水利工程组织设计作业.doc

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， 规范第 3.3.5 条

2、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，易软化或抗冲能力低的稳

3、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、洞内水流流态的要求、水 工模型试验问题、高

4、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 条规定：“对高流速、大流量、

5、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。单筋混凝土衬砌 厚度不宜小于 25cm；

6、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，在地质条 件明显变化处（如通过

7、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 不衬砌和采用喷锚衬护的水工隧洞 1）不衬砌

8、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、 钢筋混凝土的顶部， 必须

9、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 地基处理1 闸室布置 强制性条

10、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 SD133-84 第 5.0.4 条

11、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 4.0.4 条规定，计算闸孔总净宽

12、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，必须采取严格的工 程措

13、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、 滚石等的工程措施。 2 泵房设计 1）

14、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素，结合泵房，两岸联接结构和进出水建

15、 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提出了三项要求：（2）流道型线平顺，各断面面积沿程变

16、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） ， 节水灌溉技术规范SL207-98（2 条）

17、， 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） 灌溉与排水工程设计规范第 5.3.2 条规定了沉沙池的设计依据。 沉沙池设

18、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、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

19、。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、

20、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。不得超过 2。泵段以下每百米顶角倾斜不 得超过 2。 3 节水

21、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，应全部防渗。4 喷灌工程喷灌工程技术规范第 3.0.7、3.0.9、3.

22、0.10 条对保证喷灌质量提出以下三方面技术要 求： 1) 在设计风速下，喷灌均匀系数不应低于 75%，但对行喷式喷灌系统，不应低于 85%； 2）喷灌系统的设计喷灌强度不得大于土壤的允许喷灌强度。 3）喷灌的雾化指标应根据喷头工作压力水头和主喷直径的比值确定，对于喷嘴为圆形且不 带碎水装置的喷头，设计雾化指标应符合表 4.2.5 的要求。4 喷灌工程5 微灌工程 1.微灌水质 微灌水质除必须符合农田灌溉水质标准GB5084 的规定外，还应满足： 1）进入微灌管网的水应经过净化处理，不应含有泥沙、杂草、鱼卵、藻类等物质。2）微灌水质的 pH 值为一般应在 5.5-0.8 范围内。 3）微灌水的

23、总含盐量不应大于 2000ppm。 4）微灌水的含铁量不应大于 0.4ppm。 5）微灌水的总硫化物含量不应大于 0.2ppm。 5 微灌工程2.管件选择 微灌工程技术规范第 5.1.5 条对管与管件的选择提出了下述要求: 管与管件的选择必须使其公称压力符合微灌系统设计要求， 并应不透光、 抗老化、 施工方便、 连接牢固可靠。直径 50mm 以上各级管与管件可选用聚氯乙烯产品；直径 50mm 以下各级管与 管件应选用微灌用聚氯乙烯产品。严禁使用由废旧塑料制造的管与管件。 6 低压管道输水灌溉工程 强制性条文引入低压管道输水灌溉工程技术规范第 5.1.1 条，低压管道输水灌溉工 程所用管材与连接

24、件，必须符合下列规定：（）非现场制作的管材与连接件，应为定型产品，或经过技术鉴定并严格按技术要求生产 的非定型产品；（）现场制作的管材与连接件，应进行技术鉴定，并有相应措施保证其质量不低于鉴定时 的指标。4.3 水电站建筑物4.3.1 进水口 4.3.2 压力钢管 4.3.3 厂房 4.3.1 进水口 水电站进水口设计规范 （SD303 88） 纳入 强制性条文 的共有 3 条 （第 2.3.2、 2.3.3、 3.1.6 条） ，均为进水口防沙、防污、防冰布置方面的条款。4.3.1 进水口 1 防沙、防污、防冰的技术背景及一般要求 2 进水口位置选择 1 防沙、防污、防冰的技术背景 及一般要

