水利水電工程技術(shù)學(xué)課件

1、水利水電工程技術(shù)一、 水利水電（樞紐）工程的等級(jí)劃分：根據(jù)劃分標(biāo)準(zhǔn)及洪水標(biāo)準(zhǔn)，由其規(guī)模、效益及重要性分、等五等，適用防洪、灌溉、發(fā)電、供水和治澇等水電工程。對(duì)于綜合利用的水電工程，其工程等級(jí)劃分應(yīng)按最高的等級(jí)劃分。即哪一個(gè)最高即按最高的這一個(gè)等級(jí)來劃分。二、 水工建筑物的級(jí)別劃分：主要反映水工建筑物的技術(shù)要求和安全要求，根據(jù)水電工程的等級(jí)及其作用與重要性來確定。分永久性（工程運(yùn)行期間長(zhǎng)期使用的建筑物，根據(jù)重要性又分主要和次要建筑物，如大壩和攔污柵）和臨時(shí)性（施工期間暫用的建筑物，工程完工后要拆除，目的是為永久性建筑物的施工創(chuàng)造條件，如施工導(dǎo)流明渠、圍堰等）兩種水工建筑物。永久性水工建筑物根據(jù)工

2、程的等級(jí)及其重要性分五級(jí)即1、2、3、4、5級(jí)。樞紐工程等別主要建筑物次要建筑物1323344555注：主要建筑物的級(jí)別同工程等別相對(duì)應(yīng)，但次要建筑物則降檔，、對(duì)應(yīng)3級(jí)對(duì)應(yīng)4級(jí)、對(duì)應(yīng)5級(jí)。注：堤防級(jí)別按防洪標(biāo)準(zhǔn)確定。（穿堤建筑物按堤防與建筑物級(jí)別兩者中最高者確定）堤防工程級(jí)別防洪標(biāo)準(zhǔn)（重現(xiàn)期即幾年一遇標(biāo)準(zhǔn)）1100250，100330，50420，30510，20水利水電工程施工期使用的臨時(shí)性擋水和泄水建筑物的級(jí)別，應(yīng)根據(jù)保護(hù)對(duì)象的重要性、失事后果、使用年限和臨時(shí)性建筑物規(guī)模確定。注：一般地，大型的對(duì)應(yīng)3級(jí)、中型的對(duì)應(yīng)4級(jí)、小一型的對(duì)應(yīng)5級(jí)。其同次要建筑物一樣，只有3、4、5三個(gè)等級(jí)。三、 水

3、工建筑物的分類及作用：1、 按作用分：擋水建筑物，攔截水流抬高水位用。如各種壩和水閘以及沿江河海岸修建的堤防、海塘等。 泄水建筑物，渲泄水庫多余水量。如各種溢流壩、壩身泄水孔、岸邊溢洪道等。 輸水建筑物，發(fā)電灌溉供水用的輸水渠道。如引水隧洞、引水涵管、渠道、渡槽、倒虹吸等。 取(進(jìn))水建筑物，輸水建筑物的首部，即進(jìn)水口。如引水隧洞的進(jìn)水口、灌溉渠首和供水用的揚(yáng)水站等。 整治建筑物，用以改善河流的水流條件、調(diào)整河勢(shì)、穩(wěn)定河槽、維護(hù)航道以及為防護(hù)河流、水庫、湖泊中的波浪和水流對(duì)岸坡沖刷的建筑物，如順壩、丁壩、導(dǎo)流堤、護(hù)底和護(hù)岸等。 專門建筑物，是為灌溉、發(fā)電、過壩等需要興建的建筑物。如專為發(fā)電用的

4、引水管道（壓力鋼管即連接輸水渠道的末端與水輪機(jī)蝸殼的進(jìn)口端）、壓力前池、調(diào)壓室、電站廠房；專為灌溉用的沉砂池、沖砂閘；專為過壩用的升船機(jī)、船閘、魚道、過木道等。(指這些如不是為了灌溉發(fā)電及過壩等就可以不用建造的)。2、 按用途分：一般性水工建筑物，具有通用性。 專門性水工建筑物，只實(shí)現(xiàn)其特定的用途。如水電站建筑物、水運(yùn)建筑物、農(nóng)田水利建筑物、給水排水建筑物、過魚建筑物等。3、 按時(shí)間分：永久性和臨時(shí)性兩種。四、 水庫與堤防的特征水位：水庫水位庫容大小決定著水庫調(diào)節(jié)徑流的能力和它所能提供的效益。(1)死水位和死庫容 水庫正常運(yùn)用情況下允許水庫消落到最低的水位稱為死水位，該水位以下的庫容即死庫容。

