第九章 水工建筑物枢纽布置设计
教学目标：
1、 了解设计阶段的划分以及各阶段的主要任务
2、 了解枢纽布置的原则
3、 了解枢纽布置中各类建筑物的关系。
教学重点及难点：
如何满足各类建筑物的要求并协调好各类建筑物之间的关系。
§1水利枢纽设计阶段的划分
1.1设计所需要的基本资料：
自然地理；地质；水文；气象；社会经济；相关规程与规范。
1.2设计阶段的划分：
预可行性研究、可行性研究、招标设计、施工详图设计
（原先：可行性研究报告、初步设计、招标设计和施工图设计）
可行性研究报告阶段：论证拟建工程在技术上的可能性、经济上的合理性、以及开发次序上的迫切性。包括以下内容：初拟主要水文参数，查清主要地质问题，选定工程地址；估算淹没补偿和对环境的影响；初定工程等别、建筑物级别，主要建筑物的形式、轮廓尺寸和枢纽布置方案，装机容量和机型；估算主要工程量，初拟施工导流方案、主体工程的施工方法、施工总体布置和总进度；估算工程总投资，进行经济分析和评价，阐明工程效益。
初步设计阶段：包括确定拟建工程的等别和主要建筑物的级别；选定各种特征水位；选定坝型、输水线路、主要建筑物的形式、轮廓尺寸及枢纽布置；确定装机容量，选择机组型号和其他机电设备；确定施工导流方案及主体工程的施工方法、施工总体布置及总进度、对外交通和施工设施；提出建筑材料、劳动力和风、水、电的需要量；论证对环境的影响及环境保护；进行经济分析，阐明工程效益。
招标设计阶段：合同文件和工程文件。前者包括：投标须知和合同条款、合同格式和投标格式；后者包括技术规范和图纸。
施工祥图阶段：建筑物地基开挖图、地基处理图、建筑物结构图、钢筋混凝土结构的钢筋图、金属结构及机电设备的安装图等。
§2蓄水枢纽
2.1坝址与坝型选择
坝址、坝型选择和枢纽布置三者是互相联系的，不同的坝轴线可以选用不同的坝型和枢纽布置。如河谷狭窄，地质条件良好，宜于修建拱坝；河谷宽阔，地质条件较好，可以修建重力坝或支墩坝；河谷复盖层厚或地质条件较差且土料含量丰富，宜于修建土石坝。对同一条坝轴线，还可以考虑几种不同的坝型和枢纽布置方案。在选择坝址、坝型和枢纽布置中不仅要研究枢纽附近的自然条件，而且还要考虑枢纽的施工条件、运行条件、总和效益、投资指标及远景规划等，这是水利枢纽设计中贯穿在各个阶段的一个十分重要的问题。
-106- 科学技术创新2019.09水利水电工程中水闸的设计平伯瑜(齐齐哈尔市水利勘测设计研究院有限责任公司，黑龙江 齐齐哈尔161006)摘要:水利水电工程建设过程，要提高水闸的设计水平，通过有效的实践研究，本文结合具体工作实践，对水闸设计进行了 进一步分析，希望分析能够提高认识，从而确保水利水电工程建设能力不断提高。关键词:水利工程;水闸设计；分析中图分类号:TV66 文献标识码：A 文章编号:2096-4390( 2019 )09-0106-02水闸在水利工程建设中具有重要作用，为了提高水闸应用 效率，要提高设计认识，要加强设计管理,通过科学分析与有效 实践,确保水闸设计方案更加科学，进而不断提高水闸实际应 用价值，具体实践总结如下。1水利水电工程中水闸的设计分析1.1加强对当地地质环境，自然环境等资料收集由于水闸，大坝自身的特点,其荷载比较大，这就要求其必 须要有一个夯实的地基。因此,在开始工程设计之前，要对施工 地周围的地质条件进行全面的检测，信息数据包括水质报告, 河流情况，环境特征，往年灾害问题等等，在此基础之上探讨相 应的问题防治措施。