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第三篇 水利工程设计(上）天津水利勘测设计院副总工程师 陆宗磐1 设计文件编写规定 1.1 概述 大、中型水利水电工程的设计阶段有项目建议书、可行性研究、初步设计、招标设计和施工详图设计等五个阶段。 1.2 可行性研究报告编制 “对工程项目的建设条件进行调查和必要的勘测，在可靠资料的基础上，进行方案比较，从技术、经济、社会、环境等方面进行全面分析论证，提出可行性评价”条文中对上述各项工作的要求深度有选定（确定、查明）、基本选定和初步选定三个档次。选定一般不允许变更，基本选定是允许有小幅度的或局部的变更，初选是有充分论据时可以变动。 1.3 初步设计报告编制强制性条文引入DL502193第1.0.3条规定，编制初步设计报告时，应认真进行调查、勘察、试验、研究，取得可靠的基本资料。设计应安全可靠，技术先进，密切结合实际，节约投资，注重经济效益。初步设计报告应有分析，有论证，有必要的比较方案，并有明确的结论和意见，文字简明扼要，图纸完整清晰。各类工程应根据其任务特点对本规程所规定的内容有所取舍，深度有所侧重。2 等级划分强制性条文的“等级划分”中纳入4本规范共18条：水利水电工程等级划分及洪水标准SL252-2000（10条）；堤防工程设计规范GB50286-98（2条）；城市防洪工程设计规范CJJ50-92（1条）；灌溉与排水工程设计规范GB50288-99（5条）。 2.1 水利水电工程 2.1.1 技术背景 我国分别于1959年、1964年先后制定了水利水电工程设计基本技术规范、水利水电工程等级划分及设计标准(草案)；1978年、1987年、1994年我国颁布了水利水电工程等级划分及设计标准(山区、丘陵区部分)(试行)SDJ12-78、水利水电工程等级划分及设计标准(平原、滨海部分)(试行)SDJ217-87、防洪标准GB50201-94；2000年，我国颁布了水利水电工程等级划分及洪水标准SL252-2000。 2.1.2 工程等别划分标准 1 水利水电工程 1)库容分等指标 2)防洪枢纽工程分等指标 3)治涝、灌溉枢纽工程分等指标 4)供水工程分等指标 5)水电站分等指标 2 综合利用水利水电工程 综合利用水利水电枢纽工程往往同时兼有防洪、发电、灌溉、供水等多种功能或任务，当按各项任务的分等指标确定的工程等别不同时，应以其中的最高等别为准。 3 拦河闸工程 4 灌溉、排水泵站 2.1.3 水工建筑物级别划分标准 1 永久性水工建筑物级别 在采用本标准确定水利水电工程建筑物级别时，必须注意下列几点： 1)失事后损失巨大或影响十分严重的水利水电工程的25级主要永久性水工建筑物，经过论证并报主管部门批准可提高一级；失事后造成损失不大的水利水电工程的14级主要永久性水工建筑物，经过论证，并报主管部门批准，可降低一级。（第2.2.2条） 2)水利水电工程失事对下游的影响，与失事时的水头有很大关系。 3)当地质条件特别复杂时，基础设计参数不易准确确定； 4)采用新型结构时，由于实践经验少，较难评价结构的可靠性。 2 临时性水工建筑物级别临时性水工建筑物是指水利水电工程施工时所使用的建筑物，如导流建筑物、施工围堰、临时泵站等。SL252-2000第2.2.6条规定，水利水电工程施工期使用的临时性挡水和泄水建筑物级别，应根据保护对象的重要性、失事后果、使用年限和临时性建筑物的规模进行划分。 2.1.4 适用范围及注意事项 1 适用范围 对已建水利水电工程进行加固或改建、扩建，执行条文有困难时，经充分论证并报主管部门批准，可适当调整。 2.2 堤防工程 2.2.1 技术背景 我国于1998年1998年制定并颁布了堤防工程设计规范GB50286-98。 2.2.2 堤防工程级别划分 2.2.3 适用范围及注意事项 2.3 城市防洪工程 2.3.1 技术背景我国于1992年制定颁布了城市防洪工程设计规范CJJ50-92。 2.3.2 城市防洪建筑物级别划分 2.3.3 适用范围及注意事项 2.4 灌溉与排水工程 2.4.1 技术背景 我国于1999年颁布了灌溉与排水工程设计规范GB50288-99。 2.4.2 灌溉与排水工程等别划分 1 引水枢纽工程的等别 2 灌、排渠沟工程分级 3 灌、排建筑物分级 2.4.3 适用范围及注意事项 3.1 防洪 我国已颁布了防洪标准GB50201-94、水利水电工程等级划分及洪水标准SL252-2000、城市防洪工程设计规范CJJ50-92等标准。 3.1.1 城市防洪标准 3.1.2 乡村防护区防洪标准 3.1.3 蓄、滞洪区防洪标准 蓄、滞洪区的防洪标准，应根据批准的江河流域规划的要求分析确定。 1 山区、丘陵区永久性水工建筑物 1）土石坝、混凝土坝及浆砌石坝 SL252-2000考虑到行业标准服从国家标准，按GB50201-94的规定制定洪水标准。 2）消能防冲设计洪水 消能防冲设计的洪水标准，可低于泄水建筑物的洪水标准 3）水电站厂房 河床式水电站厂房，挡水部分的洪水标准，应与工程的主要挡水建筑物的洪水标准相一致。 2 平原区、滨海区永久性水工建筑物 1）水库工程、拦河水闸 2）潮水标准 3 其它水利工程的永久性水工建筑物 1）灌溉和治涝工程 2）供水工程 3）泵站 4 临时性水工建筑物 3.1.4 桥梁的设计洪水标准 桥梁的设计洪水标准，不应低于所在河道或排洪沟渠的防洪标准。 v3.2 安全超高 3.2.1 永久性挡水建筑物的安全加高 1 混凝土或浆砌石坝 2 土石坝 3.2.2 泄、输水建筑物的安全加高 1 溢洪道 2 水闸 3.2.3 堤防工程 3.2.4 城市防洪工程 3.2.5 泵站泵房挡水部位 顶部的安全加高 3.3 稳定与强度 3.3.1 稳定安全系数 1 堤防工程 需要说明的几个问题： 1）土堤的抗滑稳定计算分为正常运用情况和非常运用情况。 2）土堤抗滑稳定计算采用瑞典园弧滑动法。 3）土的抗剪强度指标可用三轴剪力仪测定，也可用直剪仪测定。 2 碾压式土石坝 3 浆砌石坝 需说明的是： 对于1级浆砌石坝及坝高超过110m的浆石坝，应进行专门的研究。 4 砼重力坝 需要强调： SDJ21-78中对抗剪断和抗剪两种计算公式允许任选一种公式计算。补充规定中明确，对中型工程中的中、低坝，若无条件进行试验时，允许采用抗剪强度公式计算，采用参数和安全系数仍按SDJ21-78中有关条文执行。除此之外，应采用抗剪断公式。 5 砼拱坝 需说明的问题： 对于坝高超过200m或有特殊问题的工程，应进行专门研究。 上表中所列的安全系数应与抗剪强度参数的取值和工程经验相协调。 7 水闸 1）各种计算情况下要求闸室平均基底压力不大于地基容许承载力。 2）各种计算情况下要求闸室基底压力最大值与最小值之比不大于表3.3.1-9规定的容许值。 3）各种计算情况下要求闸室抗滑稳定安全条数不小于表3.3.1-10规定的容许值。无论是采用那一种计算公式计算，该规定只规定一种抗滑稳定安全系数容许值。 8 水电站厂房 厂房整体抗滑稳定安全系数（不分建筑物等级）应满足表3.3.1-11的规定。 9 泵站 3.3.2 强度问题 1 混凝土抗渗等级 2 素砼构件 SL/T191-96第5.1.1条规定,素混凝土不得用于轴心受拉或偏心受拉构件。 3 予制构件吊环 SL/191-96第9.6.5条规定，予制构件的吊环必须采用级钢筋制作，严禁采用冷加工钢筋。 4 构件的强度安全系数 5 构件的抗裂安全系数全系数 3.4 防火 3.4.1 设计基本要求 防火设计基本要求： 1建筑物的耐火等级。 2.房屋的平面布置、建筑设备布置、防火和防烟分区及建筑构造应满足消防要求，重点控制建筑物之间的防火间距、建筑内部的防火分区面积和分隔构件、有较大火灾危险和爆炸危险的设备布置位置。 3建筑物通道和出口应满足安全疏散要求。重点控制疏散通道的距离和防护措施、出口数量和宽度。 4特殊场合的采暖通风防火和消及措施。 5编制施工组织设计的应考虑消防安全。 3.4.2 建筑物的耐火等级和 建筑材料的燃烧性能 1 耐火等级 强制性条文规定的水力发电厂和水泵站的耐火等级是引用的SDJ27890第2.0.2条，火灾危险性分类和耐火等级是依据建筑设计防火规范（GBJ1687）规定的原则划分的。 2 构件的燃烧性能和耐火极限提高构件耐火极限和改变燃烧性能的方法 （1）适当增加构件的截面尺寸。 （2）对钢筋混凝土构件增加保护层厚度。 （3）在构件表面做耐火保护层。 （4）钢梁、钢屋架下做耐火吊顶。 （5）在构件表面涂覆防火涂料，可有效提高其耐火极限，涂于可燃性材料表面，可改变其燃烧性能。 （6）进行合理的耐火构造设计。 3.4.3 防火间距 1 防火间距要求 水电站和泵站防火防计的重要部位是主变压器场和油库，为此强制性条文引用的SDJ27890第3.2.2条规定:屋外主变压器场与厂区建筑物、绝缘油和透平油露天油罐的防火间距不小于表3.2.2的规定，第3.2.3条要求绝缘油及透平油露天油罐与厂区建筑物、开关站厂外铁路、公路干线的防火间距不小于表3.2.3的规定，第3.2.4条要求厂房外地面油罐室的耐火等级不应低于三级，与厂区建筑物、屋外主变压器场及厂外铁路、公路干线的防火间距不小于表3.2.4的规定。 3 确定防火间距的基本原则 最小防火间距应能通过一辆消防车，即3.5m左右，一般宜为4m。两座相邻建筑较高的一面外墙为防火墙时，其防火间距不限。 3.4.4 安全疏散 1 安全出口及数目 强制性条文的SDJ27890第4.2.1条和第4.2.2条分别规定：地面厂房的发电机层或水站的电机层，安全出口不应少于两个，且必须有一个直通屋外地面;地下厂房的发电机屋应设两个通至屋外地面的安全出口，并至少应有一个直通屋外地面。 3.4.5消防设施 消防设施有火灾自动报警系统、建筑防排烟系统、固定的自动灭火系统（如自动喷水灭火系统、泡沫灭火系统、气体灭火系统等）和其他灭火设施（手提灭火器、室内外消火栓等）。主、副厂房、泵房均应设置消火栓。在强制性条文中主要纳入了SDJ27890的第8.0.5条、9.2.1条、9.2.2条有关消火栓和给水方面的规定：给水设施应满足消防给水要求的水量与水压。必须在任何情况下保证消防给水。 3.4.6 采暖通风防火 强制性条文中主要纳入了SDJ27890的第10.0.6条规定防酸隔爆型铅酸蓄电池室、储酸室、油罐室、油处理室和油再生室严禁用明火或敞开式电热器采暖，不应装设照明开关和插座。灯具应采用防爆型。 油罐室、油处理室、油再生室、防酸隔爆型铅酸蓄电池室、储酸室等的送风量按不小于36次h换气次数计算。排风系统必须独立设置，且不允许循环使用。 3.4.7 施工组织设计中的 消防安全问题 强制性条文引用了（SD267-88）第6.2.1条的规定在编制施工组织设计时，应对消防安全要求统一考虑。 3.5 抗震 3.5.1 基本内容与技术背景 我国己于1984年颁布了基于概率法的建筑结构设计统一标准(GBJ6884)，1989年颁布的建筑抗震设计规范(GBJll89)。水电部门也于1994年完成了水利水电工程结构可靠度设计统一标准（GB50199-94。 3.5.2 地震危险性分析 3.5.3 抗震设防概率水准 3.5.4 加速度的概率分布 地震的各种参数诸如地震烈度、峰值加速度、反应谱等符合极值概率分布，为国内外地震工程研究界所接受。地震峰值加速度的概率分布，目前已有的研究趋向认为符合极值ii型。我国城建部门曾对地震烈度换算的峰值加速度进行分析检验，分别用极值型和极值I型进行拟合，结果表明，用极值卫型比用极值I型拟合得更好些。 3.5.5 地震烈度的概型 由于地震烈度有上界，一般倾向于认为地震烈度的概率分布符合极值型。我国城建部门曾用极值皿型分布拟合45个城镇地震危险性分析的烈度成果，得到满意结果。 3.5.6 水库诱发地震 SL203-97第1.0.条规定：“坝高超过100m、库容大于5亿m3的水库，如有可能发生高于6度的水库诱发地震时，应在水库蓄水前就进行地震前期监测”。 3.5.7 地震监测 SL203-97第1.0.9条规定：“设计烈度为8、9度时,工程抗震设防类别为甲类的水工建筑物，应进行动力试验验证，并提出强震观测设计，必要时，在施工期宜设场地效应台阵，以监测可能发生的强震；工程抗震设防类别为乙类的水工建筑物，宜满足类似要求。” 3.6 抗冰冻 3.6.1 基本要求 抗冰冻设计的基本要求： 1在充分掌握工程所在地的自然条件和运行情况等基本资料的前提下，合理确定冰冻荷载； 2选择适宜的材料和确定混凝土抗冻等级； 3在选择工程站址、总体布置和结构形式时，应充分考虑冰冻作用； 4进行冰压力和冻胀力作用下的稳定和强度验算，确定必要的抗冻胀工程措施。 3.6.2 混凝土抗冻等级 混凝土的抗冻等级分为F400、F300、F200、F150、F100、F50六级，应按水工混凝土试验规程SD10582规定的快冻试验方法确定。 1 气候分区 2 冻融循环次数 3 小气候条件 4 饱和程度 5 构件重要性和检修条件 6 其它 7 大体积混凝土的抗冻等级 3.6.3 堤坝 1 混凝土坝与浆砌石坝 2 土石坝 3 泄水建筑物岸坡 3.6.4 取水和输水建筑物 1 取水口排冰 2 露天压力管道 3.6.5 闸涵建筑物 有过冰要求的拦河闸和渠系水闸，宜采用开敞式。应验算冰压力作用下闸墩的稳定和强度。 3.6.6 桥梁和渡槽 SL21198第10.1.6条规定：基础在冻（冰）层内和地（冰）面以上至少40cm范围内不得设置横系梁。 3.7 劳动安全 根据中华人民共和国劳动法有关