工程设计是指对工程项目的建设提供有技术依据的设计文件和图纸的整个活动过程，是建设项目生命期中的重要环节。下文是小编为大家整理的关于工程设计论文的范文，欢迎大家阅读参考!

工程设计论文篇1

渠道防渗工程设计

[摘 要] 我国灌溉渠系水的利用系数很低，渠道渗漏损失掉的水量所占的比例很大。大量工程实践证明，采取渠道防渗措施以后，可以有效减少渗漏损失。鉴于此，本文对渠道防渗工程设计进行了探讨。

[关键词] 断面 气候 地域

一、前言

渠道防渗是我国目前使用最广泛的节水工程措施，它可以极大地减少农业灌溉用水的浪费，节水潜力巨大。用渠道防渗技术后，可以减少渗漏损失的70%-90%，极大地提高灌溉渠系水利用系数，缓解农业用水供需矛盾，节约的水可扩大灌溉面积，进一步促进农业生产的发展，可以减少渠道占地3%~5%，防止渠道冲刷、淤积及坍塌，节约运行管理费用，有利于灌区的管理。可以降低地下水位，防止土壤盐碱化及沼泽化，有利于生态环境和农业现代化建设。渠道防渗是节约用水、实现节水型农业的重要内容，如按我国渠系水利用系数提高0.1计算，则每年可节约用水量344.5亿m3。由此可见，渠道防渗的节水效益十分显著。

二、渠道防渗设计应考虑的因素

1、气候条件

气候条件是渠道防渗工程设计和施工应要考虑的基本因素。它对防渗材料的耐久性和施工方法具有决定性作用，也是工程防冻胀设计的决定性因素。

2、地形条件

在渠道防渗措施中，压力管道受地形影响最小，但造价高;低压管道、输水槽以及混凝土等防渗渠道，较能适应地形的变化;而土料及埋铺式膜料(土保护层)防渗渠道，因允许流速小(为混凝土的1/6左右)，只能用于较平坦地区。因此，选择防渗方案时，应考虑地形条件。

3、基土性质

基土的渗透性是决定有无防渗必要和采用哪种防渗措施的关键，土的冻胀敏感性和抗压强度等都是工程设计应考虑的主要性能。对黄土类、壤土类等基础好、渠床稳定的地区、一般采用混凝土、砌石等防渗措施。但在含膨胀性粘土或石膏以及孔状灰岩的渠基上，一般不宜采用刚性材料，应采用厚压实土料，或埋铺式膜料类的柔性防渗措施。对于湿陷性黄土渠基，防渗前做完浸水处理后，最好采用埋铺式膜料防渗。也可以改变渠线，使渠道绕过不良土质地带。无法改线时，可用砂、砾石或其他土料换基，以代替不良土壤。但此法造价高，除有抗冻害要求和附近有合适的代换材料外，一般不宜采用。在选择防渗方案时，应尽量考虑土渠开挖土方的应用问题。如有适宜的土料，可采用压实土料防渗;如开挖的土料不能压实，但可以用作膜料防渗的保护层时，则应采用埋铺式膜料防渗。

4、地下水位

地下水位高于渠底时，防渗层存在承受扬压力的问题。必须在防渗层下设排水设施。在寒冷地区，地下水位的高低，是防渗工程进行防冻胀设计时需要考虑的。

5、土地利用及灌溉系统的形式

为减少占地，在城郊及人口密集地区，应采用暗渠(管)、输水槽或边坡较陡的如U、矩形断面等刚性材料防渗渠道。为了改善旧有灌溉系统和用水方式，如合并地块，改连续输水为轮流输水，改变种植作物等，都应考虑采用刚性材料防渗，使配水渠系占地最小。同时也使轮流输水的渠系能更好地满足配水要求。

6、防渗材料

在水费很高的地区，渗漏有可能引起渠基失稳，影响正常运行的渠道，防渗标准应提高。建议采用下铺膜料，上部用混凝土板作保护层的措施，如在混凝土层下加铺聚氯乙烯薄膜，可减少渗漏量95%。只要持续12年，节约的水量，就足以抵偿塑膜增加的投资。

