL / 1 9 1 9 6第9 。 6 。 5条规定，予制构件的吊环必须采用级钢筋制作， 严禁采用冷加工钢筋

11、。4 构件的强度安全系数5 构件的抗裂安全系数全系数3.4 防火3.4。1 设计基本要求防火设计基本要求:1建筑物的耐火等级。2。房屋的平面布置、建筑设备布置、防火和防烟分区及建筑 构造应满足消防要求，重点控制建筑物之间的防火间距、建筑内部的防火分区面积和分隔构件、 有较大火灾危险和爆炸危险的设备布置位置。3建筑物通道和出口应满足安全疏散要求.重点控制疏散通 道的距离和防护措施、出口数量和宽度。4特殊场合的采暖通风防火和消及措施。5编制施工组织设计的应考虑消防安全。3.4.2 建筑物的耐火等级和 建筑材料的燃烧性能1 耐火等级 强制性条文规定的水力发电厂和水泵站的耐火等级是引 用的SDJ278

12、 90第2。0。2条，火灾危险性分类和耐火等级是依据建筑设计防火规范（GBJ16 87）规定的原则划分的。2 构件的燃烧性能和耐火极限提高构件耐火极限和改变燃烧性能的方法（1）适当增加构件的截面尺寸。（2）对钢筋混凝土构件增加保护层厚度。（3）在构件表面做耐火保护层。（4）钢梁、钢屋架下做耐火吊顶.（5）在构件表面涂覆防火涂料，可有效提高其耐火极限,涂于 可燃性材料表面，可改变其燃烧性能。（6）进行合理的耐火构造设计.3.4。3 防火间距1 防火间距要求水电站和泵站防火防计的重要部位是主变压器场和油库，为 此强制性条文引用的SDJ278 90第3。2。2条规定：屋外主变压器场与厂区建筑物、绝缘

13、 油和透平油露天油罐的防火间距不小于表3.2.2的规定，第3。2。3条要求绝缘油及透平油露天 油罐与厂区建筑物、开关站厂外铁路、公路干线的防火间距不小于表3.2。3的规定,第3。2。4 条要求厂房外地面油罐室的耐火等级不应低于三级,与厂区建筑物、屋外主变压器场及厂外铁路、 公路干线的防火间距不小于表3 。 2 。 4的规定。3 确定防火间距的基本原则最小防火间距应能通过一辆消防车，即3。5m左右，一般宜为4m.两座相邻建筑较高的一面外墙为防火墙时,其防火间距不限.3.4。4 安全疏散1 安全出口及数目强制性条文的SDJ278 90第4.2。1条和第4.2.2条分别规 定：地面厂房的发电机层或水

14、站的电机层，安全出口不应少于两个，且必须有一个直通屋外地面； 地下厂房的发电机屋应设两个通至屋外地面的安全出口，并至少应有一个直通屋外地面.3。4。5消防设施 消防设施有火灾自动报警系统、建筑防排烟系统、固定的自动灭火系 统（如自动喷水灭火系统、泡沫灭火系统、气体灭火系统等）和其他灭火设施（手提灭火器、室 内外消火栓等）.主、副厂房、泵房均应设置消火栓。在强制性条文中主要纳入了 SDJ278 90的第8.0。5条、9.2。1条、9。2。2条有关消火栓 和给水方面的规定：给水设施应满足消防给水要求的水量与水压。必须在任何情况下保证消防给 水。3。4。6 采暖通风防火强制性条文中主要纳入了 SDJ

15、278 90的第10。0。6条规定防酸 隔爆型铅酸蓄电池室、储酸室、油罐室、油处理室和油再生室严禁用明火或敞开式电热器采暖， 不应装设照明开关和插座.灯具应采用防爆型.油罐室、油处理室、油再生室、防酸隔爆型铅酸蓄电池室、储酸室等的送风量按不小于36次/h换气次数计算。排风系统必须独立设置，且不允许循环使用.3。4。7 施工组织设计中的 消防安全问题强制性条文引用了（SD267-88）第6。2。1条的规定在编制施工组 织设计时，应对消防安全要求统一考虑。3.5 抗震3。5。1 基本内容与技术背景 我国己于1984年颁布了基于概率法的建筑结构设计统一标准（GBJ6884）, 1989年颁布的建筑抗