5、除特殊情況外，死庫容不參與徑流調(diào)節(jié)，即不能動(dòng)用這部分水庫的水量，動(dòng)了也沒用，除非是放空清圩用。它在取水口之上并保證取水口有一定的淹沒深度。 (2)正常蓄水位(正常高水位、設(shè)計(jì)蓄水位、興利水位)和興利庫容 水庫正常運(yùn)用情況下，為滿足設(shè)計(jì)的興利要求（如發(fā)電、養(yǎng)殖、水上旅游等），在設(shè)計(jì)枯水年(或枯水段即非汛期)開始供水時(shí)應(yīng)蓄到的水位，稱為正常蓄水位，又稱設(shè)計(jì)興利水位。該水位與死水位間的庫容即興利庫容。正常蓄水位到死水位間的水庫深度稱為消落深度或工作深度。 (3)防洪限制水位即汛限水位 水庫在汛期允許興利蓄水的上限水位稱為防洪限制水位。也是水庫汛期防洪運(yùn)用時(shí)的起調(diào)水位，即水庫在汛期間的允許最高水位?？?/p>

6、根據(jù)洪水特性和防洪要求，對(duì)汛期不同時(shí)期分段擬定。 (4)防洪高水位和防洪庫容 當(dāng)遇下游有防護(hù)對(duì)象的設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，水庫為控制下泄流量而攔蓄洪水，這時(shí)在壩前達(dá)到的最高水位稱為防洪高水位,即為保護(hù)下游相關(guān)保護(hù)對(duì)象的安全而限制下泄流量，當(dāng)進(jìn)出時(shí)的水庫最高允許水位；如水位不斷上漲，可能超過防洪高水位時(shí)，則應(yīng)通知下游的保護(hù)對(duì)象進(jìn)行撤離，并開閘泄洪。該水位與防洪限制水位間的庫容稱為防洪庫容。當(dāng)防洪限制水位低于正常蓄水位時(shí)，防洪庫容與興利庫容的部分庫容是重疊的，可減小專用防洪庫容，重疊部分稱共用庫容或重疊庫容，在汛期是防洪庫容的一部分，而在汛后則為興利庫容的一部分。 (5)設(shè)計(jì)洪水位和攔洪庫容 水庫遇設(shè)計(jì)洪水

7、（根據(jù)幾年一遇洪水設(shè)計(jì)），在壩前達(dá)到的最高水位稱為設(shè)計(jì)洪水位。該水位與防洪限制水位間的庫容稱為攔洪庫容。 (6)校核洪水位和調(diào)洪庫容 水庫遇校核洪水（根據(jù)幾年一遇洪水校核），在壩前達(dá)到的最高水位稱為校校洪水位。該水位也是設(shè)計(jì)考慮最不利水文條件下水庫允許的最高庫水位，是確定壩高的依據(jù)。該水位與防洪限制水位間的庫容稱為調(diào)洪庫容。 (7)總庫容和有效庫容 校核洪水位以下的全部庫容稱總庫容。校核洪水位與死水位之間的庫容稱有效庫容。堤防水位1 設(shè)防(防汛)水位。開始組織人員防汛值班的水位。 2警戒水位。當(dāng)水位達(dá)到設(shè)防水位后繼續(xù)上升到某一水位時(shí)，防洪堤隨時(shí)可能出險(xiǎn)，防汛人員必須迅速開赴防汛前線，準(zhǔn)備搶險(xiǎn)，

8、這一水位稱警戒水位。 3保證水位。即堤防的設(shè)計(jì)洪水位，河流遇堤防的設(shè)計(jì)洪水時(shí)在堤前達(dá)到的允許的最高水位。五、 土石壩及堤防的構(gòu)造與作用：土石壩就是利用當(dāng)?shù)赝?、石料修筑的擋水建筑物，又稱“當(dāng)?shù)夭牧蠅巍薄Ｆ湓硗亓蜗嗨啤?壩身材料以土料為主的稱為土壩; 壩身材料以石料為主的稱為堆石壩。土石壩之所以普遍被采用，主要有以下原因：一是其筑壩材料極易就地取得；二是施工技術(shù)簡(jiǎn)單；三是對(duì)地基要求低，可以建在非巖基上。土石壩的缺點(diǎn)：（土石壩是松散顆粒的集合體）1、壩頂不能溢流；2、施工導(dǎo)流不方便（導(dǎo)流洞可當(dāng)以后的放空洞）；3、壩體工程量大；4、施工受氣候影響大。土石壩分類：1、按壩高分：高、中、低壩。（高度

9、在30米以下的為低壩、30-70米之間的為中壩、70米以上的為高壩）；2、按施工方法分：碾壓式土石壩、水力沖填壩、水中填土壩、定向爆破堆石壩。其中碾壓式土石壩又分：均質(zhì)壩-壩體斷面不分防滲體和壩殼，基本上由均一的黏性土料筑成。土質(zhì)防滲體分區(qū)壩-（土質(zhì)心墻壩、土質(zhì)斜墻壩、多種土質(zhì)壩）。非土料防滲體壩即人工材料防滲體壩-（心墻壩、面板壩）。如砼面板堆石壩。羅貢樞紐主要建筑物有壩、電廠和泄洪隧洞等。斜心墻土石壩高335m，壩頂長(zhǎng)660 m，壩頂寬20 m，壩底寬l500m，壩體積7550萬立方米。電廠的總裝機(jī)容量360萬kw。壩址基巖為下白至紀(jì)砂巖、粉砂巖，巖石堅(jiān)硬。壩區(qū)地震烈度為9度。各種壩型最高

10、的水庫土石壩統(tǒng)計(jì)表上圖中a為均質(zhì)壩，b、c為粘土心墻壩，d為粘土斜墻壩，e為非土料防滲心墻壩，f為非土料防滲面板壩。均質(zhì)壩粘土心墻壩粘土斜墻壩非土料防滲面板壩非土料防滲心墻壩砼面板堆石壩土石壩構(gòu)造：土石壩的基本剖面是梯形，由壩頂、防滲體、上下游壩坡、壩體排水、地基處理等組成。壩頂寬度：根據(jù)施工、運(yùn)行及抗震等因素確定，如無特殊要求則高壩選用10-15米，中低壩選用5-10米。壩頂護(hù)面：可采用碎石、單層砌石、瀝青或混凝土護(hù)面，IVV級(jí)的土石壩也可用草皮護(hù)面。當(dāng)壩頂有交通要求時(shí)，壩頂護(hù)面應(yīng)滿足公路路面的有關(guān)規(guī)。為排除降雨積水，壩頂護(hù)面可向下游側(cè)放坡，坡度在2%3%之間，并做好向下游的排水系統(tǒng)。壩頂上

11、游側(cè)宜布置防浪墻，墻頂應(yīng)高于壩頂1.001.20m，墻底必須與防滲體緊密結(jié)合，連成一體。防浪墻應(yīng)做成堅(jiān)固不透水的結(jié)構(gòu)，以防高水位時(shí)漏水。尺寸應(yīng)根據(jù)穩(wěn)定和強(qiáng)度條件確定，并設(shè)置變形伸縮縫和做好止水措施。壩頂及防浪墻構(gòu)造圖對(duì)于高壩或兼顧旅游功能的土石壩，下游側(cè)應(yīng)設(shè)置欄桿等安全防護(hù)措施、照明設(shè)施，建筑藝術(shù)處理應(yīng)美觀大方，并與周圍環(huán)境相互協(xié)調(diào)。防滲體：有心墻、斜墻、鋪蓋、截水墻等，作用是減少通過壩體和壩基的滲流量；降低浸潤(rùn)線，增加下游壩坡的穩(wěn)定；降低滲透坡降，防止?jié)B透變形。均質(zhì)壩整體就是個(gè)大的防滲體，由透水性較小的黏土筑成。粘性土心墻和斜墻的頂部水平厚度不小于3米，以便機(jī)械化施工。防滲體頂與壩頂之間應(yīng)設(shè)

12、保護(hù)層，其厚度不小于當(dāng)?shù)乇鶅龌蚋稍锷疃惹也恍∮?米。土質(zhì)防滲體與壩殼的上、下游接觸面，如不能滿足反濾要求，均須設(shè)置反濾層。非土質(zhì)材料防滲體有瀝青混凝土、鋼筋混凝土心墻或斜墻、面板（木板或鋼板）和復(fù)合土工膜等。較常用的是前兩種。土質(zhì)防滲體：頂部最小厚度宜取3.0m。 心(斜)墻頂部、上游墻面應(yīng)設(shè)保護(hù)層，其厚度不得小于1.0m。土質(zhì)防滲體與壩殼的上、下游接觸面，如不能滿足反濾要求，均須設(shè)置反濾層。 非土質(zhì)材料防滲體：瀝青混凝土防滲體具有: 塑性和柔性好，防滲性能較好。滲透系數(shù)約10-710-10cm/s；厚度通常取40125cm。對(duì)于中低壩，其底部厚度可采用壩高的1/401/60，頂部但不應(yīng)小于3

13、0cm。瀝青混凝土斜墻做成雙層式，即在兩層瀝青混凝土防滲層之間夾一層由貧瀝青混凝土鋪成的排水層，如圖（ a），其作用是排除滲過首層防滲層的滲水，但效果并不明顯。近年來許多工程都傾向于采用簡(jiǎn)單的單層式瀝青混凝土斜墻，如圖（b）所示。瀝青混凝土面板構(gòu)造（單位：m）1-瀝青砂膠；2-瀝青砂漿；3-瀝青混凝土（分3層澆筑）；4-排水層；5-瀝青混凝土（分2層澆筑）；6-整平層；7-瀝青砂漿；8-碎石墊層；9-混凝土截水墻；10-瀝青砂漿；11-滑動(dòng)層鋼筋混凝土防滲體：在堆石壩中應(yīng)用，少量土壩有采用。防滲體的型式，以面板或心墻防滲體的。復(fù)合土工膜：利用土工膜作壩體防滲體材料：可以降低工程造價(jià)，

14、而且施工方便快速，不受氣候影響。多用于2級(jí)以下的低壩，可采用土工膜代替粘土、混凝土等，作為壩體的防滲體材料。粘土心墻壩及斜墻壩護(hù)坡：設(shè)置護(hù)坡的目的是為了保護(hù)上游壩坡免受波浪淘刷；順壩雨水水流沖刷、凍脹干裂；冰層和漂浮物等的危害作用；還有防止無粘性土料被大風(fēng)吹散，蛇、鼠和土棲白蟻等動(dòng)物在壩坡中營洞造穴等危害。因此，壩坡表面為土、砂礫石等土石料填筑時(shí)應(yīng)設(shè)置專門的護(hù)坡。護(hù)坡的形式有：草皮、拋石、干砌石、漿砌石、混泥土或鋼筋砼、瀝青砼、水泥土等。上游護(hù)坡：上游壩面要有足夠抗沖能力。已建造的土石壩，多采用堆石、干砌石和漿砌石護(hù)坡和混凝土護(hù)坡。干砌石護(hù)坡：根據(jù)波浪大小可做成單層或雙層，單層厚度約為0.30

15、.5m，如下圖（a）所示；雙層干砌石護(hù)坡厚度約0.40.6m，圖（b）。當(dāng)護(hù)坡與壩體土料之間不滿足反濾要求時(shí)，護(hù)坡底面需設(shè)碎石或礫石墊層，防止庫水位降落和波浪對(duì)壩坡的淘刷。墊層厚度一般為0.150.25m，并滿足反濾要求和不凍要求。漿砌石護(hù)坡：漿砌石是在塊石之間充填砂漿或細(xì)石混凝土。適用于波浪高、壓力大、容易被沖壞的情況。漿砌石護(hù)坡穩(wěn)定性較好，其厚度可比干砌石護(hù) 坡酌情減小。混凝土護(hù)坡：混凝土護(hù)坡有現(xiàn)澆和預(yù)制兩種形式，采用方形5m×5m20m×20m厚度為1520cm的現(xiàn)澆板塊、六角形（50-60cm）預(yù)制塊?；炷涟遄o(hù)坡矩形板六角形板1-矩形混凝土板；2-六角形混凝土板；

16、3-碎石或礫石；4-木板柱；5-結(jié)合縫。 下游護(hù)坡：下游壩坡工作條件相對(duì)上游壩坡好些，一般宜簡(jiǎn)化設(shè)置。下游護(hù)坡型式一般有草皮護(hù)坡、單層干砌石護(hù)坡、卵石或碎石護(hù)坡和混凝土框格填石護(hù)坡等。草皮護(hù)坡：是均質(zhì)壩常見的護(hù)坡形式，國內(nèi)應(yīng)用較普遍，如果壩面排水布置合理，護(hù)坡效果良好，而且可以美化環(huán)境。草皮護(hù)坡的草苗宜采用爬地草或矮草，以減少日常維護(hù)工作。若壩坡為無粘性土?xí)r，則可在草皮下鋪一層2030 cm厚的腐植土，以利于草的生長(zhǎng)。 干砌石護(hù)坡：國內(nèi)使用較多，一般采用單層干砌形式、厚度0.20.3m，通常在石料豐富且砌石費(fèi)用便宜的地區(qū)可以考慮采用。卵石或碎石護(hù)坡：適用于由砂或礫石填筑的下游壩坡，卵石或碎石的

17、粒徑應(yīng)為510cm，厚度40cm。鋼筋混凝土框格填石護(hù)坡：適用壩坡較陡、僅僅采用卵石或碎石護(hù)坡不穩(wěn)定且不適宜采用草皮護(hù)坡的情況?？蚋癯叽缫话銥?5m×45m，框條寬0.2m，厚0.3m，在框格中填卵石或碎石。 對(duì)干砌石、漿砌石、卵石或碎石、瀝青混凝土以及鋼筋混凝土護(hù)坡，護(hù)坡的下部都應(yīng)設(shè)置碎石或砂、砂礫石墊層。墊層厚度約為1530cm。冰凍地區(qū)，墊層厚度還應(yīng)滿足壩坡不凍要求。干砌石護(hù)坡與被保護(hù)的土料之間不滿足反濾要求時(shí)，墊層應(yīng)按反濾要求設(shè)置。為消除護(hù)坡底面積水、降低浸潤(rùn)線和護(hù)坡底面揚(yáng)壓力，現(xiàn)澆混凝土、鋼筋混凝土和漿砌石護(hù)坡均應(yīng)預(yù)留排水孔，排水孔的間距應(yīng)根據(jù)滲水多少而定。 護(hù)坡的范圍：上

18、游護(hù)坡，上部自壩頂開始（如設(shè)防浪墻墻時(shí)應(yīng)與防浪墻連接），下部伸至死水位以下不小于2.50m（IV、V級(jí)壩可減至1.5m），最低水位不確定時(shí)應(yīng)護(hù)至壩腳。下游壩坡應(yīng)由壩頂護(hù)至排水體頂部，無排水體時(shí)也應(yīng)護(hù)至壩腳。壩坡排水： 除了干砌石或堆石護(hù)坡之外，下游壩坡均須設(shè)置壩面排水。為了防止雨水沖刷下游壩坡，常設(shè)縱橫向連通的排水溝。排水應(yīng)包括壩頂、壩坡、壩頭及壩下游等部位的集水、截水和排水措施。同時(shí)，壩坡與岸坡連接處也應(yīng)設(shè)排水溝以攔截山坡上的雨水。，其集水面積應(yīng)包括岸坡積水面積在內(nèi)。用漿砌石或混凝土板鋪設(shè)成矩形或梯形。排水溝的橫斷面可用混凝土澆筑或漿砌石砌筑，一般斷面尺寸應(yīng)不小于深0.2m，寬0.3m。壩較

19、長(zhǎng)時(shí)，則應(yīng)沿壩軸線方向每隔 50 100m 左右設(shè)一橫向排水溝，以便排除雨水。壩面排水系統(tǒng)的布置（圖5-27）、排水溝的尺寸和底坡應(yīng)由計(jì)算確定。（單位：m ）1-壩頂；2-馬道；3-縱向排水溝；4-橫向排水溝；5-岸坡排水溝；6-草皮護(hù)坡；7-漿砌石排水溝排水設(shè)施：對(duì)滲入壩體內(nèi)的水量。應(yīng)設(shè)置排水設(shè)施，將滲水快速，有計(jì)劃地排出壩外，以達(dá)到降低壩體浸潤(rùn)線和孔隙壓力，防止?jié)B流逸出區(qū)域產(chǎn)生滲透變形，保證壩坡穩(wěn)定。在排水設(shè)施與壩體、土基接合處，都應(yīng)設(shè)置反濾層。壩體排水應(yīng)滿足如下三點(diǎn)要求：排水體能自動(dòng)地向壩外排出全部滲水；排水體應(yīng)便于觀測(cè)和檢修；排水體應(yīng)按反濾要求設(shè)計(jì)。常用的排水設(shè)施形式：貼坡排水、棱體排

20、水、褥墊排水、管式排水、綜合排水等。貼坡排水又稱表面排水，它是在下游壩坡底部區(qū)域用石塊或卵石加反濾層鋪砌在壩坡表面的排水設(shè)施，其緊貼下游壩坡表面，由1-2層堆石或砌石筑成。排水頂部應(yīng)高于壩體浸潤(rùn)線逸出點(diǎn)約1.5m2.0m。當(dāng)下游有水時(shí)，排水頂面高程應(yīng)高于波浪沿坡面的爬高；排水下游處應(yīng)設(shè)置排水溝，并應(yīng)具有足夠的尺寸和深度，以便在溝內(nèi)水面結(jié)冰后，下部仍有足夠的排水?dāng)嗝妗Ｌ攸c(diǎn)：這種形式的排水構(gòu)造簡(jiǎn)單，省工節(jié)料，施工和檢修都很方便。但不能降低壩體浸潤(rùn)線，且易因冰凍而失效；常用于中小型工程下游無水的均質(zhì)壩或浸潤(rùn)線較低的中低壩。棱體排水又稱濾水壩趾，它是在下游坡腳處用塊石堆筑而成的排水設(shè)施。頂部高程：應(yīng)超

21、出下游最高水位，高出下游水位1.0m0.5m。超出高度應(yīng)大于波浪沿坡面的爬高，大于該地區(qū)的冰凍深度，并使壩體浸潤(rùn)線至壩坡線的距離大于冰凍深度。頂部寬度： 應(yīng)根據(jù)施工和觀測(cè)的要求確定，一般為1.02.0m。排水內(nèi)坡：一般為1：1.01：1.5；排水外坡：一般為1：1.51：2.0。為使逸出段的滲透比降分布均勻，在非巖性壩基上的棱體排水，應(yīng)避免在棱體上游壩腳處出現(xiàn)銳角，宜做成下圖所示的形式。特點(diǎn)：安全可靠；可以降低壩體浸潤(rùn)線；可以增加壩坡的穩(wěn)定性。缺點(diǎn)：需石料較多，造價(jià)也相對(duì)較高，且與壩體施工有干擾，檢修有一定的困難。壩內(nèi)排水：壩內(nèi)排水包括水平排水、豎式排水、網(wǎng)狀排水帶、排水管等。 水平排水有褥墊

22、式排水和水平排水層，如圖5-31（b）、（c）所示。褥墊式排水是沿壩基表面由塊石鋪成的水平排水層。其伸入壩體內(nèi)的深度一般不宜超過壩底寬的1/41/3；特點(diǎn)：能有效地降低壩體浸潤(rùn)線；增加壩基的滲透穩(wěn)定，造價(jià)也較低；缺點(diǎn)：是不易檢修，施工時(shí)容易堵塞。水平排水層：其目的是在庫水位降落時(shí)，改變上游壩殼滲流方向，降低孔隙壓力，以增加上游壩坡在庫水位降落時(shí)的穩(wěn)定性。下游壩殼的水平排水層有助于孔隙壓力的消散和降低浸潤(rùn)線，對(duì)均質(zhì)壩或壩殼采用透水性弱土料填筑的下游壩坡的穩(wěn)定性有利。其設(shè)置位置、層數(shù)、厚度和伸入壩體內(nèi)長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)滲水量大小確定，排水層厚度不宜小于0.30m，并滿足反濾層最小厚度要求。豎式排水圖5-3

23、1（d）包括直立式排水、上昂式排水和下昂式排水等。設(shè)置豎式排水的目的：是使?jié)B入壩體的滲水通過豎式排水自由順暢地排向下游，保持壩體干燥，有效降低壩體浸潤(rùn)線，防止?jié)B透水流從壩坡逸出。即使是相對(duì)均質(zhì)的土料，因水平碾壓致使水平向滲透系數(shù)大于垂直向滲透系數(shù)，由此而使實(shí)際浸潤(rùn)線比計(jì)算情況偏高。一般的豎式排水頂部通至壩頂附近，底部與壩底的褥墊式排水層連接，通過褥墊式排水排向下游。這是近年來開始采用控制滲流的有效排水方式，對(duì)于均質(zhì)壩和下游壩殼采用強(qiáng)透水性材料。綜合型排水：為充分發(fā)揮各種型式排水的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際工程中，常根據(jù)具體情況將23種不同型式的排水組合應(yīng)用，稱為綜合型排水，如圖5-32所示。例如：當(dāng)下游高水