7、材料来源

应本着因地制宜、就地取材的原则选用防渗措施。料源应充足。如当地无砂、石料而又必须采用混凝土防渗的重要工程，可以采用在他处预制，运到当地施工，或采用人工制砂、石的办法。当水中含有较多泥沙，且渠基为砂砾石时，如旧渠由于运用时间己久，有天然淤填的作用，也可能不再需要采用其他防渗措施等。

8、管理养护

如渠道需要频繁地放水和停水，渠道水位有较大的升降变化时，最好采用刚性材料防渗，土料防渗，不能控制杂草及淤积，同时在劳力昂贵的地方，并不比刚性材料防渗便宜明铺式膜料，薄粘土层或薄压实土料防渗，易受牲畜践踏等外力破坏，故在使用上受到限制。在己成土渠上建防渗工程，因施工时间短，渠基不能很快干燥，很难采用现浇的刚性材料护面，故最好能采用机械或人工预制安装混凝土板的措施，以加快进度。

三、渠道防渗工程设计注意事项

1、搜集材料

(1)水文气象、地质和地形资料。

1)取得水源的有关水文、泥沙、水质、冰情以及工程地点的降水、蒸发、气温、负气温指数、冻融期、冻土深度、风向、风速等水文气象资料。可采用条件相似的邻近水文、气象(台)的多年资料平均值，其资料系列不宜少于20年。

2)渠道沿线应按有关规程、规范要求进行必要的地质勘测，取得岩土分类、断层、裂隙、滑坡和隐患等工程地质资料，以及土的颗粒组成、含水量、干密度、孔隙率、流塑限、有机质、可溶盐、冻胀性、湿陷系数、渗透系数和抗剪强度等物理、力学、化学性质资料。

3)地下水堤深小于5m的渠道，应取得地下水类型、埋深、动态、流向、补给和排泄条件、水质与污染源等水文地质资料。

4)应取得灌区地形图、渠形平面布置科和渠道纵横断面图，必要时还应有带状地形图。

(2)建筑材料和施工条件资料。

l)应搜集渠道附近的水泥、石灰、砂、石、膜料、沥青等建筑材料的产源、产(储)量、质量、开采与运输条件、单价等资料。

2)应取得施工机械设备、技术人员、劳力供给、施工用水、电源、交通、通讯和工期要求等施工条件资料。其他资料。

3)扩建、改建工程，应对渠道渗漏情况和工程病害进行调查，取得原渠道的水力要素、渗漏量以及渠床土质和水分状况等资料。

4)搜集当地己建成渠道防渗工程的设计与施工资料、管理运用经验、试验研究成果和竣工验收等资料。

2、断面形式选择

明渠可选用矩形、梯形(包括弧形底梯形、弧形坡脚梯形)、u形和复合形;无压暗渠可选用城门洞形、箱形、正反拱形和圆形。其中梯形断面施工简便、边坡稳定，在地形，地质无特殊问题的地区，可普遍采用。弧形底梯形、弧形坡脚梯形、弧形、U形渠道等;由于适应冻胀变形的能力强，能在一定程度上减轻冻胀变形的不均匀性，在北方地区得到了推广应用。

根据观测，弧形底部因不均匀冻胀变形造成的折角变形，平均为0.18°，梯形平底折角变形平均为4.5°;弧形断面可大减轻冻胀开裂及消融时的滑塌破坏。U形渠目前在全国10多个省、市的中、小流量的渠道上得到普遍的使用，其主要优点是:①水力条件好，近似最佳水力断面，可减少衬砌工程量，输沙能力强，有利于高含沙引水。②在冻胀性和湿陷性地基上有一定的适应地基不均匀变形的能力。③渠口窄，节省土地减少挖填方量。④整体性强，防效果优于梯形渠道。⑤便于机械化施工，可加快施工进度.胀破坏严重的地区，目前尚限于在小流量渠道上应用。暗渠具有占地很少、在城镇区安全性能高、水流不易污染等优点.在冻土地区，暗渠可避免冻胀破坏。