1.2水闸选址的设计水利水电工程一般都建设在水资源充足的位置,除此之外, 我国大多数地区的地质条件，自然环境等条件都是不尽相同 的，而水闸自身对于建设区的承载能力具有很高的要求,这就需 要根据当地实际情况选取最为合适的位置。选址时对周围进行 勘测的过程中，主要可以从以下几个方面入手:承载力强的岩石 层,抗剪强度达标的土质地基。土质地基之上进行建设的水闸, 在原状土上是具有预处理的，可以采取预压处理或者是换土垫 层的方式。预压处理的目的是将土中所含水分排出来，促使土 层固结能够形成一个土层,促使水闸基础沉降量得到极大的减 少,土层承载力也就实现了很大的提升，预压工作需要的时间比 较长。因此，如果是施工期比较短的情况,换土垫层也具有同样 的效果，所需投入的时间也比较少。1.3水闸的结构设计水闸结构的具体形式是需要在建设区的详细信息基础之上 考虑的，其中包括地势情况，水闸要求,水文条件等。首先，对于 保闸室，翼墙等具有的抗滑功能需要在明确水闸负载(转下页)工标准。另外，要选择高效减水剂，混凝土集料最大颗粒要合理 控制，严格进行混凝土试验工作，在实验结果的指导下确定混 凝土配合比，从而达到控制温度，减少混凝土裂缝的目的。2.3.2在混凝土运输与搅拌的过程中要进一步强化,减少运 输时间过长混凝土水分过分蒸发，确保混凝土稳定性，减少温 度裂缝。2.3.3严格进行现场施工管控,针对工程施工的各个环节都 要进行把控。混凝土浇筑是混凝土施工的核心，分层浇筑、分块 浇筑是两种常见的混凝土浇筑方式，科学运用浇筑方式进行浇 筑,能够减少混凝土结构约束力，促进混凝土快速散热,从而有 效控制温度裂缝。2.3.4在混凝土内部放置冷却管，如果混凝土内部温度上 升，就可以通过冷却管对其进行降温，减少混凝土结构内外温 度差。另外,还可以通过布设温度监测点的方式降低混凝土内 部温度，在混凝土内部埋设监控点，可以对温度变化情况进行 动态化监控，结合监控情况随时制定温度控制，灵活选择处理 方法。2.3.5养护工作在混凝土浇筑之后，在完成混凝土浇筑之后就要进行混凝土养护，养护的作用 是保持混凝土表面诗人，防治温度变化岀现的裂缝。在养护中 可以使用塑料膜或者麻片将混凝土表面进行覆盖,覆盖混凝土 表面同样是为了保障混凝土表面湿度,防治混凝土裂缝。2.4沉降裂缝的控制措施混凝土沉降裂缝控制措施主要包括以下几种：2.4.1沉降裂缝与地基土有很大关系，如果是软土地基不处 理好，必然会出现沉降问题。因此，做好软土地基加固，提高地 基稳定性非常必要。在路基上进行沉降点布设,严格观测沉降 情况,做好回填工作，确保夯实度、加固效果。2.4.2为了有效控制沉降裂缝，在处理软土地基的时候，模板 刚度、强度必须要符合设计要求，有效选择施工措施保障地基 受力均匀。2.4.3混凝土浇筑的过程中，为了避免地基被水浸泡,施工人 员必须要做好排水处理,强化防水控制。2.4.4拆除模板也是一个不容忽视的环节，在拆除模板的时 候要控制好拆除时间，施工人员要严格按照顺序、按照标准拆 除模板。结束语在经济社会不断发展的进程中，道路桥梁工程规模不断扩 大，对道路桥梁的质量控制也显得更加重要。混凝土结构作为 路桥结构的重要组成部分，其稳定性、可靠性是道桥整体质量的 保障。基于此，控制好混凝土裂缝问题，减少因裂缝而产生的混 凝土质量问题。但是由于导致混凝土裂缝的原因有很多，控制 难度非常大，因此多年来裂缝控制一直是阻碍我国道路桥梁工 程建设发展。本文结合建筑工程混凝土裂缝问题以及相关的控 制对策进行了研究，希望可以为我国建筑工程的稳定、和谐发展 提供助力。参考文献[1] 吴海.道路桥梁施工技术及裂缝成因[J].交通世界,2018(16):96- 97.[2] 王健.公路桥梁施工中混凝土裂缝成因及控制措施[J].四川水 泥,2018(1):250.[3] 赵钟鹏.道路桥梁施工中的裂缝成因及预防措施[J].交通世界,
