《水工建築物》
課程實訓任務及指導書
（適用於水建a09級）
山東水利職業學院
水利工程系水工教研室
2023年6月
《水工建築物》課程實訓任務書
一、課程實訓的目的：
1.系統地鞏固和加深《水工建築物》課程學習的基本知識、基本理論，掌握本專業建築物設計的基本技能；
2.掌握有關實際工程設計的基本原則、內容、方法、步驟及設計時應注意的分析問題、解決問題的能力；
3.培養學生水利工程設計計算方法，提高計算能力；
4.培養學生專業繪圖及編寫設計檔案的基本技能。
二、工程基本資料；
㈠工程設計標準
山東某引黃灌區的進水閘。在引水口的黃河大堤之外為一低窪荒鹼地，為一良好的沉沙區。整個灌區地形為西北高東南低。
工程處黃河沿岸的地面高程一般在14m左右。該閘是灌區工程的主要水工建築物。其任務是保證在無壩引水的條件下，滿足灌區用水的要求。
該引水閘設計引水流量q=120m3/s，閘前設計水位（保證率75%）為▽12.7m，引水角（水閘中心線與黃河中泓線方向的夾角）為40°，引水渠段（水閘垂直水流方向的軸線距離河岸的距離）為150m。閘前的引水渠段渠底高程為▽10.
0m，底寬為60m，兩岸的邊坡為1:2。在高程為▽15m處設一平台，寬度為2.
0m。高程▽15m到▽19.5m的邊坡為1:
2.5。閘後灌區渠首底高程為▽10.
0m。㈡工程設計指標
a.建築物等級：1級；
b.設計荷載組合
基本組合：設計洪水位情況，上游水位為▽17.0m，下游設計水位為▽12.0m，風速為14m/s。
特殊組合：校核洪水位情況，上游水位為▽18.5m，下游水位為▽12.5m，風速為14m/s。
c.地基情況
閘底板位於砂壤土，其力學效能指標較好。其各項指標如下：
抗剪強度指標：φ水下=25°；φ水上=30°；
地基承載能力：p=165mpa；
滲徑係數（勃萊係數）：c=9.0；
密度：r幹=15kn/m3；r溼=18.5kn/m3；r浮=10kn/m3；r飽=20kn/m3；
土壤凝聚力：c水上=10kn/m2；c水下=5kn/m2；
d.地基允許不均勻係數：〔η〕=2.6~3.0；
e.抗滑穩定安全係數：〔k〕設計=1.30；〔k〕校核=1.10；
f.建築物與地基的摩擦係數：f=0.4~0.5；
g.建築材料：
該地區為沖積平原，砂、石需從外地運輸；
h.該水閘有交通要求，該區**烈度為7度，要求按照7度設防；
i.本地區有交通要求，交通橋寬度一般為4～5m；不考慮**要求。
三、設計要求
遵循安全、實用、經濟合理、施工管理方便、技術先進等原則，保證質量、保證進度完成所布置的設計任務。
四、設計任務及時間分配
㈠閘址選擇（包括熟悉原始資料、了解設計任務） （0.5天）
㈡水閘總體布置
1.主要建築物的形式選擇及尺寸擬定1.0天）
2.閘孔設計1.0天﹚
3.水閘消能防沖設計1.0天﹚
4.水閘訪滲設計1.0天﹚
㈢閘室穩定計算1.5天）
㈣兩岸連線建築物尺寸擬定1.0天﹚
㈤圖紙繪製及設計計算說明書編寫3.0天）
五、設計成果及成績評定
本次設計完成後應提交設計計算說明書乙份（25~35頁）、水閘平面布置圖及縱剖面圖各乙份。
學生設計成績，應根據學生設計完成後提交的成果質量、設計過程中的表現、設計時的出勤狀況等情況綜合評定，成績分為優秀、良好、及格、不及格四級，成績不合格者要求重做。參考標準如下：
1、優秀
① 實訓積極，遵守紀律，表現好。
② 能按時優異地完成設計任務，能熟練地運用所學理論和專業知識，在某些方面有獨特的見解。
③ 設計計算說明書完整、正確，概念清楚，文字通順，書寫工整，圖紙齊全，符合要求。
2、良好
① 實訓積極，遵守紀律，表現較好。
②能按時獨立完成設計任務，較熟練地運用所學理論和專業知識，具有一定的綜合分析和解決問題的能力。
③ 計算說明書完整、正確，概念清楚，文字通順，書寫工整，圖紙齊全，符合要求。
3、及格
①實訓態度及表現一般。
②勉強完成設計任務，基本達到要求，綜合分析和解決問題的能力較差。
③計算說明書基本完整、正確，書寫工整，圖紙齊全，基本符合要求。
4、不及格
①實訓不努力，表現較差。
②未能達到規定的基本要求，設計中有原則性錯誤。
③計算說明書不完整，概念不清，圖紙不齊全或不符合要求。
《水工建築物》課程實訓指導書
一、了解設計任務、閱讀分析基本資料
1.明確設計任務
2.分析設計基本資料
二、閘址選擇
閘址選擇合理與否將直接影響到水閘工程量的大小、施工條件、安全運用及水閘建成後的效益，是一大問題。影響閘址選擇的因素較多，各種水閘承擔的任務不同，對閘址的要求也不完全一致。對進水閘來說，主要應考慮一下方面：
1.閘址位置
應盡量使水流平順，減少泥沙入渠，所以應選在基本穩定的河道凹岸，並具有一定的引水角，以保證可靠地引取水流。
2.地基條件
