【文章內(nèi)容簡介】 目的各項基本技術(shù)參數(shù)，編制項目的總概算。初步設(shè)計任務(wù)應(yīng)擇優(yōu)選擇有項目相應(yīng)資格的設(shè)計單位承擔，依照有關(guān)初步設(shè)計編制規(guī)定進行編制。初步設(shè)計文件報批前，一般須由項目法人委托有相應(yīng)資格的工程咨詢機構(gòu)或組織行業(yè)各方面(包括管理、設(shè)計、施工、咨詢等方面)的專家，對初步設(shè)計中的重大問題進行咨詢論證。設(shè)計單位根據(jù)咨詢論證意見，對初步設(shè)計文件進行補充、修改、優(yōu)化。初步設(shè)計由項目法人組織審查后，按國家現(xiàn)行規(guī)定權(quán)限向主管部門申報審批。設(shè)計單位必須嚴格保證設(shè)計質(zhì)量，承擔初步設(shè)計的合同責任。初步設(shè)計文件經(jīng)批準后，主要內(nèi)容不程概算，論證對環(huán)境的影響及環(huán)境保護，進行經(jīng)濟分析，闡明工程效益等。招標設(shè)計招標設(shè)計是在批準的可行性研究報告的基礎(chǔ)上，將確定的工程設(shè)計方案進一步具體化，詳細定出總體布置和各建筑物的輪廓尺寸、材料類型、工藝要求和技術(shù)要求等。其設(shè)計深度要求做到可以根據(jù)招標設(shè)計圖較準確地計算出各種建筑材料的規(guī)格、品種和數(shù)量，混凝土澆筑、土石方填筑和各類開挖、回填的工程量，各類機械、電氣和永久設(shè)備的安裝工程量等。根據(jù)招標設(shè)計圖所確定的各類工程量和技術(shù)要求以及施工進度計劃，可以進行施工規(guī)劃并編制出工程概算，作為編制標底的依據(jù)。編標單位則可以據(jù)此編制招標文件，包括合同的一般條款、特殊條款、技術(shù)規(guī)程和各項工程的工程量表，滿足以固定單位合同形式進行招標的需要。施工投標單位，也可據(jù)此進行投標報價和編制施工方案及技術(shù)保證措施。招標文件由合同文件和工程文件兩部分組成，前者包括：投標者須知、合同條款、合同格式和投標書格式等；后者包括技術(shù)規(guī)范和圖紙。要做到投標者能根據(jù)圖紙、技術(shù)規(guī)范和工程量表確定投標報價。施工詳圖設(shè)計施工詳圖設(shè)計是在招標設(shè)計的基礎(chǔ)上，對各建筑物(含機電、金屬結(jié)構(gòu))進行結(jié)構(gòu)和細部構(gòu)造設(shè)計；最后確定地基處理方案，進行處理措施設(shè)計；確定施工總體布置及施工方法，編制施工進度計劃和施工預(yù)算等；提出整個工程分項分部的施工、制造、安裝詳圖。施工詳圖是工程施工的依據(jù)，也是工程承包或工程結(jié)算的依據(jù)。在我國，施工圖由業(yè)主委托的設(shè)計單位提供給施工單位。按照國際慣例，施工圖應(yīng)由施工單位或業(yè)主委托的咨詢公司負責。上述各個設(shè)計階段的具體內(nèi)容和深度，可以根據(jù)工程的具體情況進行適當?shù)恼{(diào)整和增減。(二)設(shè)計基本資料在制訂流域規(guī)劃和編制設(shè)計文件之前，需要進行必要的勘測、試驗和社會經(jīng)濟調(diào)查。由于設(shè)計階段的不同，所需資料的廣度和深度也各異，一般需要掌握的基本資料有：(1)自然地理。包括：工程所處的地理位置、行政區(qū)域、地形、地貌、土壤植被、主要山脈、河川水系、水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀及存在的問題等。(2)地質(zhì)。包括：區(qū)域地質(zhì)、庫區(qū)和樞紐工程區(qū)的工程地質(zhì)條件，如：地層、巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地震烈度、不良地質(zhì)現(xiàn)象，水文地質(zhì)情況，巖石(土)的物理力學(xué)性質(zhì)，天然建筑材料的品種、分布、儲量、開采條件，工程地質(zhì)評價與結(jié)論。(3)水文。