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慈溪市三八江水闸初步设计 2
一、毕业设计目的和作用
毕业设计是学生在大学期间最后一个全面性、总结性、实践性的教育环节，是学生运用所学的知识和技能，解决某一工程具体问题的一项尝试，是走向工作岗位前的一次实战演习，主要目的作用如下：
1、将学生在专业课程及基础课程内说学到的知识加以系统化、巩固和加深，扩大学生所学的基本理论知识和专业知识。
2、培养学生独立解决本专业技术问题和综合运用所学知识解决实际问题的能力和创新精神，鼓励大胆提出新的设计方案和技术措施。
3、培养学生掌握设计工作的流程和方法，在设计、计算、绘图、编写设计文件等方面的锻炼和提高。
4、培养学生形成正确的设计思想，树立严肃认真，实事求是和刻苦钻研的精神。
二、设计题目
慈溪市三八江水闸初步设计
三、设计内容
（一）围垦工程枢纽总体布置
（二）水闸设计（详见指导书）
1. 闸址选择（定性分析）
2. 枢纽布置
3. 闸室布置
4. 两岸连接建筑物设计
5. 消能防冲设计
6. 防渗排水设计
7. 闸室稳定计算
8. 地基处理设计
9. 水闸主要结构设计
10. 施工组织设计和概预算（本次不作要求）
四、设计成果与要求
（一）设计成果
（1） 毕业设计计算书说明书各一份
（2） 图纸：
i. 围垦工程枢纽布置图 3
ii. 闸室平面布置图
iii. 水闸上下游立视图
iv. 水闸纵向剖视图
v. 水闸闸底板配筋图及细部构造图
（二）设计要求
（1） 认真阅读设计任务书及指导书，根据设计任务书查找参考书及有关资料、设计规范，复习教材相关内容。
（2） 根据设计任务书要求，理清全部工作程序及基本共作思路，以便更好更快地搞好设计。
（3） 设计计算说明书便写有逻辑，思路清楚，计算公式清楚，架设条件及参数选取有说明，参考资料能及时注明。说明文字简练，语句通顺，计算必须附以示意简图。
（4） 毕业设计期间应严格遵守设计纪律，独立完成各阶段设计任务。
工业技术 ＳＣ ＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬ０ＧＹ 墨圆 深度探讨水闸设计要点及方法 陈健 （鄱阳县水利局水利电力勘测设计室 江西鄱阳 ３３３１ ００） 摘要：本文基于笔者多年从事水利设计的相关工作经验，以水闸设计为研究对象，研究探讨了水闸的选址，水闸的地基设计，水闸的消能 放冲等要点及设计方法，全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华，相信对同行有所裨益。 关键词：水闸 地基 消能防冲 中图分类号：ＴＶ６６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ ６７ ２－－３７９１（ｚｏ１ｏ）ｉ１（ｃ）一０１ ０７－０ ２ 水闸是一种既能挡水，又能泄水的水 工建筑物，它依靠可以升降的闸门来控制 水位，调节流量，在防洪、灌溉、排水、航运、 发电等水利工程中得到十分广泛的应用。 