16、震设计规范（GBJll89）.水电部门也于1994年完成了 水利水电工程结构可靠度设计统一标准（GB5019994。3。5。2 地震危险性分析3。5。3 抗震设防概率水准3.5.4 加速度的概率分布地震的各种参数诸如地震烈度、峰值加速度、反应谱等符合极值概率 分布,为国内外地震工程研究界所接受。地震峰值加速度的概率分布,目前已有的研究趋向认为符 合极值ii型。我国城建部门曾对地震烈度换算的峰值加速度进行分析检验，分别用极值ii型和 极值I型进行拟合，结果表明，用极值卫型比用极值I型拟合得更好些.3。5。5 地震烈度的概型 由于地震烈度有上界，一般倾向于认为地震烈度的概率分布符合极值 iii型我

17、国城建部门曾用极值皿型分布拟合45个城镇地震危险性分析的烈度成果，得到满意结 果。3。5。6 水库诱发地震SL203-97第1.0。7条规定：“坝高超过100m、库容大于5亿m3的 水库,如有可能发生高于6度的水库诱发地震时，应在水库蓄水前就进行地震前期监测”。3。5。7 地震监测SL20397第1。0。9条规定：“设计烈度为8、9度时，工程抗震设 防类别为甲类的水工建筑物，应进行动力试验验证，并提出强震观测设计,必要时,在施工期宜设 场地效应台阵，以监测可能发生的强震；工程抗震设防类别为乙类的水工建筑物，宜满足类似要 求.”3。6 抗冰冻3。6。1 基本要求抗冰冻设计的基本要求:1在充分掌握

18、工程所在地的自然条件和运行情况等基本资料 的前提下，合理确定冰冻荷载;2选择适宜的材料和确定混凝土抗冻等级; 3在选择工程站址、总体布置和结构形式时，应充分考虑冰 冻作用；4进行冰压力和冻胀力作用下的稳定和强度验算，确定必要 的抗冻胀工程措施。3。6.2 混凝土抗冻等级混凝土的抗冻等级分为F400、F300、F200、F150、F100、F50六级， 应按水工混凝土试验规程SD105-82规定的快冻试验方法确定。1 气候分区2 冻融循环次数3 小气候条件4 饱和程度5 构件重要性和检修条件6 其它7 大体积混凝土的抗冻等级3。6。3 堤坝1 混凝土坝与浆砌石坝2 土石坝3 泄水建筑物岸坡3。6

19、。4 取水和输水建筑物1 取水口排冰2 露天压力管道3。6。5 闸涵建筑物有过冰要求的拦河闸和渠系水闸,宜采用开敞式。应验算冰压力作用下 闸墩的稳定和强度。3。6.6 桥梁和渡槽SL21198第10。1。6条规定:基础在冻（冰）层内和地（冰）面以上 至少40cm范围内不得设置横系梁.3。7 劳动安全 根据中华人民共和国劳动法有关“新建、改建、扩建工程的劳动安全卫 生设施必须与主体工程同时设计、同地施工、同时投入生产和使用。的规定，水利水电工程劳 动安全与工业卫生设计必须与主体工程同时设计.3。7。1 防雷击 厂外独立的油处理室、油罐室（露天油罐）及易燃材仓库应在直击雷 保护范围内，其建筑物或设备上严禁装设避雷针，应用独立避雷针保护，并应采取防止感应雷和 防静电的措施。3.7.2 防噪声强制性条文引入DL5096-1996第5.1.1条规定：水利水电工程各 类工作场所的噪声宜符合3.7.2所列噪声A声级限制值的要求。3.7。3 防烟DL5096-1996第5。4。11条规定：易发生火灾的部位应设置事故排烟设施.