包括：水文站網(wǎng)布設(shè)、資料年限、徑流、洪水、泥沙、冰情以及人類活動對水文的影響等。(4)氣象。包括：降水、蒸發(fā)、氣溫、風(fēng)向、風(fēng)速、冰霜、冰凍深度等氣象要素的特點，站網(wǎng)布設(shè)和資料年限。(5)社會經(jīng)濟。需要對社會經(jīng)濟現(xiàn)狀及中長期發(fā)展規(guī)劃進行全面了解，包括：人口、土地、種植面積、品種，工業(yè)產(chǎn)品、產(chǎn)量，工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值，主要資源情況，文物古跡，動力、交通、投資環(huán)境等。(6)用于作為設(shè)計依據(jù)的各種規(guī)程規(guī)范。二、設(shè)計依據(jù)和設(shè)計標準(一) 設(shè)計依據(jù)我國規(guī)定，大中型水利工程建設(shè)項目必須納入國家經(jīng)濟計劃，遵守先勘測，后設(shè)計，再施工的必要程序。工程設(shè)計需要有以下資料或設(shè)計依據(jù)：(1)工程建設(shè)單位的設(shè)計委托書及工程勘察設(shè)計合同，說明工程設(shè)計的范圍、標準和要求。(2)經(jīng)國家或行業(yè)主管部門批準的設(shè)計任務(wù)書。(3)規(guī)劃部門、國土部門劃準的建設(shè)用地紅線圖。(4)地質(zhì)部門提供的地質(zhì)勘察資料，對工程建設(shè)地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、巖土介質(zhì)的物理力學(xué)特性等加以描述與說明。(5)其它自然條件資料，如工程所在地的水文、氣象和地理條件等。(6)工程建設(shè)單位提供的有關(guān)使用要求和生產(chǎn)工藝等資料。(7)國家或行業(yè)的有關(guān)設(shè)計規(guī)范和標準。(二) 設(shè)計標準為使工程的安全可靠性與其造價的經(jīng)濟合理性有機地統(tǒng)一起來，水利樞紐及其組成建筑物要分等分級，即按工程的規(guī)模、效益及其在國民經(jīng)濟中的重要性，將水利樞紐分等，而后將樞紐中的建筑物按其作用和重要性進行分級。設(shè)計水工建筑物均需根據(jù)規(guī)范規(guī)定，按建筑物的重要性、級別、結(jié)構(gòu)類型、運用條件等，采用一定的洪水標準，保證遇到設(shè)計標準以內(nèi)的洪水時建筑物的安全。我國常用的設(shè)計標準見附錄。對于綜合利用的工程，如按規(guī)范規(guī)定的指標分屬幾個不同等別時，整個樞紐的等別應(yīng)以其中的最高等別為準。確定水工建筑物級別時，如該建筑物同時具有幾種用途，應(yīng)按最高級別考慮，僅有一種用途時，則按該項用途所屬級別考慮。對于ⅡV等工程，在下述情況下經(jīng)過論證可考慮提高其主要建筑物級別：一是水庫大壩高度較高時提高一級；二是建筑物的工程地質(zhì)條件特別復(fù)雜，或采用缺少實踐經(jīng)驗的新壩型、新結(jié)構(gòu)時提高一級；三是綜合利用工程如果按庫容和不同用途的分等指標有兩項接近同一等別的上限時，其共用的主要建筑物提高一級；對于臨時性水工建筑物，如其失事將對下游城鎮(zhèn)、工礦區(qū)或其它國民經(jīng)濟部門造成嚴重災(zāi)害或嚴重影響工程施工時，視其重要性或影響程度，應(yīng)提高一級或兩級。對于低水頭工程或失事?lián)p失不大的工程，其水工建筑物級別經(jīng)論證可適當降低。第二節(jié) 畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)一、混凝土重力壩樞紐設(shè)計指導(dǎo)(一) 了解規(guī)劃、分析原始資料首先要求了解工程規(guī)劃的概況、意圖、規(guī)劃特點和主要數(shù)據(jù)，以及設(shè)計任務(wù)和要求，熟悉并分析樞紐地區(qū)的地形、地質(zhì)、水文、氣象、建筑材料等一般情況。通過對工程概況的了解以及基本資料的分析，使同學(xué)們掌握工程要點，自然條件特征，搞清楚其與工程設(shè)計和施工的關(guān)系，為以后各階段的設(shè)計工作打下基礎(chǔ)。