水闸一般可分为节制闸、进水闸、分水闸、 排水闸、冲砂闸，不同的水闸其功能不同， 在很多情况下，为满足水利工程的需要，多 种类型的水闸可以一起应用于同一水利枢 纽中。 水闸一般由闸室、防渗排水设施、消能 防冲设施及两岸连接建筑物四个部分组 成，闸室是水闸挡水和控制过闸水流的主 体部分，它包括底板、闸墩、闸门、胸墙和工 作桥。防渗排水设施是为了使闸基渗流处 于安全工况而设置的，防渗设施通常多在 水闸的高水位一侧，用透水性小的材料如 粘土、钢筋混凝土等筑成水平防渗铺盖，或 用板桩形成垂直防渗幕，借以增长闸基的 渗流途径，减小作用于闸底的渗透压力，消 除闸基产生渗透变形的可能性；在靠近闸 室低水位一侧，设置排水设备，使进入闸基 的渗水迅速排走，减小闸基的渗透压力，防 止渗水逸出处地基发生渗透变形。 水闸的地质条件、施工条件、受力条件及 其重要性等与其它建筑物相比有其特殊性。 首先平原地区的水闸一般建于河道、堤 防或江河入海口处，其所处位置决定了水闸 地基多为松散或软弱的冲积覆盖层，特别是 珠三角洲地区，因受到西江、北江、东江等河 流的冲积，水闸基本是建造在第四纪松散的 授盖层上，覆盖层多为松散的砂层或软弱的 粘性土层，松散的砂层孔隙比大、压缩性大、 透水性强及易液化，软弱的粘土层抗剪强度 较低、含水量较高、压缩性较大、地基承载力 较低且土层常常分布不均匀。其次是水闸前 后存在较大的水头差，闸室及地基长期承受 巨大的水平推力，闸室边墩又承受强大的侧 向土压力作用，导致闸基底应力分布比较复 杂，易产生不均匀沉降和渗透变形，同时闸 门又经常启闭，如水闸变形过大，将影响闸 门的启闭及闸门的止水。 针对上述情况，水闸的设计是非常复 杂的，它不仅有主观的因素，还有客观的因 素。堤防之险在于闸，水闸之险在于基．水 闸的地基处理是水闸设计中的重点和难 点。当天然地基不能满足承载力和沉降要 求时，在满足水闸抗滑稳定的前提下，设计 人员首先考虑采用轻型结构、增加水闸结 构刚度等结构措施。 １水闸的选址原则 在水闸建设过程中，水闸的选址是非 常关键的环节。分析已建水闸工程的失事， 其主要原因往往是闸址地质条件不好，或 虽然经过人工处理但仍未处理好，属于不 良人工地基，导致水闸失稳、渗透破坏或者 冲刷破坏。水闸选址的原则是水闸稳定安 全、能够较好地满足水闸的使用要求、水流 流态稳定、水闸便于管理、造价经济。针对 上述情况，在满足水闸使用要求和管理的 情况下，水闸在选址时应根据水闸的地质 条件和水文条件选择地质条件良好的天然 地基，最好是选用新鲜完整的岩石地基，或 者是承载能力大、抗剪强度高、压缩性低、 透水性小、抗渗稳定好的土质地基，如果在 规划选址的范围内实在找不到地质良好的 天然地基，只能对天然地基进行技术处理。 对地基进行技术处理的造价是较高的，一 般占总造价的２０％～４０％。经过技术处理 的水闸地基如在施工或管理等方面不规 范，容易导致地基破坏，最后致使水闸失 事，所以在水问选址的时候应综合考虑各 种情况，选择良好的天然地基。 ２水闸地基处理方法概述 水闸地基处理的方法很多，它们主要 用于以下三个方面：（１）增加地基的承载能 力，保证建筑物的稳定；（２）消除或减少地基 的有害沉降；（３）防止地基渗透变形。 