3、具体设计

(1)南方渠道的防渗设计。

南方地区雨水多，季节变化温差较小，纵坡陡，特别是冬季气温较高，一般不下雪、结冰。所以它的渠道设计有如下特点:

l)土料及埋铺式膜料防渗渠道，因允许流速小，不适宜南方地区;

2)南方地区没有冻胀危害，故不考虑冻胀问题;

3)南方地区地下水位较高，一般要在防渗层下设排水设施;

4)南方地区一般用刚性材料护坡，其坡比可选用较大值;

5)南方地区人口密度较大，应尽量采用暗渠(管)、输水槽或边坡较陡的U形、矩形断面等刚性材料防渗渠道，以尽量减少占地;

6)南方地区地下水丰富、地下水位较高，易引起渠基失稳，影响渠道的正常运行，故防渗标准应提高。

(2)北方渠道的防渗设计。

北方与南方相比其防渗设计有其不同特点:

l)北方地区水量少，降水少，故在设计时注意其渗漏损失问题，要尽量采用混凝土、沥青混凝土等渗漏量比较小的防渗结构，其防渗结构厚度要取大值，伸缩缝要严格处理;

2)北方地区地形平，其渠水水流流速相对较低，易产生淤积，故设计时在选材、确定纵坡上要重点考虑不淤流速;3)北方地区气温特别低，渠道的土基和防渗结构易冻害，设计时要采取适当措施，尽量降低或减少冻害，防止渠道坍塌、破坏;

4)北方地区由于存在冻胀问题，一般选用弧形底梯形、弧形坡脚梯形、弧形、U形渠道等，以较强地适应冻胀变形的能力，在一定程度上减轻冻胀变形的不均匀性。

5)北方地区地下水位较低，降雨量少，一般渠道断面较小，流量较小，不考虑水位骤降问题，边坡较陡;

6)为了加强其砌体的整体性，针对北方地区特点，一般选用强度等级较高的水泥混合砂浆砌筑，水泥砂浆勾缝，砌筑缝要妥善设计，认真施工，防止产生裂缝、隆起架空、滑塌等发生;

7)为了提高渠道衬砌的抗冻能力，其混凝土板厚适当选用较大值，施工时注意振捣密实;

8)设计规划时，尽量选用南北走向的渠道，使阴阳两坡段日照和风作用的条件相差不很大，使两坡的冻深和冻结情况尽量相同，以减小不均匀冻胀变形;

9)渠基尽量选用粗砂、砾石等粗颗粒土，减少基础冻胀量，尽可能回避开粘土、粉质土壤和高地下水地段。

总之，规划好、设计好、建设好渠道防渗工程可以有效地提高渠系水利利用系数，充分发挥现有工程的效益，防止土壤盐碱化及沼泽化，更有效地防止渠道冲刷、淤积及坍塌。所以，渠道防渗的作用显著。

参考文献：

[1]张明光，石金堂.浅析渠道防渗工程中的问题.节水灌溉.2009，1.

[2]林琳，石白堂.防渗渠道中U形断面和梯形之优劣比较.灌溉排水学报.2007，12(2).

[3]陕西省水利科学研究所.渠道防渗.北京:水利电力出版社，2009.

工程设计论文篇2

论工程设计中的安全设计

摘要：安全是对工程设计一个必不可少的伦理要求。安全设计的策略不仅用来降低预计的伤害的可能性，也用于避免无法赋概率值的不可预测的危险和可能发生的事情。安全设计有着重要的伦理标准，如它决定一个设计者对其所设计的客体的预期使用或误用的责任。

关键词：安全;风险;安全设计;安全壁垒：道德规范

一、安全性――工程设计中的伦理问题

有关工程设计道德规范方面的文献认为安全是必不可少的伦理要求，而设计师有责任考虑建筑物在预期的使用中的安全。然而，仍需要详细说明至少两个方面的问题。

第一个问题包括回答“安全避免什么”?安全关心的是避免在伦理上要去避免的几种类型的事故。在工程设计中，安全通常包括避免遭受因设计客体的有意使用而造成的无意的人身死亡或损伤。那么它包括避免在可预测但无意的客体的使用中的事故吗?包括避免罪犯或恐怖主义者们对客体的恶意使用吗?(Kemper 2004)还包括避免对健康的长期影响、包括避免对环境的破坏吗?

以桥梁的设计为例，桥梁的设计者通常要对其建筑物结构的可靠性负责。一座桥梁崩塌，我们认为其设计者该负责任。当人们在拱形上攀岩或行走，或当有人在桥上跳水，或当有人在桥上向经过的船只或交通工具上扔东西，事故发生了。桥梁的黑暗处或不可接近处被用于犯罪活动……许多这类问题并不能归因于桥梁的建筑者。(van Gorp 2005)

本文支持设计者的责任的一种广义的定义。设计者通常要解决预期的消费者不可能解决的安全问题。然而，设计者并不能解决在预期使用中的所有问题，也不可能预测产品的所有预期使用和误用，因而也不能对无法预见到的事故负责任。安全的另一个需要详细说明的方而是安全避免某事件意味着什么。本文将通过研究工程设计中的某些重要原则来说明这一问题。

二、安全设计中的原则

在工程这一独特领域中有很多安全设计的处理方法，但有四种设计原则可被看作为安全设计的工程原则的典型。

1)固有的安全设计。在安全工程中的第一步是尽可能的减小建筑过程中的固有危险。这就是说潜在的危险是被排除而不是包括进来或者以别的方式处理了。因此，危险品或反应被较不危险的所替代，这是在压缩过程中使用危险物的首选。

2)安全系数。建筑物应足够坚固来抵抗超过其料想的负荷和骚动。一种获取某种安全储景的普遍方法是使用明确的可供选择的数字安全系数。因而，当建一座桥需要的安全系数是2时，那么在实际中它最大可承受2倍的负荷。

3)负面反馈。负面反馈机制用于在装置失灵或操作失控的情况下达到一种自我关闭状态。如：当一个蒸汽锅炉里的压力太高时安全阀会放掉蒸汽，当驾驶员睡着时锚定物的手柄。使火车自动停开。在核工业中，最要重的安全措施之一是在危急情况下确保反应堆自动关闭。

三、安全性，风险和不确定性

安全是风险的反义词，在这种意义上来说一种设计的安全是降低风险。在或然风险分析(PRA，也称为或然安全分析，PSA)中，风险是以数字术语来定义的，安全设计可暂时性的定义为降低或减小风险的设计。但这并非是安全设计的一种可行的定义，本文引入决策论来区别风险和不确定性。

在决策论中，风险和不确定性是知识缺乏的两个重要范畴。在有风险的情况下做决定时，事故的可能性是知道的，然而在不确定情况下做决定，可能性不是不知道就是知道的精确度不够。不确定性包括很多可能发生的事故，不仅仅是他们的可能性不知道。(Hansson 1996)几乎所有的决定是在非确定的条件下的决定。在这个层而上来说，在风险的条件下做决定并不意味着这些决定是在完全知道其可能性的条件下做出的，而意味着我们选择通过把它作为知道其可能性的案例来简化这些要决定的问题的描述。

严格意义上说，减小不确定性是一个认知目标而非实践。通过减小不确定性，我们将自身置于我们能够做出更多的较好的且实用的决定，如在风险降低上。在不同程度的两个不确定性中做抉择，选择一个不确定性小的事物我们可以把风险限制在一个较精确的范围之内。

总之，工程设计既要考虑或然论中的不确定性也要考虑不可能中的可能性。前者跟后者一样都与伦理相关。

四、安全系数

从人类的起源起，我们就一直使用安全储量。为了安全，我们给房子、工具或其他建筑增加额外的力量。然而，为了规定安全储量的标准，使用数字系数似乎是最近才开始的，大概是起源于19世纪后半叶。在19世纪60年代，德国铁路工程师A. Wohler建议抗压系数为2。(Randall1976)现在，安全系数的使用已在结构机械学和各种不同的工程原则中确立了。安全系数体系已发展成为规范和标准了。

一个安全系数预计要避免一套特定的综合危险机制，并且不同的安全系数被用来避免不同的此类机制。一个安全系数被用于抗塑料制品的变形，而另一个被用于抗疲劳等等。一个不会导致特定类型的故障发生的最大负荷措施与一个与适用负荷相应的措施之间的比等于安全系数。在很多例子中，安全系数就是以估计的设计寿命与实际的耐用寿命的比来表示的。

在应用中，安全差数用于代替安全系数。一种安全差数与安全系数的不同在于安全差数采用加法而非乘法。为了充分保持在空中飞行的飞机问的距离，安全差数以最小距离的形式被采用。安全差数也被用于结构工程，如在堤岸的可靠性的地理技术计算上。(Duncan 2000)

理论上，使用结构系统可靠性的设计比建立在安全系数基础上的设计更合理。然而，由于在材料浓度的使用和实用的负荷上的统计数据的缺乏，基于安全系数基础上的设计观念仍占主导地位。

以上所列出的最后三项涉及到我们理论中的误差和实际应用中的误差，不能简单的视为或然性不确定的例子。换句话说，计算中的误差的可能性或其基础是使用安全系数的一个重要原因。不确定性不能简化为我们测定或引入计算中的概率。但安全系数常被用于处理那些能够用或然术语解释和不能用或然术语解释的故障。

五、安全壁垒

核废弃物处理就是应用多重安全壁垒的例子。被提议的地下核废弃物仓库都有多重壁垒。以最近瑞典的核废弃物工程为例。废弃物放置于一个铜制滤毒罐中用于避免可预见的危险。滤毒罐是由一层斑脱土环绕，用来防止运动中的小晃动，也担当一个避免放射性核泄漏的过滤器。

所有的工程都是置于深岩或地质层组中，挑选这些地方是为了使放射性核泄漏到地表面的可能性减到最小。壁垒的整个体系的建构有着很大的冗余，因而如果一重壁垒实效，余下的还可以运作。随着或然风险分析标准的提出，一系列的壁垒被认为是不必要的了。或许由于计算中的未知的原因致使铜制滤毒罐实效。那么，放射性核就保留在斑脱土里面了。在这一案例中，冗余可被看作是迎合怀疑主义和其反对派的一种方法。(尽管并没有不证自明的证据来说明多余的安全壁垒会使大众觉得更安全)。

现在，假设一个造船工程师提出可以造一艘不沉的船的计划。一项或然风险分析表明此船沉没的可能性相当小。基于或然风险分析，要进行一项风险利益分析。该分析显示救生艇的经济成本是没有辩护余地的。每一艘救生艇救一条生命的预期成本在1000,000,000美元以上，这一大笔钱足可以挽救其他地方的很多条生命。因此，风险利益分析显示这艘船是不应该装备救生艇的。

六、结论

在工程伦理上的最重要的安全问题中，很多问题涉及到不能赋概率估算值的危险。在工程设计有关安全的重要策略中，至少有两条是合理的，即安全系数和多重安全壁垒，它们不仅涉及风险(在标准且或然的意义上来说)而且涉及不确定性。

目前，在工程设计的几个领域中，存在或然风险分析的加剧使用的趋势，这是好坏掺半的。它可致使将一方面的关注放在那些赋概率估算值的危险上。或然风险分析是一种重要的设计工具，但由于它不能解决不确定性问题，因而它不是安全设计的最后仲裁者。安全系数和多重壁垒是设计过程中不可缺的部分，安全问题上的伦理沉思和讨论也是如此。概率计算也不可能永久的替代工程师的伦理责任判断。