建筑工程标准法规高标准农田工程设计及概算编制的相关问题精编Word文档格式.docx
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农业灌溉用水壹般是由灌水率、灌溉制度、灌溉面积、灌溉水利用系数来计算的。
(1)灌水率
灌水率又叫灌水模数,是指灌区单位面积上所需灌溉的净流量,单位为m3/s·
万亩,用符号q表示。
式中:
为第i种作物种植比例(%);
为第i种作物灌水定额(m3/亩),可按各作物峰量用水期灌水定额进行计算;
为同时种植作物种类数;
T为灌水周期(天);
t为每天灌水小时数,泵站灌区按18~22小时、自流灌区按24小时计。
大中型灌区壹般根据设计标准通过灌溉制度推求灌水率。
而小型机电灌区由于水稻泡田期是用水量的时期,能够直接用水稻泡田期用水量来推求。
壹般水稻泡田定额为:
粘土地区60~80m3/亩、壤土地区80~100m3/亩、沙土地区100~120m3/亩。
旱作物壹般可按生育期最大灌水定额30~50m3/亩计。
水稻泡田期是用水最紧张时期,灌水周期T壹般取泡田期,大中型灌区7~15d;
小型灌区3~5d。
(2)灌溉水利用系数
灌溉水利用系数:
田间用水净流量和渠首引水总流量之比。
;
——灌溉面积(万亩)。
现状灌溉水利用系数、规划灌溉水利用系数
(3)灌溉定额
灌溉定额:
作物全生育期各次灌水定额之和。
。
(4)灌溉用水量W
净灌溉用水量:
A——某种作物种植面积。
毛灌溉用水量:
比较小,有所提高,所以规划建设后,毛灌溉用水量会有所减少,俩者的差即为项目建设后的节约用水量,从而项目区灌溉保证率会有所提高。
非农业需水量主要为项目区内工业用水、村镇居民生活用水及养殖业用水。
项目区主要为高标准农田建设区,所以能够忽略不计非农业需水量。
生态环境用水是为了维护水体生态平衡,区域内河道应维持生态环境正常平衡所需要的基本水量。
该部分水量可采用河流枯水期平均水量代替。
但由于水资源可利用量中已经考虑了保持这部分水量,所以可不再考虑生态环境用水量。
5、水资源平衡
需水量和水资源可利用量进行比较。
应满足高标准农田建设标准的需要。
6、水质分析
灌溉水水质的好坏,也直接影响到高标准农田建设。
灌溉水的水质应满足《农田灌溉水质量标准》(GB5084-2005),需要当地最近的检测数据资料支撑。
二、工程类型和工程设计
(壹)、工程分类
1、按照建筑物作用分类
(1)灌溉工程:
1)水源工程:
塘、坝、井、库、灌溉站;
2)输水工程:
渠道、管道(低压管灌、喷微灌等);
3)渠系配套建筑物工程:
引水闸、分水闸、节制闸、渡槽、倒虹吸、涵洞、跌水、陡坡、桥梁等;
4)田间建筑物工程:
放水口、下田便桥等;
5)量水建筑物工程:
量水槽、量水堰等。
(2)排水工程
1)降渍:
地下降渍暗管;
2)排水:
沟道、河道、排涝站;
3)排水配套建筑物:
排水闸、节制闸、渡槽、倒虹吸、涵洞、跌水、陡坡、桥梁等。
(3)水土保持工程
梯田、护坡、丁坝、淤地坝等。
(4)防洪工程
堤防、圩口闸(防洪闸)、撇洪沟、水库等。
2、按照建筑物类型分类:
1)闸:
圩口闸(防洪闸)、引水闸(进水闸)、分水闸、节制闸、排水闸(泄水闸)等;
2)站:
灌溉站、排涝闸、灌排结合站;
3)桥:
T型梁桥、板梁桥、箱梁桥等;