25、求 1）泥沙问题 2）污物问题 3）冰冻问题 2 进水口位置选择 SD30388 第 2.3.2 条、第 2.3.3 条对水电站进水口位置选择提出了下述要求:（1）不应在含有大量推移质的支流或山沟的汇口附近设置进水口； （2）进水口应避开容易聚集污物的回流区，并应避免流冰或漂木的直接撞击。 SD303-88 第 3.1.6 条规定，多泥沙河流上的大型或重要工程，最终选定的进水口防沙设施 应通过水工泥沙试验验证。4.3.2 压力钢管 水电站压力钢管设计规范 SD14485 纳入 强制性条文 的共有九条， 涉及钢管快速 （事 故）闸阀控制（第 2.1.6 条） 、通气孔布置（第 2.1.7 条）

26、、钢管抗外压稳定安全系数（第 5.1.4 条） 、地下埋管平洞、斜井段回填灌浆（第 7.3.2 条） 、首端止排水设计（第 7.3.3 条） 、坝内埋管接缝灌浆（第 7.4.4 条） 、管口阻排水设计（第 7.4.5 条） 、结构模型试验 整体安全系数（第 8.0.5 条）和原型观测布置（第 9.1.1 条）等。 4.3.2 压力钢管 1 快速（事故）闸阀控制 2 通气孔或通气阀布置 3 钢管抗外压力稳定 4 埋管的外围缝隙与止排水5 重要结构的水压试验6 原型观测 1 快速（事故）闸阀控制 SD144-85 第 2.1.6 条对水电站钢管首端快速闸阀或事故闸阀的控制和动力提出了要求： 钢管首

27、端的快速闸阀或事故闸阀必须有远方（中央控制室）和就地操作装置，操作装置必须有可靠电源。2 通气孔或通气阀布置 制性条文引入（水电站压力钢管设计规范（SD144 85） 第 2.1.7 条）规定通气孔（井） 或通气阀必须“紧靠快速闸阀或事故闸阀下游”布置 （对通气孔主要是指孔道的下口） “充 ， 水阀出水水流不得封堵通气孔口” 。 强制性条文上述条款同时规定“通气孔上端宜在启闭机室之外，高于校核洪水位” 。3 钢管抗外压力稳定 1）技术背景与要求 SD14485 第 5.1.4 条规定， 钢管抗外压稳定安全系数不得小于： （1）明管的管壁和加劲环 2.0； （2）地下埋管和坝内埋管： 光面管和锚

28、筋加劲管的管壁 2.0； 用加劲环加劲的钢管管壁和加劲环 1.8。 3）需说明的几个问题 4 埋管的外围缝隙与止排水1）技术背景及要求 强制性条文对水电站压力钢管地下埋管平洞和斜井的顶拱回填灌浆、钢管混凝土衬砌连接的 钢管首端止水（SD144 85 第 7.3.2 条、第 7.3.3 条）和坝内埋管与混凝土间的接缝灌浆、 与混凝土连接段的管口阻、排水设计（SD144 85 第 7.4.4 条、第 7.4.5 条）进行了规定。2）技术应用与发展5 重要结构的水压试验 水电站压力钢管设计规范SD144 85 第 8.0.5 条规定：对岔管等重要结构可在作模型水 压试验和测量应力、应变后，续作爆破试

29、验。实测整体屈服压力安全系数（折算为原型后） 不得低于 2。实测爆破压力安全系数不得低于 3。6 原型观测 强制性条文引入水电站压力钢管设计规范SD144 85 第 9.1.1 条规定： 凡符合下列情况之一者必须作原型观测： 一、1、2 级钢管； 二、3 级钢管，电站装机容量等于或大于 10 万 kW 者必须作原型观测；10 万 kW 以下者宜作 原型观测； 三、采用新材料、新结构、新工艺的钢管。4.3.3 厂房强制性条文引入水电站厂房设计规范SD335-89（试行）10 条， 水力发电厂机电 设计技术规范SDJ173-85 有 5 条，内容涉及厂房内部布置、厂房防淹设计、地下厂房设计， 防止污染和防爆等方面。