地基條件是閘址選擇的乙個十分重要的因素。不論何種形式的水閘，以盡可能選擇在質地均勻、結構緊密、防滲能力較好、承載力較強的地基上。
3.施工條件
應可能靠近天然建築材料產區，交通方便，能源充足，且閘址附近有足夠的施工場地，施工導流布置方便。
4.居民點拆遷少。
5.建成後便於管理養護等。
三、水閘總體布置
1.閘孔設計
主要內容：閘孔淨寬、孔數、每孔寬度、總寬度，並校核過閘流量。
設計依據：水力學知識。設計步驟建議如下：
⑴列出設計條件〔設計流量、上下游水位等〕
⑵確定堰型及其底板高程
堰型根據底板的形式確定。如採用平底板則為寬頂堰。堰頂高程根據上下游渠底高程確定。為防止河流泥沙進入渠道，其頂高程一般應高於上游渠道0.5～1.5m。
⑶閘孔淨寬計算
應根據實際情況，選用堰流或孔流計算。應合理計算各係數。
⑷分孔及總寬度
根據水閘淨寬將其進行分孔。每孔閘門應盡量採用國家推薦的標準尺寸，且當孔數較少時採用奇數孔。擬定中墩厚度，計算閘室總寬度。
⑸過閘能力校核
根據水閘分孔後的實際情況，重新計算水力計算公式中的各係數，進行過閘流量的校核。
⑹確定閘頂高程
為防止水流漫溢影響水閘的正常執行，閘頂應保證在靜水位以上有足夠的超高。分設計和校核兩種情況，取大者。
四、消能防沖設計
水閘的消能防沖包括消力池、海漫和防沖槽等主要內容。
⑴消力池設計
列出設計條件。總體判別閘孔出流時下游水流的銜接方式，如為遠驅式，則需要修建消力池；如需修建，根據地基條件確定消力池的形式，在平原地區土基上一般採用下挖式消力池；消力池尺寸計算。
但應注意：此時為保證消能效果，一般要求淹沒係數為1.05～1.10；為簡便且安全，採用平面二維消力池；水閘底板與消力池護坦之間用不陡於1︰4的坡連線。
消力池護坦構造：厚度、材料、分縫、排水等。
⑵海漫設計
海漫的長度：應根據河床地質條件、水流擴散情況、上下游水位差等確定。
海漫的總體布置：海漫首端頂可與消力池尾坎齊平或低0.5m；始端設定10m唱的水平段；其後用不陡於1︰10的坡連線；海漫末端高程應滿足水流不衝要求。
海漫的構造：海漫的形式、分縫等。
⑶防沖槽設計
防沖槽形式確定、尺寸擬定、構造設計。注意：在土基上的防沖槽一般採用拋填式，材料用量應滿足水流要求。
五、防滲排水設計
滲透壓力的大小與地下輪廓的形狀和尺寸有很大的關係。合理地布置地下輪廓就能有效地防止土壤滲透變形，並減小滲透壓力。採取措施總的原則是高防低排，即在靠近高水位一側採取防滲措施，靠近低水位一側採取排水措施。
防滲設計的影響因素很多，如地基條件、閘上作用水頭、閘底板順水流方向的長度及材料的**。因此設計時應結合當地具體條件，配合水閘總體布置進行。
設計步驟如下：
⑴根據閘上作用水頭的大小和地基條件，用滲徑係數法初步擬定地下輪廓的防滲長度。
⑵地下輪廓布置
土基上水閘一般不採用板樁形式進行防滲。一般採用延長上游鋪蓋的長度來減小滲流，下游採用平鋪式排水。應根據底板順水流方向的長度確定鋪蓋的長度，應考慮下游排水起點，避免沖刷焦點的發生。
鋪蓋材料的選擇、厚度確定、與閘底板的連線等細部設計。
⑶閘基滲流計算
採用改進阻力係數法進行，計算作用在底板上的而滲透壓力，並進行地基的滲透穩定驗算。
水閘的防滲排水設計應結合閘室的穩定計算進行。
六、閘室各部件的形式選擇及尺寸擬定
本部分應結合前面的水力計算、防滲排水設計、消能防沖設計等內容，相互協調進行。
閘室各部件包括閘底板、閘墩、閘門、工作橋、交通橋、檢修橋、啟閉機房等。
⑴閘底板：閘底板形式按外形有平底板、低堰底板、折線底板等形式。平原地區的進水閘一般採用平底板。
按與閘墩的連線方式有整體式、分離式等，土基上的水閘一般採用整體式。底板厚度應滿足強度和穩定要求。
⑵閘墩：大中型水閘多採用混凝土、鋼筋混凝土材料。為滿足水流條件，上游墩頭採用半圓形，下游採用半圓形或流線型。閘墩厚度應滿足穩定、強度和閘門擱置要求。
⑶閘門：閘門分為平面閘門和弧形閘門。閘門淨寬宜採用國家推薦的尺寸。
⑷工作橋、交通橋：工作橋一般採用板橋或t形橋，交通橋多採用t形橋。啟閉機採用繩鼓式。
另外當上游擋水水位較高，而且下洩〔引取〕水流是在低水位時，為減少作用在閘門上的水壓力，可採用胸牆來輔助擋水，以減小閘門高度。
七、閘室穩定計算
水閘在使用或施工工程中，可能產生沿閘基的水平滑動、地基承載力不滿足要求、地基產生較大的沉降或不均勻沉降影響水閘的安全和正常執行。
⑴閘室穩定計算
作用在閘室上的荷載有自重、水壓力、浪壓力、泥沙壓力、滲透壓力、**荷載等，因按實際情況進行荷載組合，閘室的而穩定安全係數應滿足要求。
應根據實際情況合理選擇計算單元。
⑵地基基底壓力及基底壓力不均勻係數
按偏心受壓公式計算地基基底壓力，驗算地基的而穩定性；同時基底壓力不均勻係數應滿足要求。
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