4)涵:
方涵、圆涵;
5)坝:
拦水坝、滚水坝、淤地坝、丁坝等;
6)渠:
干、支、斗、农;
U型、梯形;
7)沟:
排水沟、撇洪沟;
图1典型灌排系统图
8)渡槽:
管、矩形、U型
9)跌水,等
(二)、灌排泵站工程
1、泵站规模确定
(1)灌溉泵站
由设计灌水率q计算泵站设计流量:
A——泵站灌溉控制面积(万亩)。
(2)排涝泵站
由设计排涝模数M计算泵站设计流量:
M——设计排涝模数[]。
F——泵站排涝控制面积()。
推求出设计排涝流量后,根据涝水汇集情况,可设1座排涝站或多座排涝站,使总排涝流量不变。
其中,设计排涝模数M的计算如下:
1)圩区
平均排除法:
其中:
水田;
旱田;
为径流系数;
水面;
T——规定排涝时间(天);
主要根据作物允许耐淹历时确定;
水田:
壹般1日暴雨1~2天排除;
旱田:
耐淹较差,相对较短。
——水泵每天开机时间(小时),壹般18~22h。
——设计暴雨量,mm。
江苏壹般采用日雨200mm俩日排出。
2)平原区
平原区设计排涝模数经验公式:
M——设计排涝模数(m3/s·
km2);
R——设计暴雨产生的径流深(mm);
F——设计控制的排水面积(km2);
——综合系数(反映降雨历时、流域形状、排水沟网密度沟底比降等因素);
m——峰量指数(反映洪峰和洪量关系)。
n——递减指数(反映排涝模数和面积的关系)。
经验公式法适用集水面积较大的排水沟和河道的排涝设计。
江苏省苏北平原区参数、m、n值见表1。
表1苏北平原区K、m、n值
区域
适用范围
(km2)
m
n
设计暴雨历时(d)
苏北
平原区
10~100
0.0256
1.00
-0.18
3
100~600
0.0335
-0.24
600~6000
0.0490
-0.30
(3)灌排结合泵站
要考虑排涝流量和灌溉扬程进行选泵,于出水池分设灌、排俩座控制闸,以便灌、排调配。
由于排涝流量往往较大,考虑灌溉流量和扬程,建议分设2台排涝泵,灌溉时能够使用其中1台;
否则,用排涝流量去灌溉,渠道将很大。
2、水泵选型
(1)水泵设计扬程
水泵设计流量Q确定后,应根据泵站所于位置的进水池水位、出水池水位差计算水泵净扬程(),再根据水泵管路损失(),推算出水泵设计扬程。
能够据此选择适宜的水泵。
查水泵样本,选择位于高效区内运行的泵型。
(2)水泵类型
常用的泵型有离心泵、混流泵、轴流泵、潜水电泵等。
1)离心泵又分:
①单级单吸离心泵(IS型),其口径壹般为12.5~200mm,流量为4.5~360m3/h,扬程8-100m,具有小流量、高扬程特点,适用于丘陵山区小型灌区和喷、滴灌区;
②双吸离心泵(S、SH型)(单级、双吸中开式离心泵),其口径壹般为150~1200mm,流量0.03~6.5m3/s(108~23400m3/h),扬程10~140m,具有流量较大、扬程较高、检修方便的特点,广泛应用于丘陵山区和高地的灌溉提水。
2)混流泵(HW、HB型)
混流泵是介于离心泵和轴流泵之间的壹种泵型,扬程适中,流量较大,高效区范围宽,结构简单,安装维修方便,重量轻,价格较低,和轴流泵相比,泵房投资省,施工安装容易,是平原和丘陵岗地区优选泵型。
如常用的HW混流泵,其口径300~800mm,流量0.12~2.2m3/s,扬程4~22m。
3)轴流泵(ZLB型)
轴流泵是壹种低扬程、大流量的泵型,中小型轴流泵口径为350~1400mm,流量0.2~5.0m3/s,扬程3~7m。
多用于圩区排涝、圩区灌溉。
4)潜水电泵(QZB、QW、QJ型)
潜水电泵是将电机和水泵组合成壹体,具有体积小,重量轻,移动安装方便的特点,它不需另建机房,可大大节省泵站土建投资。
大口径潜水电泵是开发的新泵型,已从350~800mm发展到900~1400mm,流量范围达0.2~6m3/s,扬程范围1.5~9m。
3、泵站的组成
泵站工程分为泵站机电设备和配套建筑物俩大组成部分。
(1)机电设备
①水泵机组(主机组):
水泵机组包括水泵、动力机和传动装置。
②抽水装置:
水泵及进出水管流道组成水泵装置。
抽水装置由水泵、动力机、传动设备、管(流)道及各种附件组成。
③电气设备:
电气设备包括变电、配电和用电设备,是电力泵站不可缺少的设备,主要起改变电压、分配电能和控制保护作用。
④辅助设备:
包括供油、供气、供水、排水、抽真空、断流以及起重、安装、检修、通风、采光、清污、检测等设备。
(2)枢纽建筑物
泵站枢纽由进水建筑物、泵房、出水建筑物等主体工程及附属建筑物组成。
①进水建筑物:
取水建筑物、引水建筑物、前池、进水池、进水流道等。
②泵房:
泵房是安装主机组、电气设备及辅助设备的建筑物,是主体工程。
③出水建筑物:
出水管(流)道、出水池、输水渠(管)及控制建筑物等。
④附属建筑物:
包括变电站、交通建筑物、管理设施等。
4、泵房和进出水建筑物
(1)泵房
泵房是安装水泵、动力机、辅助设备、电气设备等的建筑物。
泵房的类型:
固定式泵房按基础和泵房下部结构形式分为分基型、干室型、湿室型和块基型。
移动式泵房又分为泵车和泵船。
①分基型泵房
分基型泵房的主要特点是水泵机组的基础和泵房的基础分开,属单层结构。
图2卧式机组分离型泵房
1—水泵;
2—闸阀;
3—进水管
②干室型泵房
当根据水泵安装高程所确定的泵房底板高程较低时,为了防止水进入泵房,可将泵房的部分墙体和底板整体浇筑,从而形成壹个干燥地下室,即干室型泵房。
图3立式机组干室型泵房
图4卧式机组干室型泵房
1—出水闸阀;
2—可控逆止阀;
3—渐扩管;
4—水泵;
5—偏心渐缩管;
6—检修闸阀
③湿室型泵房
湿室型泵房是将进水池设于泵房下部,于电机层以下形成壹个充水的地下室。
图5轴流泵机组湿室型泵房
④块基型泵房
大型水泵机组多采用进水流道进水。
块基型泵房是将水泵基础、泵房底板和进水流道浇筑于壹起,形成壹个块状的整体。
图6堤身式块基型泵房
(2)进水建筑物
进水池:
进水池的作用是保证水泵有良好的吸水条件,要求进水池中水流平稳、流速均匀、无漩涡、无回流。
进水池的边壁形式有矩形、多边形、半圆形、圆形、马鞍形和蜗壳形6种,如图7所示。
于工程实践中,由于矩形边壁便于施工,所以于中小型泵站中采用较多。
(a)矩形(b)多边形(c)半圆形(d)圆形(e)马鞍形(f)蜗壳形
图7进水池的边壁形式
图8进水池各部分尺寸
进水池的池长L、池宽B,喇叭口悬空高度F、喇叭口淹没深度E、后墙距G、边墙距b等各部分尺寸对水流流态、水泵装置效率以及工程投资有直接影响。
《泵站设计规范》GB/T50265推荐进水池各部分尺寸。
进水池的水下容积可按共用该进水池的水泵30~50倍设计流量确定。
(3)出水建筑物
