工程設計論文
工程設計是指對工程專案的建設提供有技術依據的設計檔案和圖紙的整個活動過程，是建設專案生命期中的重要環節。下文是小編為大家整理的關於的範文，歡迎大家閱讀參考!
篇1
渠道防滲工程設計
[摘 要] 我國灌溉渠系水的利用係數很低，渠道滲漏損失掉的水量所佔的比例很大。大量工程實踐證明，採取渠道防滲措施以後，可以有效減少滲漏損失。鑑於此，本文對渠道防滲工程設計進行了探討。
[關鍵詞] 斷面 氣候 地域
一、前言
渠道防滲是我國目前使用最廣泛的節水工程措施，它可以極大地減少農業灌溉用水的浪費，節水潛力巨大。用渠道防滲技術後，可以減少滲漏損失的70%-90%，極大地提高灌溉渠系水利用係數，緩解農業用水供需矛盾，節約的水可擴大灌溉面積，進一步促進農業生產的發展，可以減少渠道佔地3%~5%，防止渠道沖刷、淤積及坍塌，節約執行管理費用，有利於灌區的管理。可以降低地下水位，防止土壤鹽鹼化及沼澤化，有利於生態環境和農業現代化建設。渠道防滲是節約用水、實現節水型農業的重要內容，如按我國渠系水利用係數提高0.1計算，則每年可節約用水量344.5億m3。由此可見，渠道防滲的節水效益十分顯著。
二、渠道防滲設計應考慮的因素
1、氣候條件
氣候條件是渠道防滲工程設計和施工應要考慮的基本因素。它對防滲材料的耐久性和施工方法具有決定性作用，也是工程防凍脹設計的決定性因素。
2、地形條件
在渠道防滲措施中，壓力管道受地形影響最小，但造價高;低壓管道、輸水槽以及混凝土等防滲渠道，較能適應地形的變化;而土料及埋鋪式膜料土保護層防滲渠道，因允許流速小為混凝土的1/6左右，只能用於較平坦地區。因此，選擇防滲方案時，應考慮地形條件。
3、基土性質
基土的滲透性是決定有無防滲必要和採用哪種防滲措施的關鍵，土的凍脹敏感性和抗壓強度等都是工程設計應考慮的主要效能。對黃土類、壤土類等基礎好、渠床穩定的地區、一般採用混凝土、砌石等防滲措施。但在含膨脹性粘土或石膏以及孔狀灰巖的渠基上，一般不宜採用剛性材料，應採用厚壓實土料，或埋鋪式膜料類的柔性防滲措施。對於溼陷性黃土渠基，防滲前做完浸水處理後，最好採用埋鋪式膜料防滲。也可以改變渠線，使渠道繞過不良土質地帶。無法改線時，可用砂、礫石或其他土料換基，以代替不良土壤。但此法造價高，除有抗凍害要求和附近有合適的代換材料外，一般不宜採用。在選擇防滲方案時，應儘量考慮土渠開挖土方的應用問題。如有適宜的土料，可採用壓實土料防滲;如開挖的土料不能壓實，但可以用作膜料防滲的保護層時，則應採用埋鋪式膜料防滲。
4、地下水位
地下水位高於渠底時，防滲層存在承受揚壓力的問題。必須在防滲層下設排水設施。在寒冷地區，地下水位的高低，是防滲工程進行防凍脹設計時需要考慮的。
5、土地利用及灌溉系統的形式
為減少佔地，在城郊及人口密集地區，應採用暗渠管、輸水槽或邊坡較陡的如U、矩形斷面等剛性材料防滲渠道。為了改善舊有灌溉系統和用水方式，如合併地塊，改連續輸水為輪流輸水，改變種植作物等，都應考慮採用剛性材料防滲，使配水渠系佔地最小。同時也使輪流輸水的渠系能更好地滿足配水要求。
6、防滲材料
在水費很高的地區，滲漏有可能引起渠基失穩，影響正常執行的渠道，防滲標準應提高。建議採用下鋪膜料，上部用混凝土板作保護層的措施，如在混凝土層下加鋪聚氯乙烯薄膜，可減少滲漏量95%。只要持續12年，節約的水量，就足以抵償塑膜增加的投資。
7、材料來源
應本著因地制宜、就地取材的原則選用防滲措施。料源應充足。如當地無砂、石料而又必須採用混凝土防滲的重要工程，可以採用在他處預製，運到當地施工，或採用人工制砂、石的辦法。當水中含有較多泥沙，且渠基為砂礫石時，如舊渠由於運用時間己久，有天然淤填的作用，也可能不再需要採用其他防滲措施等。
8、管理養護
如渠道需要頻繁地放水和停水，渠道水位有較大的升降變化時，最好採用剛性材料防滲，土料防滲，不能控制雜草及淤積，同時在勞力昂貴的地方，並不比剛性材料防滲便宜明鋪式膜料，薄粘土層或薄壓實土料防滲，易受牲畜踐踏等外力破壞，故在使用上受到限制。在己成土渠上建防滲工程，因施工時間短，渠基不能很快乾燥，很難採用現澆的剛性材料護面，故最好能採用機械或人工預製安裝混凝土板的措施，以加快進度。
三、渠道防滲工程設計注意事項
1、蒐集材料
1水文氣象、地質和地形資料。
1取得水源的有關水文、泥沙、水質、冰情以及工程地點的降水、蒸發、氣溫、負氣溫指數、凍融期、凍土深度、風向、風速等水文氣象資料。可採用條件相似的鄰近水文、氣象臺的多年資料平均值，其資料系列不宜少於20年。
2渠道沿線應按有關規程、規範要求進行必要的地質勘測，取得岩土分類、斷層、裂隙、滑坡和隱患等工程地質資料，以及土的顆粒組成、含水量、幹密度、孔隙率、流塑限、有機質、可溶鹽、凍脹性、溼陷係數、滲透係數和抗剪強度等物理、力學、化學性質資料。
3地下水堤深小於5m的渠道，應取得地下水型別、埋深、動態、流向、補給和排洩條件、水質與汙染源等水文地質資料。
4應取得灌區地形圖、渠形平面佈置科和渠道縱橫斷面圖，必要時還應有帶狀地形圖。
2建築材料和施工條件資料。
l應蒐集渠道附近的水泥、石灰、砂、石、膜料、瀝青等建築材料的產源、產儲量、質量、開採與運輸條件、單價等資料。
2應取得施工機械裝置、技術人員、勞力供給、施工用水、電源、交通、通訊和工期要求等施工條件資料。其他資料。
3擴建、改建工程，應對渠道滲漏情況和工程病害進行調查，取得原渠道的水力要素、滲漏量以及渠床土質和水分狀況等資料。
4蒐集當地己建成渠道防滲工程的設計與施工資料、管理運用經驗、試驗研究成果和竣工驗收等資料。
2、斷面形式選擇
明渠可選用矩形、梯形包括弧形底梯形、弧形坡腳梯形、u形和複合形;無壓暗渠可選用城門洞形、箱形、正反拱形和圓形。其中梯形斷面施工簡便、邊坡穩定，在地形，地質無特殊問題的地區，可普遍採用。弧形底梯形、弧形坡腳梯形、弧形、U形渠道等;由於適應凍脹變形的能力強，能在一定程度上減輕凍脹變形的不均勻性，在北方地區得到了推廣應用。
根據觀測，弧形底部因不均勻凍脹變形造成的折角變形，平均為0.18°，梯形平底折角變形平均為4.5°;弧形斷面可大減輕凍脹開裂及消融時的滑塌破壞。U形渠目前在全國10多個省、市的中、小流量的渠道上得到普遍的使用，其主要優點是:①水力條件好，近似最佳水力斷面，可減少襯砌工程量，輸沙能力強，有利於高含沙引水。②在凍脹性和溼陷性地基上有一定的適應地基不均勻變形的能力。③渠口窄，節省土地減少挖填方量。④整體性強，防效果優於梯形渠道。⑤便於機械化施工，可加快施工進度.脹破壞嚴重的地區，目前尚限於在小流量渠道上應用。暗渠具有佔地很少、在城鎮區安全效能高、水流不易汙染等優點.在凍土地區，暗渠可避免凍脹破壞。
3、具體設計
1南方渠道的防滲設計。
南方地區雨水多，季節變化溫差較小，縱坡陡，特別是冬季氣溫較高，一般不下雪、結冰。所以它的渠道設計有如下特點:
l土料及埋鋪式膜料防滲渠道，因允許流速小，不適宜南方地區;
2南方地區沒有凍脹危害，故不考慮凍脹問題;
3南方地區地下水位較高，一般要在防滲層下設排水設施;
4南方地區一般用剛性材料護坡，其坡比可選用較大值;
5南方地區人口密度較大，應儘量採用暗渠管、輸水槽或邊坡較陡的U形、矩形斷面等剛性材料防滲渠道，以儘量減少佔地;
6南方地區地下水豐富、地下水位較高，易引起渠基失穩，影響渠道的正常執行，故防滲標準應提高。
2北方渠道的防滲設計。
北方與南方相比其防滲設計有其不同特點:
l北方地區水量少，降水少，故在設計時注意其滲漏損失問題，要儘量採用混凝土、瀝青混凝土等滲漏量比較小的防滲結構，其防滲結構厚度要取大值，伸縮縫要嚴格處理;
2北方地區地形平，其渠水水流流速相對較低，易產生淤積，故設計時在選材、確定縱坡上要重點考慮不淤流速;3北方地區氣溫特別低，渠道的土基和防滲結構易凍害，設計時要採取適當措施，儘量降低或減少凍害，防止渠道坍塌、破壞;
4北方地區由於存在凍脹問題，一般選用弧形底梯形、弧形坡腳梯形、弧形、U形渠道等，以較強地適應凍脹變形的能力，在一定程度上減輕凍脹變形的不均勻性。
5北方地區地下水位較低，降雨量少，一般渠道斷面較小，流量較小，不考慮水位驟降問題，邊坡較陡;
6為了加強其砌體的整體性，針對北方地區特點，一般選用強度等級較高的水泥混合砂漿砌築，水泥砂漿勾縫，砌築縫要妥善設計，認真施工，防止產生裂縫、隆起架空、滑塌等發生;
7為了提高渠道襯砌的抗凍能力，其混凝土板厚適當選用較大值，施工時注意振搗密實;
8設計規劃時，儘量選用南北走向的渠道，使陰陽兩坡段日照和風作用的條件相差不很大，使兩坡的凍深和凍結情況儘量相同，以減小不均勻凍脹變形;
9渠基儘量選用粗砂、礫石等粗顆粒土，減少基礎凍脹量，儘可能迴避開粘土、粉質土壤和高地下水地段。
總之，規劃好、設計好、建設好渠道防滲工程可以有效地提高渠系水利利用係數，充分發揮現有工程的效益，防止土壤鹽鹼化及沼澤化，更有效地防止渠道沖刷、淤積及坍塌。所以，渠道防滲的作用顯著。
參考文獻：
[1]張明光，石金堂.淺析渠道防滲工程中的問題.節水灌溉.2009，1.
[2]林琳，石白堂.防滲渠道中U形斷面和梯形之優劣比較.灌溉排水學報.2007，122.
[3]陝西省水利科學研究所.渠道防滲.北京:水利電力出版社，2009.
篇2
論工程設計中的安全設計
摘要：安全是對工程設計一個必不可少的倫理要求。安全設計的策略不僅用來降低預計的傷害的可能性，也用於避免無法賦概率值的不可預測的危險和可能發生的事情。安全設計有著重要的倫理標準，如它決定一個設計者對其所設計的客體的預期使用或誤用的責任。
關鍵詞：安全;風險;安全設計;安全壁壘：道德規範
一、安全性――工程設計中的倫理問題
有關工程設計道德規範方面的文獻認為安全是必不可少的倫理要求，而設計師有責任考慮建築物在預期的使用中的安全。然而，仍需要詳細說明至少兩個方面的問題。
第一個問題包括回答“安全避免什麼”?安全關心的是避免在倫理上要去避免的幾種型別的事故。在工程設計中，安全通常包括避免遭受因設計客體的有意使用而造成的無意的人身死亡或損傷。那麼它包括避免在可預測但無意的客體的使用中的事故嗎?包括避免罪犯或恐怖主義者們對客體的惡意使用嗎?Kemper 2004還包括避免對健康的長期影響、包括避免對環境的破壞嗎?
以橋樑的設計為例，橋樑的設計者通常要對其建築物結構的可靠性負責。一座橋樑崩塌，我們認為其設計者該負責任。當人們在拱形上攀巖或行走，或當有人在橋上跳水，或當有人在橋上向經過的船隻或交通工具上扔東西，事故發生了。橋樑的黑暗處或不可接近處被用於犯罪活動……許多這類問題並不能歸因於橋樑的建築者。van Gorp 2005
本文支援設計者的責任的一種廣義的定義。設計者通常要解決預期的消費者不可能解決的安全問題。然而，設計者並不能解決在預期使用中的所有問題，也不可能預測產品的所有預期使用和誤用，因而也不能對無法預見到的事故負責任。安全的另一個需要詳細說明的方而是安全避免某事件意味著什麼。本文將通過研究工程設計中的某些重要原則來說明這一問題。
二、安全設計中的原則
在工程這一獨特領域中有很多安全設計的處理方法，但有四種設計原則可被看作為安全設計的工程原則的典型。
1固有的安全設計。在安全工程中的第一步是儘可能的減小建築過程中的固有危險。這就是說潛在的危險是被排除而不是包括進來或者以別的方式處理了。因此，危險品或反應被較不危險的所替代，這是在壓縮過程中使用危險物的首選。
2安全係數。建築物應足夠堅固來抵抗超過其料想的負荷和騷動。一種獲取某種安全儲景的普遍方法是使用明確的可供選擇的數字安全係數。因而，當建一座橋需要的安全係數是2時，那麼在實際中它最大可承受2倍的負荷。
3負面反饋。負面反饋機制用於在裝置失靈或操作失控的情況下達到一種自我關閉狀態。如：當一個蒸汽鍋爐裡的壓力太高時安全閥會放掉蒸汽，當駕駛員睡著時錨定物的手柄。使火車自動停開。在核工業中，最要重的安全措施之一是在危急情況下確保反應堆自動關閉。
三、安全性，風險和不確定性
安全是風險的反義詞，在這種意義上來說一種設計的安全是降低風險。在或然風險分析PRA，也稱為或然安全分析，PSA中，風險是以數字術語來定義的，安全設計可暫時性的定義為降低或減小風險的設計。但這並非是安全設計的一種可行的定義，本文引入決策論來區別風險和不確定性。
在決策論中，風險和不確定性是知識缺乏的兩個重要範疇。在有風險的情況下做決定時，事故的可能性是知道的，然而在不確定情況下做決定，可能性不是不知道就是知道的精確度不夠。不確定性包括很多可能發生的事故，不僅僅是他們的可能性不知道。Hansson 1996幾乎所有的決定是在非確定的條件下的決定。在這個層而上來說，在風險的條件下做決定並不意味著這些決定是在完全知道其可能性的條件下做出的，而意味著我們選擇通過把它作為知道其可能性的案例來簡化這些要決定的問題的描述。
嚴格意義上說，減小不確定性是一個認知目標而非實踐。通過減小不確定性，我們將自身置於我們能夠做出更多的較好的且實用的決定，如在風險降低上。在不同程度的兩個不確定性中做抉擇，選擇一個不確定性小的事物我們可以把風險限制在一個較精確的範圍之內。
總之，工程設計既要考慮或然論中的不確定性也要考慮不可能中的可能性。前者跟後者一樣都與倫理相關。
四、安全係數
從人類的起源起，我們就一直使用安全儲量。為了安全，我們給房子、工具或其他建築增加額外的力量。然而，為了規定安全儲量的標準，使用數字係數似乎是最近才開始的，大概是起源於19世紀後半葉。在19世紀60年代，德國鐵路工程師A. Wohler建議抗壓係數為2。Randall1976現在，安全係數的使用已在結構機械學和各種不同的工程原則中確立了。安全係數體系已發展成為規範和標準了。
一個安全係數預計要避免一套特定的綜合危險機制，並且不同的安全係數被用來避免不同的此類機制。一個安全係數被用於抗塑料製品的變形，而另一個被用於抗疲勞等等。一個不會導致特定型別的故障發生的最大負荷措施與一個與適用負荷相應的措施之間的比等於安全係數。在很多例子中，安全係數就是以估計的設計壽命與實際的耐用壽命的比來表示的。
在應用中，安全差數用於代替安全係數。一種安全差數與安全係數的不同在於安全差數採用加法而非乘法。為了充分保持在空中飛行的飛機問的距離，安全差數以最小距離的形式被採用。安全差數也被用於結構工程，如在堤岸的可靠性的地理技術計算上。Duncan 2000
理論上，使用結構系統可靠性的設計比建立在安全係數基礎上的設計更合理。然而，由於在材料濃度的使用和實用的負荷上的統計資料的缺乏，基於安全係數基礎上的設計觀念仍占主導地位。
以上所列出的最後三項涉及到我們理論中的誤差和實際應用中的誤差，不能簡單的視為或然性不確定的例子。換句話說，計算中的誤差的可能性或其基礎是使用安全係數的一個重要原因。不確定性不能簡化為我們測定或引入計算中的概率。但安全係數常被用於處理那些能夠用或然術語解釋和不能用或然術語解釋的故障。
五、安全壁壘
核廢棄物處理就是應用多重安全壁壘的例子。被提議的地下核廢棄物倉庫都有多重壁壘。以最近瑞典的核廢棄物工程為例。廢棄物放置於一個銅製濾毒罐中用於避免可預見的危險。濾毒罐是由一層斑脫土環繞，用來防止運動中的小晃動，也擔當一個避免放射性核洩漏的過濾器。
所有的工程都是置於深巖或地質層組中，挑選這些地方是為了使放射性核洩漏到地表面的可能性減到最小。壁壘的整個體系的建構有著很大的冗餘，因而如果一重壁壘實效，餘下的還可以運作。隨著或然風險分析標準的提出，一系列的壁壘被認為是不必要的了。或許由於計算中的未知的原因致使銅製濾毒罐實效。那麼，放射性核就保留在斑脫土裡面了。在這一案例中，冗餘可被看作是迎合懷疑主義和其反對派的一種方法。儘管並沒有不證自明的證據來說明多餘的安全壁壘會使大眾覺得更安全。
現在，假設一個造船工程師提出可以造一艘不沉的船的計劃。一項或然風險分析表明此船沉沒的可能性相當小。基於或然風險分析，要進行一項風險利益分析。該分析顯示救生艇的經濟成本是沒有辯護餘地的。每一艘救生艇救一條生命的預期成本在1000,000,000美元以上，這一大筆錢足可以挽救其他地方的很多條生命。因此，風險利益分析顯示這艘船是不應該裝備救生艇的。
六、結論
在工程倫理上的最重要的安全問題中，很多問題涉及到不能賦概率估算值的危險。在工程設計有關安全的重要策略中，至少有兩條是合理的，即安全係數和多重安全壁壘，它們不僅涉及風險在標準且或然的意義上來說而且涉及不確定性。
目前，在工程設計的幾個領域中，存在或然風險分析的加劇使用的趨勢，這是好壞摻半的。它可致使將一方面的關注放在那些賦概率估算值的危險上。或然風險分析是一種重要的設計工具，但由於它不能解決不確定性問題，因而它不是安全設計的最後仲裁者。安全係數和多重壁壘是設計過程中不可缺的部分，安全問題上的倫理沉思和討論也是如此。概率計算也不可能永久的替代工程師的倫理責任判斷。