(二) 壩線和壩型選擇以及樞紐布置方案比較壩軸線的選擇根據(jù)壩址的地質(zhì)、地形條件，通過定性分析，確定壩軸線位置。(1) 壩段比較(2) 壩線選擇 壩段地形、地質(zhì)等條件比較壩 段類 別第一壩段第二壩段第三壩段地形條件河谷較窄，適于修建混凝土壩；溢流堰底孔等泄水建筑物可放在主河床。右岸還可采用引水式電站?？稍黾?m發(fā)電水頭。原副壩工程單一，不宜修建當?shù)夭牧蠅魏庸炔粚ΨQ，左岸坡緩，壩軸線較長，適于修建混凝土壩或當?shù)貕巍Ｊw麥嶺處天然的單薄分水嶺，是修建溢洪道或泄水洞的有利地形。無副壩，工程單一河谷軟窄，適于修建混凝土壩或當?shù)夭牧蠅?。右岸山低脊薄。須修建二座副壩。工程項目多地質(zhì)條件壩基石英砂巖與板巖互層，右岸北西向大裂隙較多，壩基軟弱，夾層為泥膜。切層的夾泥厚3~5cm且傾向下游。左岸F122斷層通過壩肩混凝土壩基為灰?guī)r，巖性不均一，左壩頭可能漏水。蕎麥嶺較單薄。Ⅲ69壩基有斷層F104通過，破碎帶寬度大，處理工程量大。當?shù)夭牧蠅螇位鶠槟噘|(zhì)灰?guī)r和頁巖。滲透性小，為天然防滲帷幕，溢洪道位于蕎麥嶺壩基為石英砂巖，巖性堅硬。壩基有斷層F8通過。右壩頭有F7通過。壩址上游不遠處有幾個斷層交匯處。下游離建昌營~秦皇島大斷裂較近。對壩體穩(wěn)定不利地 震6 度6 度7 度交通條件壩址位于峽谷之中，對外交通不便。施工場地狹窄同 左壩址位于低山丘陵地帶。交通方便，施工場地寬闊其 它距離建筑材料場地最遠距離建筑材料場地較遠距離建筑材料場地最近壩型選擇樞紐布置方案比較樞紐布置應(yīng)遵循的一般原則是：(1)壩址、壩及其它主要建筑物的型式選擇和樞紐布置要做到施工方便，工期短，造價低；(2)樞紐布置應(yīng)當滿足各個建筑物在布置上的要求，保證其在任何工作條件下都能正常工作；(3)在滿足建筑物強度和穩(wěn)定的條件下，降低樞紐總造價和年運轉(zhuǎn)費用；(4)樞紐中各建筑物布置緊湊，盡量將同一工種的建筑物布置在一起，以減少聯(lián)結(jié)建筑；(5)盡可能使樞紐中的部分建筑物早期投產(chǎn)，提前發(fā)揮效益(如提前蓄水，早期發(fā)電或灌溉)；(6)樞紐的外觀應(yīng)與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，在可能條件下注意美觀。 (三) 壩體剖面設(shè)計內(nèi)容與要求壩體剖面設(shè)計要求作溢流壩最大壩高壩段的設(shè)計和擋水壩最大壩高壩段的設(shè)計。設(shè)計的內(nèi)容和步驟如下：壩體剖面的擬定(1)擋水壩的剖面擬定主要參考已建工程，并考慮與溢流壩的連接等具體情況，初步擬定壩頂高程、壩頂寬度、上、下游邊坡及起坡點和壩段長度等。壩頂高程主要根據(jù)重力壩的級別、庫區(qū)風(fēng)浪作用，按照混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范確定。一般來說，壩頂應(yīng)高于校核洪水位，壩頂上游防浪墻的高程應(yīng)高于波浪頂高程，其與正常蓄水位或校核洪水位的高差，由公式(3—1)計算，應(yīng)選擇兩者之中防浪墻頂高程的較大值作為選定高程?！鱤=h1%+hz+he (3—1)式中△h——防浪墻頂與正常蓄水位或校核洪水位的高差(m)；h1%——波高(m)；hz——波浪中心線與正常蓄水位或校核洪水位的高差(m)；he——安全超高，按表36計算。 表36 安 全 超 高he (單位：m)相應(yīng)水位壩的安全級別ⅠⅡⅢ正常蓄水位校核洪水位。壩頂寬度可根據(jù)設(shè)備布置、運行、檢修、施工和交通等需要確定，并應(yīng)滿足抗震、特大洪水時搶護等要求。無特殊要求時可取壩高的1/81/10，但不應(yīng)小于3m。壩體上游面建議取為鉛直面，下游壩坡根據(jù)穩(wěn)定和應(yīng)力要求確定，一般在1:—1:。壩段長度一般為15—20m，主要取決于地基特性、河谷地形、溫度變化、結(jié)構(gòu)布置和澆筑能力等。(2)溢流壩剖面擬定分三個方面的內(nèi)容①斷面尺寸的擬定：參考已建工程，初步確定堰面曲線、上下游邊坡、消能方式及尺寸等。泄流型式 建議泄流型式采用開敞溢流式。單寬流量的確定 一般首先考慮下游河床的地質(zhì)條件，在沖坑不危及壩體安全的前提下選擇合理的單寬流量。根據(jù)國內(nèi)外工程實踐和本工程情況，建議在設(shè)計水位時單寬流量取80—90m3/(sm)，校核水位時取105115m3/(sm)。堰頂高程 首先由調(diào)洪演算求出設(shè)計洪水位和相應(yīng)的下泄流量Q。當采用開敞式溢流時，堰頂水頭Ho。由開敞式溢流堰泄流能力計算公式反算得出，由設(shè)計洪水位減去堰上水頭Ho即為堰頂高程。溢流面體形設(shè)計 溢流面曲線由頂部曲線段、中間直線段和下部反弧段三部分組成。溢流面頂部曲線可采用WES曲線，曲線的具體形式見圖32。其中的仃d為定形設(shè)計水頭，按堰頂最大作用水頭Hmax的75％95％計算。反弧段的反弧半徑R=(4~10)h，h為校核洪水位閘門全開時反弧段最低點處的水深。及太小水流轉(zhuǎn)向不夠平順，過大又使向下游延伸太長，增加工程量。當反弧段流速υ16m/s時可取下限，流速越大，反弧半徑也宜選用較大值。中間的直線段與壩頂曲線和下部反弧段相切，坡度一般與非溢流壩段的下游坡度相同。圖32 堰 頂 堰 面 曲 線消能方式 根據(jù)本工程的實際情況，建議采用挑流消能方式。②水力計算：內(nèi)容包括堰頂過流量計算，下游消能水力計算等。堰頂過流量計算采用教材《水工建筑物》第2章的公式(267)。挑流消能設(shè)計的內(nèi)容包括：選擇合適的鼻坎型式、反弧半徑、鼻坎高程和挑射角度，計算各種泄量時的挑射距離和最大沖坑的深度，具體計算公式見教材《水工建筑物》第2章第6節(jié)。③閘墩尺寸的擬定：包括閘門型式選擇、工作橋、交通橋的布置及閘墩的型式、長度、高度、厚度等尺寸的擬定。該部分內(nèi)容詳見教材《水工建筑物》第2章第6節(jié)。壩體強度驗算和壩基接觸面及深層抗滑穩(wěn)定驗算(1) 計算原理和控制標準。重力壩的應(yīng)力計算建議采用材料力學(xué)法，抗滑穩(wěn)定驗算按概率極限狀態(tài)設(shè)計原則進行。對穩(wěn)定和應(yīng)力的計算原理，要求論述計算方法的基本假設(shè)和所采用的公式，說明公式來源和符號意義，控制標準則根據(jù)工程等級和計算情況按有關(guān)規(guī)范規(guī)定指標選取。(2) 荷載及荷載組合。荷載組合分基本組合和偶然組合，可考慮以下幾種組合情況：基本組合1：興利水位的水壓力，揚壓力，浪壓力，自重，泥沙壓力等?；窘M合2：設(shè)計洪水位時靜(動)水壓力，揚壓力(浪壓力)，自重，泥沙壓力等。特殊組合1：校核洪水位時(靜)動水壓力，揚壓力(浪壓力)，自重，泥沙壓力等。特殊組合2：興利水位的水壓力，揚壓力，浪壓力，自重，泥沙壓力和地震慣性力，地震動水壓力和動土壓力等。注：對于基本組合2和特殊組合1，溢流壩設(shè)計無浪壓力，擋水壩設(shè)計無動水壓力。要求畫出計算簡圖，且盡量采用表格計算。(3) 穩(wěn)定應(yīng)力計算。分別計算壩基截面各組合情況的荷載，校核抗滑穩(wěn)定是否滿足要求，并計算幾個代表性水平截面的邊緣應(yīng)力，校核其安全性。要求畫出計算簡圖，且盡量采用表格計算?？够€(wěn)定的具體計算公式見教材《水工建筑物》第2章第3節(jié)，強度校核的具體計算公式見教材《水工建筑物》第2章第4節(jié)。(4)成果分析。根據(jù)以上計算結(jié)果，分析所擬斷面是否安全可靠、經(jīng)濟合理，是否需要修改斷面，最后確定壩體剖面。(四) 壩體細部構(gòu)造設(shè)計與基礎(chǔ)處理標號分區(qū)設(shè)計根據(jù)應(yīng)力計算成果和大壩各部位的工作條件的不同對其強度、抗凍、抗?jié)B、抗熱、抗沖磨等各種性能提出不同要求，并確定各區(qū)的位置、尺寸，這里應(yīng)注意：(1)。(2)有抗沖磨要求的混凝土不低于C15。(3)分區(qū)的最小厚度不小于23m。廊道、分縫止水、排水設(shè)計廊道應(yīng)根據(jù)不同要求，設(shè)計斷面尺寸、剖面位置以及平面、立面布置和相互連接等。分縫止水包括橫縫的設(shè)計和溢流壩