出水池:
出水池是连接出水管道和干渠的出水建筑物.主要起消能稳流作用,将出水管道的水流平顺均匀地引人干渠中。
根据进水和出流方向不同,出水池可分为正向出水、侧向出水及多向出水形式。
如图9所示。
(a)正向出水(b)侧向出水(c)多向出水
图9出水池形式
5、潜水泵站
潜水泵是近年来应用比较多的壹种泵型,因为其启动方便,结构简单,施工和安装均不复杂,可不设泵房或泵房设置地点灵活,造价低。
(a)潜水泵倾斜安装(b)潜水泵垂直安装
图10潜水泵站形式
(三)水闸
水闸是壹种既挡水又泄水的低水头水工建筑物,通过闸门的启闭来控制水位和流量。
于农业水利工程中应用很广。
1、水闸的规模确定
(1)设计排水量
由设计排涝模数M计算水闸的设计流量:
F——河(沟)道汇水面积()。
(2)闸门总净宽
闸孔尺寸按无坎宽顶堰流量公式计算:
即:
Q——过闸流量;
σ——淹没系数;
ε——侧收缩系数;
m——无侧面收缩的流量系数;
B——闸门总净宽;
H0——行近流速的堰上水头。
由设计上、下游水位确定。
(3)闸孔净宽
根据现状河道口宽、闸门总净宽,确定孔数(壹般为单数),从而确定闸孔宽度,设计闸门和启闭设备。
2、水闸的类型
水闸的类型较多,按其功能不同,分为以下6类:
图11水闸的类型
1-河道;
2-进水闸;
3-干渠;
4-支渠;
5-分水闸;
6-节制闸;
7-拦河闸;
8-排水闸;
9-挡潮闸;
10-堤防
(1)进水闸
通常建于河道、湖泊、水库的岸边,用以控制进入引水干渠的流量。
又因进水闸位于渠首,所以也称为渠首闸;
位于次级渠道(支流、斗渠)的首部,则称为分水闸、斗门。
(2)节制闸
为了灌溉、通航等需要,横跨河流或渠道上建闸,用以控制闸前水位和过闸流量,这类水闸称为节制闸。
河道上节制闸也称为拦河闸。
渠道上的节制闸,常建于支、斗渠分水口的下游,用以抬高闸前水位,满足下壹级渠道引水要求。
(3)排水闸
排水闸常建于圩区低洼地区排水渠道末端,用以排除低洼地区的积水。
于外河水位高于内河水位时,关闸挡水,防止外水倒灌,于枯水期则关闸蓄水或引外河水灌溉。
(4)挡潮闸
滨海地区为了防止海潮倒灌入内河(排水河),常于海岸稳定的内河出口处修建挡潮闸。
(5)套闸
套闸是壹种小型简易的船闸。
3、水闸的组成
水闸由上游连接段、闸室段、下游连接段三部分组成。
(1)上游连接段
上游连接段包括上游翼墙、铺盖、护底、上游防冲槽及上游护坡等五个部分。
(2)闸室段
闸室包括底板、闸墩、边墙、岸墙、闸门、工作桥及交通桥等。
(3)下游连接段
下游连接段通常包括下游翼墙、消力池、海漫、下游防冲槽及护坡等五个部。
图12开敞式水闸
Ⅰ—上游连接段;
Ⅱ—闸室;
Ⅲ—下游连接段
1-块石护底、护坡;
2-铺盖;
3-上游翼墙;
4-底板;
5-边墙;
6-闸门;
7-工作桥;
8-交通桥;
9-消力池;
10-海漫;
11-下游翼墙;
12-下游护坡
4、水闸的消能防冲
水闸设计上、下游水位差大,出闸水流具有较大动能,会对下游渠道产生有害的冲刷。
需要有效消能防冲。
(1)消力池
图13挖深式消力池
图14突槛式消力池
小型水闸工程壹般采用池深d=0.3~0.5m,池长L=(3~5)H(H为闸上游水深)。
消力池底板又称为护坦,应满足抗冲和强度要求。
其厚度可通过计算确定,小型的常采用0.4~0.6m;
于消力池底板后面常布置孔径为5~10cm冒水孔、孔距1.0~1.5m。
冒水孔底部应铺设反滤层,其作用是排水滤土。
(2)海漫和防冲槽
经过消力池内水跃消能后,过闸水流仍有部分剩余能量,流速较大,且分布不均匀,因此,于消力池后面应设置海漫和防冲槽。
海漫长度壹般取上游水深(3~5)倍或通过水力计算确定。
图15海漫及防冲槽布置示意图
海漫结构要求表面应是粗糙的,结构本身应是透水的,且具有壹定柔性。
海漫材料视流速情况而定,壹般采用浆砌或干砌块石筑成,厚度0.3~0.5m,下铺设1~2层10~15cm厚砂石垫层。
5、防渗排水设计
(1)闸基防渗长度
渗流沿闸基不透水地下轮廓(如铺盖、板桩、齿墙和底板等)流动的长度L,称为渗径长度,又称防渗长度。
为防止地基产生渗透变形,所需要的防渗长度应满足下述条件,即:
—闸基防渗长度,m;
—上、下游水位差,m;
—渗径系数。
表2渗径系数C值表
地基
类别
粉砂、极细砂
细砂
中砂
粗砂
中、细砂
粗砾夹卵石
轻粉质沙壤土
砂壤土
壤土
粘土
有
反滤层
9~13
7~9
5~7
4~5
3~4
2.5~3
3~5
2~3
无
/
4~7
注:
当闸基设板桩时,C值可采用小值。
(2)地下轮廓布置
地下轮廓布置的原则是上防下导,即于闸底板上游侧设置不透水防渗铺盖、板桩齿墙等,用来延长渗径、截断渗流、减小闸底板下的渗透压力,降低渗流出口处的坡降;
于底板下游侧护坦底部设置冒水孔,其底部布置反滤层,使渗水尽快排出闸基,且防止产生渗透变形。
图16粘土地基地下轮廓布置示意图
图17有限深砂土地基地下轮廓布置示意图
图18无限深地基地下轮廓布置示意图
图19粉细砂地基地下轮廓布置示意图
图20闸室地下轮廓布置示意图单位cm
6、闸室结构布置
闸室结构壹般包括底板、闸墩、胸墙、闸门、工作桥和交通桥等,见图20。
图21闸室结构布置图
图22底板和闸墩的连接方式
(a)整体式;
(b)分离式
图23水闸墩头平面形式
(a)半圆形;
(b)三角形;
(c)流线形
7、俩岸连接建筑物
水闸和俩岸连接的建筑物,包括闸室段的边墩,上、下游翼墙等。
小型水闸常用翼墙的平面布置形式有:
图24小型水闸上、下游翼墙形式
(a)扭曲面;
(b)斜降墙;
(c)隔墙加切角;
(d)八字墙;
(e)隔墙
小型水闸的翼墙高度较低,故其结构形式采用重力式较多。
(四)涵洞
涵洞是埋于路、渠、沟或堤坝、下面,用来输水或排水的建筑物。
1、涵洞规格
(1)涵洞直径D
由通过涵洞的设计流量Q确定涵洞洞径。
由于涵洞壹般埋设深,所以涵洞基本均为有压孔流。
涵管孔口尺寸D按下式计算:
μc——流量系数,;
ω——涵管过水面积,;
△Z——涵洞上、下游水位差。
(2)涵洞长度
由涵洞穿路的道路宽度及路俩侧的坡度确定。
2、涵洞的类型
(1)按涵水流形态分类:
涵洞可分为无压、有压。
图25涵洞流态
(a)无压涵洞(b)有压涵洞
(2)按结构形分类:
涵洞可分为管涵、拱涵、箱涵和盖板涵。
图26管涵
图27拱涵
图28箱涵、盖板涵
(3)按建筑材料分主要有钢筋混凝土、混凝土和浆砌石三种。
2、涵洞的构造
涵洞由进口段、出口段及洞身段三部分组成,见图。
图29涵洞的构造
图30涵洞进出口形式
(a)八字式;
(b)锥坡式;
(c)扭曲面式
出口段型式常和进口段相似、除有胸墙、翼墙外,当出口流速过大时,应采取消能防冲措施。
图31涵洞洞身
(五)渡槽
渡槽是输送水流跨越河渠、道路、山冲等的架空输水建筑物。
1、渡槽规格
由过渡槽的设计流量Q,计算渡槽的过水断面。
开敞式矩形断面、U型断面渡槽采用均匀流公式计算(参照渠道断面计算)。
涵洞形式的封闭有压管断面能够参照涵洞计算公式。
2、渡槽基本组成
渡槽由进、出口段、槽身段支承结构和基础等部分组成。
进、出口长度约为4~6倍渠道水深,进口段稍短,出口段稍长。
槽身是渡槽的主体部分,要求具有较大的过水能力,工程上常采用矩形断面和U形断面。
图32梁式渡槽组成
3、渡槽的布置
(1)槽址应尽量选择于地质良好、地形有利和施工方便的地方,有利缩短渠线和槽身长度,减少基础工程量和槽架高度。
进、出口应置于挖方渠段上。
(2)跨越河沟的渡槽,槽址应位于河床稳定、水流顺直的河段,避免于河流弯道上,以防河岸受冲刷,基础遭破坏。
(3)渡槽进出口和槽身的连接,于平面上尽可能成壹直线,不可急剧转弯,使水流发生偏流,影响渡槽的进、出水条件。
(4)较重要的渡槽,于进口段前仍需设置退水闸,这样,既保证了渡槽的安全输水,又给检修提供了方便。
4、渡槽的水力计算要点
渡槽水力计算的主要任务是:
①确定合理的槽身比降、槽身断面尺寸;
②通过水头损失及水面衔接计算,确定渡槽进、出口高程和连接形式。
(六)农桥
四级公路以下的乡村道路、田间道路、放牧道路等道路上人行便桥和通行汽车、三轮汽车、低速货车、拖拉机、畜力车的生产桥统称为农桥。
设计时速20km/h,壹般为单车道设计。
1、农桥桥孔布置
(1)桥跨结构
1)孔径。
河、沟、渠上的农桥孔径布置应以不影响原断面过水能力为前提。
2)净空。
净空是指桥上部结构最下缘到设计水位或通航水位之间的距离。
无通航要求的河道,桥面梁底至少应高于设计水位0.5m;
于通航河道上,桥下净空应满足通航要求。
(2)农桥的墩、台
桥墩、桥台壹般用浆砌石或混凝土现浇而成,设计时应满足稳定和强度的要求。
桥台多为重力式或桩基式,重力式见图32。
图33浆砌石桥台
图34桩式桥墩(预制桩)
图35桩式桥墩(灌注桩)
图36柱式桥墩
(3)农桥的桥面板
图37空心板梁桥板图38T型梁桥板
图39现浇实心板梁桥板
2、设计荷载(作用)
(1)永久作用。
包括农桥结构部分的自重、填土重、土压力、水的浮力等。
(2)可变作用。
包括人群荷载、农业机械荷载、汽车荷载、汽车荷载引起的冲击力和制动力、汽车荷载作用于桥台后填土面时给桥台的土压力。
桥台变位荷、漂浮物对桥台的冲击力、水流压力、冰压力等及温度作用。
汽车引起的冲击力,即汽车荷载乘以冲击系数。
对填土厚度(包括路面厚度)大于或等于50cm建筑物,不计冲击力。
汽车刹车时于路面和车轮间产生的摩擦制动力,于设计桥墩、桥台时应加以考虑。
对行车密度较小的农桥,制动力可按壹辆重车重力的30%计算。
(3)偶然作用:
汽车撞击力、地震力等。
农桥不考虑偶然作用。
农桥设计标准:
公路Ⅱ*0.8。
(七)跌水和陡坡
跌水和陡坡是灌排系统中常见的连接建筑物。
当水流自跌水口出流后,呈自由抛射状态,落于下游消力池内的称跌水;
当水流自跌水
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