本帖最后由 一介书生第二 于 2014-6-28 19:57 编辑 不同的水工建筑物的设计从大方向说其设计步骤大同小异,无非就是收集资料、明确任务、确定规模、总体布置、计算绘图、总结提高。从小的方面说,由于不同类型的工程有其自己的特殊性,其设计重点与难点就有所不同。今天先说一说水闸设计方面的问题(仅限于水工结构,不谈及水力计算等问题)。
不同的水工建筑物的设计从大方向说其设计步骤大同小异,无非就是收集资料、明确任务、确定规模、总体布置、计算绘图、总结提高。从小的方面说,由于不同类型的工程有其自己的特殊性,其设计重点与难点就有所不同。今天先说一说水闸设计方面的问题(仅限于水工结构,不谈及水力计算等问题)。
水闸是一种利用闸门挡水和泄水的低水头水工建筑物,一般由上游连接段、闸室、下游连接段三部分组成。水闸结构形式的选用应根据场地条件来定,穿堤水闸一般采用涵洞式,河道水闸多采用开敞式,当需要通过闸门调节水流或流量时则采用胸墙式(又有带胸墙涵洞式与带胸墙开敞式之分)。水闸设计主要按《水闸设计规范(SL265-2001)》执行,上部结构的设计可参考有关建筑结构规范。
水闸设计的难点在闸室的布置上,闸室长度的确定与许多因素有关,如闸门的开启形式(升卧式闸门要求较长的闸室长度),是否考虑交通要求(布置交通桥时会增加闸室长度),整体稳定性需要,地下防渗轮廓布置,等等。水闸设计的重点在防渗与防冲布置上,尤其是侧向防渗与下游防冲。水闸整体失事大多由防渗破坏和失效引起,局部破坏则多由防冲问题所引起。地下防渗轮廓布置时可以与闸室基础设计共同考虑,如沿海排涝闸采用沉井基础的较多,而沉井的防渗效果(增加垂直渗径长度)是非常好的,真可谓一举两得。
水闸的抗滑稳定一般都能满足要求(尤其是采用桩基或沉井基础时)。为增加抗滑稳定性,可通过调整闸门的位置以增加水重,或通过改善下游排水条件以减小底板承受的渗透压力,或采用上游阻滑板(可兼作上游防渗铺盖)以增加抗滑力。在满足抗滑稳定要求的前提下,可通过调整闸室各组成部分的相对位置
以改善底板的受力条件,尽量使地基反力分布均匀,避免产生过大的不均匀沉降。
水闸的抗渗稳定设计中,应特别重视止水问题与下游排水问题。水平止水与垂直止水必须可靠连接,不留死角;因为防渗破坏多数是由止水失效所引起。下游排水的作用是为了减小渗透压力,故紧接防渗段末端就需要设置良好的排水系统。排水系统应设置可靠的反滤层,防止带走地基土颗粒。排水系统不仅仅在护坦部位设置,在两侧翼墙及护坡处亦应设置(用于减小侧向渗透压力)。
水闸的防冲设计主要在下游,一般由砌石海漫(重要工程也有用砼的)和抛石防冲槽等组成。当河床地质条件不太好时,在上游也需要设置防冲护坦或抛石防冲槽。理论冲刷深度计算结果有时候并不十分可靠,设置防冲槽的好处是便于今后的运行管理,当发生冲刷时可以加抛块石,比较方便。
软土地基上的水闸设计需要采用一些特别的处理措施,用得较多的是地基处理,包括换土、挤密、桩基处理等,需要根据现场地质条件有针对性地采用。可能液化地基上的水闸采用砼钻孔灌注桩基础是比较可行的方案。岩石地基上的水闸需要密切关注底板的温度应力问题,其分块不宜过大。
最后说一说外观设计问题。水利工程给人的感觉似乎比较笨重,砼结构表面多数不考虑粉刷,都是清水货。实际上我们是可以设计得漂亮一些的,特别是水闸的启闭房(还有泵站的泵房),完全可以借鉴建筑设计方面的经验;目前国内有不少水利工程设计得是非常漂亮的。但这就需要我们或多或少地了解并掌握建筑设计方面的相关知识,这也是一种新的挑战。
水闸的抗渗稳定设计中,应特别重视止水问题与下游排水问题。水平止水与垂直止水必须可靠连接,不留死角;因为防渗破坏多数是由止水失效所引起。下游排水的作用是为了减小渗透压力,故紧接防渗段末端就需要设置良好的排水系统。排水系统应设置可靠的反滤层,防止带走地基土颗粒。排水系统不仅仅在护坦部位设置,在两侧翼墙及护坡处亦应设置(用于减小侧向渗透压力)。
水闸的防冲设计主要在下游,一般由砌石海漫(重要工程也有用砼的)和抛石防冲槽等组成。当河床地质条件不太好时,在上游也需要设置防冲护坦或抛石防冲槽。理论冲刷深度计算结果有时候并不十分可靠,设置防冲槽的好处是便于今后的运行管理,当发生冲刷时可以加抛块石,比较方便。
软土地基上的水闸设计需要采用一些特别的处理措施,用得较多的是地基处理,包括换土、挤密、桩基处理等,需要根据现场地质条件有针对性地采用。可能液化地基上的水闸采用砼钻孔灌注桩基础是比较可行的方案。岩石地基上的水闸需要密切关注底板的温度应力问题,其分块不宜过大。
最后说一说外观设计问题。水利工程给人的感觉似乎比较笨重,砼结构表面多数不考虑粉刷,都是清水货。实际上我们是可以设计得漂亮一些的,特别是水闸的启闭房(还有泵站的泵房),完全可以借鉴建筑设计方面的经验;目前国内有不少水利工程设计得是非常漂亮的。但这就需要我们或多或少地了解并掌握建筑设计方面的相关知识,这也是一种新的挑战。