建国以来，沿海平原地区因水闸天然 地基较差，在兴建大中型水闸时，各地区根 据当地的地质特点、经济能力及原材料来 源等因素采用了很多种水闸地基处理方 法。国外对于水闸地基处理的方法也很多， 使用较多的主要有以下几种：置换法、排水 固结法、灌入固化物法、振密或挤密法、加 筋法和桩基法等。置换法根据置换材料不 同可分为换土垫层法、挤淤置换法、强夯置 换法、振动水冲法、砂石桩法、石灰桩法等； 排水固结法主要有加载预压法、超载预压 法和真空预压法等；灌入固化物法主要有 深层搅拌法、旋喷桩法和水泥粉煤灰碎石 桩法（ＣＦＧ桩法）；振密或挤密法主要有强夯 法、挤密砂石桩法和夯实水泥土桩法；加筋 法主要有低强度混凝土桩复合地基法和钢 筋混凝士桩复合地基法；桩基法主要有木 桩法、预制管桩法、钻孔桩法。目前国内在 增加水闸地基承载能力和减少地基有害沉 降的处理方法方面最常用的是垫层法、砂 井预压法、灌浆法和桩基法，加载预压法、 超载预压法和真空预压法因所需工作面广 和预压时间长，目前使用较少，强夯置换 法、振动水冲法因实践经验比较少，现正处 在探索过程中。 ２．１木桩加固法 木桩加固法属于桩基法中的一种，此 方法是一种十分古老的地基加固方法。由 于木桩加固设计简单，施工方便，不受环境 限制，取材方便，直至２０世纪６０年代初，受 技术和经济条件限制，国内水利行业对较 深厚的软土闸基处理仍缺乏足够的手段和 办法，采用木桩加固地基几乎成为唯一的 选择。木桩的设置一般有两种方法，一是将 木桩桩头与闸底板浇注在一起，形成类似 桩顶铰接的深基础，另一种则在木桩桩顶 设碎石垫层，实际上属于复合地基的一种。 近年来广东省在水闸安全鉴定中发现，无 论采用哪种设桩方法，相当数量采用木桩 基础的水闸都出现了险情，破坏主要表现 在桩体腐朽导致水平和竖向承载力不足、 闸基桩土变形不协调等。 ２．２换土垫层法 换土垫层法属于置换法，也是一种古 老的、相当成熟的地基处理方法。该方法加 固原理比较清楚，施工简便，施工质量易于 保证，是浅层地基处理的首选。 为避免工程造价过高以及增加基坑支 护费用，一般换填深度小于３ｍ。如软弱土层 小于３ｍ，下卧层地基承载力较高时，将软弱 土层完全挖除换填后，一般均可满足水闸 对承载力和变形的要求。如果软弱土层比 较厚（层厚远大于３ｍ），仅能换上层软弱土 时，应尽量避免采用换土垫层法处理闸基， 因为换填后虽然可提高基底持力层的承载 力，但水闸地基的受力层深度相当大，下卧 软弱土层在荷载下的长期变形可能依然很 大。实践表明采用换土垫层法处理的地基 出现问题的相对比较少，故至今仍是水闸 淡层地基处理的主要方法之一。 ２．３预压法 预压法是通过预先加载，加速场地土 排水固结，以达到减少沉降和提高地基承 载力的目的。该方法特别适用于在持续荷 载作用下体积会发生很大压缩，强度会明 显增长的土，如淤泥质土、撇泥和冲填土等 饱和粘性土地基等，但此方法也有明显的 缺点，由于闸基地下水一般与河水连通，围 封、降水难度大，场地土往往需要比较长时 间的预压才能完成固结沉降，对施工工期 紧的工程，一般较少使用该方法。预压法加 固软粘土地基是一种比较成熟的方法，在 水闸施工期许可的前提下，采用真空一堆 载联合预压法也不失为一个很好的选择。 由于一般闸基砂层比较厚，透水性较强，与 外江水力联系紧密，水源补给充分，施工时 常沿闸基外侧设ｌ～２排壁式搅拌桩或定喷 科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ １
