大坝设计

水利水电专科毕业设计

我们的辅导主要介绍毕业设计方面的一些知识，并对一个典型的设计题目进行说明。包括以下几个部分：

第1部分：毕业设计的性质和任务；

第2部分：毕业设计的具体要求；

第3部分：毕业设计的选题与指导；

第4部分：毕业设计的成绩评定；

第5部分：毕业设计的中需要注意的几个问题；

第6部分：讲解一个水电站厂房的设计过程。

第1部分毕业设计的性质和任务

1．毕业设计的性质

2．毕业设计的任务

第2部分毕业设计的具体要求

1．毕业设计的总体要求

毕业设计的教学方法一般采取指导教师布置具体的设计任务，由学生独立完成设计。

2．绘制设计图纸的要求

（1）设计图纸要能够反应设计的主要内容，一般应包括枢纽布置图、主要建筑物的断面图、某些建筑物的平面图、部分结构的细部构造等。

（2）绘图时要求图面布局合理、绘图正确、整洁、清晰，绘图认真仔细。

3．设计说明书的编写要求

（1）按章节叙述。

（2）首先应该给出整个工程设计的综述。

（3）要包括基本资料和基本数据。

（4）列出设计标准、设计情况及设计依据。

（5）阐述设计思想、原则及方法，包括所采用基本理论及公式说明、采用条件及原因。

（6）对具体设计要说明设计的前提，设计原理、方法、主要过程及阶段成果，最后成果，

不必把详细的计算内容和计算过程写入、成果尽量能以表格或图的形式给出。

（7）对成果的分析及结论。

（8）要求简明扼要、叙述清楚，字迹工整。

4．设计计算书的编写要求

计算书的主要内容是写出设计过程中所用的计算方法和具体的计算过程，一般用于设计的审查和复核。

最后，毕业设计所需要提交的成果包括：

1．设计图4～5张，一般包括枢纽布置、主体结构部分、施工组织设计等，根据所设计题目

的不同提交的成果内容也会有所区别。

2．设计说明书。设计说明书的编写格式建议为：

（1）题目应尽可能简洁、贴切、准确；

（2）目录分层次列出设计说明书各组成部分的标题及其页码；

（3）摘要用400~500字概括涉及内容和成果，

（4）前言包括设计的目的、意义、背景等；

（5）正文正文部分要求分章节编写，主要说明设计条件、数据资料来源、方案选定、

所选用的计算方法、依据的规范和规程、计算假定、各种方案的计算结果及其比较等。

（6）结论对设计的内容和结果进行总结。

（7）参考文献。列出设计过程中用到的参考文献。

3．设计计算书。设计计算书的编写要求：

（1）严格执行国家和行业现行的技术规范和技术标准，计算方法正确，参数取值合理；

（2）计算公式选用合理，计算数据真实、可靠，计算步骤和计算结果正确、可信，

书写规范、工整。

（3）尽量用图和表格来表示。

设计计算书的主要内容包括：

（1）引言。

（2）设计依据。包括依据的设计文件、设计规范以及主要参考资料

（3）设计基本资料。

（4）布置设计。

（5）水力学计算。

（6）渗流计算。

（7）结构计算。

（8）工程量计算。

第3部分毕业设计的选题与指导1．毕业设计的选题原则

（1）毕业设计选题要在满足学生综合运用所学专业理论知识的基础上，应重视基本技能的训练。选题应从水利水电工程专业的培养目标出发，所选内容有利于巩固、深化和扩大所学知识，使学生得到全面训练；

（2）毕业设计题目可模拟实际工程，并尽可能结合工程实际选题（目前较多学生结合实际工程）；

（3）课题的难易程度以学生在规定时间内经努力可以完成较合适；

（4）鼓励一人一题，若多人同做一个大课题，基本设计内容每位同学均要完成，但设计内容应各有侧重。（最多限制3人）

（5）在职学习的学员可结合自己从事的实际工作（参加某项工程设计、施工及管理或从事某项应用课题的研究等），作为毕业设计题目。通过毕业答辩即可获得此学分。（专科可以不答辩，本科必需答辩）

（6）各地电大要成立毕业设计指导小组，进行选题指导，公布选题参考，并根据学生选题分类情况，进行分组，确定各组指导教师，进行集中和个别辅助。

2．毕业设计选题的类型

（1）模拟实际工程的设计题目

毕业设计题目一般以实际工程为背景，根据本专业的特点选题，选题方向为水工建筑物、水电站建筑物等。主要有以下几类：

重力坝枢纽设计、土石坝枢纽设计、拱坝枢纽设计、坝后式水电站设计、水电站机电部分设计、水闸设计、渡槽设计、施工组织设计、工程概预算设计、其他适合作为毕业设计的题目。

（2）实际工程的设计题目

在职学习的学员可结合自己从事的实际工作（参加某项工程设计、施工或从事某项应用课题的研究等），作为毕业设计题目，进行毕业设计。这类课题的设计过程中，一般需要中级或高级职称的工程技术人员作为指导教师。如果实际工作的内容是技术研究方面的，则要写出毕业论文。毕业论文的要求与设计不完全一致，其内容主要包括：论文的选题，目前同类研究的进展、研究的主要内容，（分章编写）、结论及展望等。撰写论文过程中，需要重点交待清楚研究的思路、方法和结论，尤其是研究结果的创新之处。

3．毕业设计的指导

第4部分毕业设计的成绩评定

（1）指导教师应根据学生毕业设计过程中的表现写出书面评语并给出成绩。

（2）毕业设计组织者应另外聘请评阅人对学生毕业设计成果进行评阅，并写出评语。

（3）每个学生均应参加毕业设计答辩。答辩小组根据毕业设计成果、答辩情况及评阅人和指导教师的评语，给出评分。

1．答辩的要求

（1）毕业设计完成后必须进行答辩。指导教师首先审查学生提交的设计资料，完成全部任务者方能进行答辩。

（2）每个专业要成立答辩委员会，由5-7名高级职称的专家组成，设主任委员、副主任委员、秘书各一人。答辩委员会组织领导毕业设计的答辩工作，统一答辩要求和评分标准，审定成绩及核定优秀毕业设计。

（3）答辩委员会下设若干答辩小组，答辩小组人数一般 3-5人为宜。答辩小组应做好答辩记录。

（4）答辩时，学生应向答辩小组介绍自己完成的毕业设计的主要内容，

时间10分钟左右。然后回答答辩小组成员的提问，时间10分钟左右。

（5）答辩结束后，答辩小组对学生的毕业设计及答辩情况进行书面评价，给出答辩成绩。最终成绩由答辩委员会核定。

2．答辩的过程

（1）学生向答辩小组报告自己设计（论文）的简要情况，时间约10分钟，报告内容包括：

①课题的任务、目的与意义；

②所采用的原始资料或参考文献等；

③设计、论文的基本内容及主要方法；

④成果、结论和对自己完成任务的评价。

（2）教师提问内容要求

答辩小组教师提出的问题一般包括以下三个方面的内容：

①需进一步说明的问题；

②毕业设计、论文所涉及的有关基本理论、知识和技能；

③鉴别其独立工作能力。

3．答辩中需要注意的问题

第5部分毕业设计中需要注意的几个问题（1）工程设计要注意设计规范的正确使用,要注意地质资料的运用（切合实际，准确）。

（2）工程的设计应满足实用、安全、经济、施工方便和美观的要求。

（3）应严肃认真对待设计原始资料，不得自行增减或修改。如有必要的补充和修正，须征得指导教师同意。

（4）在各设计阶段开始时，学生应先了解明确该阶段设计的任务和要求，仔细考虑进行的步骤和方法，估算时间和进度。每一阶段完成时，应及时编写说明书，整理计算书和绘制草图，以免遗忘。

（5）在进行建筑物的选型和拟定尺寸时，应多参考分析其他已建工程实例，结合本工程情况，全面合理地做出决定。防止不分主次，犹豫不决，以致长久无法做出决断。

（6）由于设计时间短，应尽量避免返工。但必须认识到，设计过程是反复

研究和逐步深入的过程。设计中必要的重做和返工是不可避免的，要求学生尊重教师指导，对设计和绘图中的不合理处作认真修改。

第6部分一份毕业设计的成果

下面给出一份毕业设计的成果。成果包括：设计说明书，设计计算书和三张设计图纸。下面先看设计说明书：

设计说明书的章节内容：

1 综合说明 (1)

1.1 绪论 (1)

1.2 水文 (1)

1.3 工程地质 (2)

1.4 工程任务与规模 (3)

1.5 工程布置及建筑物 (4)

1.6 水力机械 (7)

1.7 电气 (7)

1.8 金属结构 (7)

1.9 消防 (7)

1.10 施工 (8)

1.11 水库淹没处理及工程永久占地 (8)

1.12 环境保护设计 (9)

1.13 工程管理 (9)

1.14 工程投资概算 (9)

1.15 经济效益评价 (10)

在这一章当中，给出了整个设计的概貌，将主要的设计内容在此进行总结性说明，可以使人很快对整个工程建立一个概括性的印象。

2 水文 (18)

2.1 流域概况 (18)

2.2 水文基本资料 (19)

2.3 径流 (19)

2.4 洪水 (22)

2.5 泥沙 (23)

2.6 设计断面水位流量关系曲线 (23)

2.7 冰情 (23)

这一章当中，将工程所在地的水文资料列出来。

3 工程地质 (25)

3.1 概况 (25)

3.2 区域地质 (25)

3.3 工程地质条件 (29)

3.4 天然建筑材料 (31)

3.5 结论及建议 (32)

这一章当中，给出了工程所在地的工程地质资料。

4 工程任务和规模 (33)

4.1 社会经济状况 (33)

4.2 工程建设的必要性 (33)

4.3 供电区负荷 (34)

4.4 开发方案选择 (35)

4.5 装机规模 (36)

这一章当中，叙述了工程的规模和设计任务，这是整个工程设计的控制性条件，后面的设计是在此基础上完成的。

5 工程布置及建筑物 (38)

5.1 工程等级及设计标准 (38)

5.2 工程选址 (38)

5.3 枢纽布置及主要建筑物 (39)

这一章是我们设计的主要内容，尤其是对毕业设计，设计的大部分内容要写在这一章中，如建筑物的设计标准、坝址的选择、挡水坝、溢流坝、引水建筑物、发电建筑物等都在这一章中叙述。

6 水力机械 (51)

6.1 水轮机及附属设备 (51)

6.2 辅助设备及布置 (53)

6.3 厂房采暖通风 (54)

6.4 厂房布置 (55)

这一章叙述了水力机械的设计。

7 电气设备 (57)

7.1 电站与负荷的连接方式 (57)

7.2 电气主接线 (57)

7.3 电气设备选择与布置 (57)

7.4 防雷、接地与照明 (59)

7.5 电气二次 (60)

7.6 10kV输出线路 (60)

7.7 10kV线路建设的基本原则 (61)

这一章说明了电器设备的设计情况。

8 金属结构 (63)

这一章说明金属结构的设计情况。

9 消防 (64)

9.1 工程概况及其特征 (64)

9.2 消防设计 (64)

这一章说明消防的设计。

10 施工组织设计 (66)

10.1 施工条件 (66)

10.2 施工导流 (68)

10.3 主体工程施工 (70)

10.4 施工交通运输 (72)

10.5 施工总体布置 (72)

10.6 施工总进度 (73)

这一章说明施工组织设计的总体安排。

11 水库淹没处理及工程永久占地 (76)

11.1 水库淹没处理范围 (76)

11.2 工程占地 (76)

这一章说明了水库淹没处理的措施和工程永久占地的情况。

12 环境保护设计 (77)

12.1 设计依据与原则 (77)

12.2 环境影响评价 (77)

12.3 施工区环境保护 (78)

12.4 运行期环境保护 (79)

12.5 水土保持措施 (79)

12.6 工程措施 (80)

这一章也是很重要的内容，说明了工程的环境保护和水土保持方面的情况。

13 工程管理 (81)

13.1 管理机构 (81)

13.2 主要管理设施 (81)

13.3 工程管理 (82)

这一章说明了工程的管理机构、管理设施等方面的情况。

14 工程概算投资....................................... .. (84)

14.1 工程概况 (84)

14.2 投资主要指标 (84)

14.3 编制依据 (84)

14.4 编制标准 (85)

14.5 概算表格 (87)

这一章说明了工程的投资概算。

15 经济效益评价 (127)

15.1 概述 (127)

15.2 财务评价 (127)

15.3 国民经济评价 (130)

15.4 综合评价 (131)

在最后一章说明了工程的经济效益评价。

下面，我们再看设计计算书。

设计计算书的内容不再详细说明，其章节的安排与前面的说明书基本相同，也要分章节编写。

下面我们再看设计图纸。图纸共有三张，其中第一张是枢纽布置图。

在这一张图纸中，绘制出了枢纽的主要建筑物的相对位置，主要包括挡水坝、泄水建筑物、引水建筑物等。

第二张是坝体剖面图，图中绘出了挡水坝不同位置处的横剖面图。

第三张是坝体的细部构造图，绘制了坝顶、坝坡、排水体防渗体等的结构图。

第三张是坝体的细部构造图，绘制了坝顶、坝坡、排水体防渗体等的结构图。

图表1设计计算书

图表2枢纽布置图图表3坝体剖面图

图表4坝体的细部沟造图

重力坝的设计过程

第1部分主要设计内容

设计内容分为两部分，其中第一部分主要是设计的基本内容，每个设计人都必须完成；第二部分是选作内容，根据个人的实际情况和指导教师的意见选择，也可由指导教师指定。

1．基本设计内容

（1）枢纽布置。

（2）非溢流坝的剖面设计。

（3）进行溢流坝的剖面设计。

（4）细部构造设计和地基处理设计。

2．选作设计内容

（1）泄水底孔坝段剖面。

（2）施工导流方案论证。

第2部分枢纽布置

1．确定工程等级和主要建筑物的级别。

确定工程的等级主要依据水能规划的成果，即本工程修建以后水库库容的大小、防洪效益（保护城镇及工业企业的重要性、所能够保护农田的面积等）、除涝效益（治涝面积）、灌溉农田面积、供水对象、电站的规模（装机容量），按

照规范《水利水电工程等级划分及洪水标准（SL 252-2000）》确定。

主要建筑物的级别是由工程的等级决定的根据设计规范规定，对于失事后损失巨大或影响特别严重的水利水电工程的2~5级永久性水工建筑物，经过论证并报主管部门批准，可提高一级。失事后损失不大的水利水电工程的1~4级永久性水工建筑物，经过论证并报主管部门批准，可降低一级。

2．坝线和坝型选择以及枢纽布置方案比较。

一般来说，混凝土重力坝应选择河谷宽阔，地质条件较好，当地有充足砂卵石或碎石料。坝轴线最好采用直线。

在进行枢纽布置时，先确定建坝河段，再进一步确定坝轴线，同时还要考虑拟采用的坝型和枢纽中建筑物的总体布置，合理解决综合利用要求。一般泄洪建筑物和电站厂房应尽量布置在主河床位置。当然，电站厂房也可以布置在坝下游的河岸边，由坝上游引水，在山体中开凿一条引水隧洞，向厂房供水，就是我们教材中的河岸引水厂房。供（引）水建筑物一般位于岸坡。

经过比较，建议枢纽布置方案为：主河槽从右岸到左岸分别为右岸挡水坝、溢流坝部分，底孔部分、左岸挡水坝段，两岸山坡为非溢流部分。在右岸开凿一引水隧洞至坝址下游。电站布置在隧洞出口，洞长约450m。

图表5坝轴线

图表6枢纽布置图

3．枢纽布置草图的绘制。

第3部分非溢流坝剖面设计

1．确定挡水坝剖面。

（1）坝顶高程的确定：分别考虑设计和校核两种情况。

（2）坝顶宽度的确定：一般地，坝顶宽度取最大坝高的8%~10%，且不小于3m。若有交通要求或移动式启闭设施时，应根据实际需要确定。

（3）上、下游坝坡及起坡点的确定

（4）坝段长度。

2．挡水坝强度和稳定验算。

根据规范所要求的基本荷载组合和偶然荷载组合，进行承载能力极限状态验算和坝体上下游面拉应力正常使用极限状态计算。其中前者验算的内容包括：（1）坝体及坝基强度验算；

（2）坝体与坝基接触面抗滑稳定计算；

（3）坝体层面抗滑稳定计算；

（4）坝基深层软弱结构面抗滑稳定计算。

后者的验算内容包括：

（1）坝踵垂直应力验算，按材料力学方法计算时要求不出现拉应力；

（2）坝体上游面的垂直应力验算，按材料力学方法计算时要求不出现拉应力；

（3）短期荷载组合时下游面的垂直拉应力小于100kPa。

3．绘制非溢流坝剖面的设计图纸。

图纸的绘制要求同前，不再叙述。

第4部分溢流坝剖面设计

1．拟定溢流坝剖面

（1）泄水方式的选择

根据本工程的实际情况，建议采用开敞溢流式，并设闸门。

（2）断面尺寸的拟定

①单宽流量的确定。②堰顶高程。③溢流面体形设计。

（3）闸门及闸墩的设计

2 水力计算

水力计算的内容包括堰顶过流量计算，下游消能水力计算等。

（1）堰顶过流量计算。（2）消能方式。

3 坝体强度和稳定验算

4 绘制设计图纸

第5部分细部构造设计

1 坝顶构造

（1）非溢流坝

（2）溢流重力坝

溢流重力坝的上部构造，应根据运行要求布置。有交通要求时，应按公路等级设置交通桥；无交通要求时，需设置人行道。对大中型工程溢流坝，坝顶常设置闸门、闸墩、工作桥、启闭机等。

2 混凝土标号分区设计

3 廊道、分缝止水、排水设计

第6部分地基处理设计

地基处理的主要内容：主要内容包括开挖清理、灌浆、断层处理等。

开挖与清理包括提出开挖要求、开挖方法和清理标准，并对一些简单的工程问题提出解决措施。

灌浆包括帷幕灌浆和固结灌浆，应确定灌浆孔的排数、深度、孔距、排距、灌浆压力等。

断层处理则根据基本资料所给的断层性质和破碎程度以及对坝体影响的大小分别提出相应的处理措施。

第7部分设计成果的整理

上面我们介绍了一个重力坝的设计过程，但需要指出的是，上面的设计不是唯一的合理方案，也还存在其他的合理方案，工程设计不能完全照搬或套用，一定要灵活运用所学到的知识和其他工程的经验，才能做出高水平的设计。