24、位持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，為節(jié)省石料，可考慮在下游正常水位以上用貼坡排水，以下用棱體排水；當(dāng)浸潤(rùn)線較高采用棱體排水難以滿足設(shè)計(jì)要求且下游有水時(shí)，可采用褥墊式排水與棱體排水組合或采用貼坡、棱體和褥墊式組合型排水型式。 圖5-32反濾層：為避免因滲透系數(shù)和材料級(jí)配的突變而引起滲透變形，在防滲體與壩殼、壩殼與排水體之間都要設(shè)置 2 3 層粒徑不同的砂石料作為反濾層。材料粒徑沿滲流方向由小到大排列。（反濾層是由2-4層顆粒大小不同的砂、碎石或卵石等材料做成的，順著水流的方向顆粒逐漸增大，任一層的顆粒都不允許穿過相鄰較粗一層的孔隙。同一層的顆粒也不能產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)。設(shè)置反濾層后滲透水流出時(shí)就帶不走堤壩體或地基中的

25、土壤，從而可防止管涌和流土的發(fā)生即保土、排水，防止?jié)B透變形。反濾層常設(shè)于土石等材料修筑的堤壩或透水地基上，也常用于防汛中處理管涌、流土等險(xiǎn)情。）堤防構(gòu)造與作用：土質(zhì)堤防的構(gòu)造與作用和土石壩類似，包括壩頂、防滲體、護(hù)坡、壩坡排水及壩體排水、地基處理等構(gòu)造。堤高超過 6m 的背水坡應(yīng)設(shè)俄臺(tái)，寬度不宜小于 1 . 5m ；風(fēng)浪大的海堤、湖堤臨水側(cè)宜設(shè)置消浪平臺(tái)，其寬度可為波高的 1 2 倍，但不宜小于 3m 。城市、工礦區(qū)等修建土堤受限制的地段，宜采用漿砌石、混凝土或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的防洪墻，它們與重力壩的構(gòu)造相似。六、 水閘的組成與作用：水閘是一種既能擋水又能泄水的低水頭水工建筑物，通過閘門啟閉來控

26、制水位和流量，以滿足防洪、灌溉、排澇等的需要。水閘的類型： 按水閘所承擔(dān)的任務(wù)可分為進(jìn)水閘、節(jié)制閘、泄水閘、排水閘、擋潮閘等。 按閘室結(jié)構(gòu)形式可分為開敞式水閘和涵洞式水閘。開敞式水閘：閘室上面是露天的，上面沒有填土，如圖 2F311013 1 所示。當(dāng)引（泄）水流量較大、渠堤不高時(shí)，常采用開敞式水閘。 涵洞式水閘：主要建在渠堤較高、引水流量較小的渠堤之下，閘室后有洞身段，洞身上面填土。根據(jù)水力條件的不同，涵洞式可分為有壓和無壓兩種。水閘的組成部分及其作用：水閘由閘室和上、下游連接段三部分組成，如圖所示。1上游防沖槽2上游護(hù)底3鋪蓋4底板5護(hù)坦（消力池）6海漫7下游防沖槽8閘墩9閘門10胸墻11

27、交通橋12工作橋13啟閉機(jī)14上游護(hù)坡15上游翼墻16邊墩17下游翼墻18下游護(hù)坡閘室：水閘的主體，起擋水和調(diào)節(jié)水流的作用。它包括底板、閘墩、閘門、胸墻、工作橋和交通橋等。 底板：按結(jié)構(gòu)形式，可分為平底板、低堰底板和反拱底板；工程中用得最多的是平底板。根據(jù)底板與閘墩的連接方式不同，平底板可分為整體式和分離式兩種。 整體式底板：底板與閘墩連成整體。作用是將上部結(jié)構(gòu)重量及荷載傳給地基，并有防沖及防滲作用。底板厚度必須滿足強(qiáng)度和剛度要求，可取為 1 / 5 一 1 / 7 倍閘孔凈寬，但不宜小于 0 . 5 一 0 . 7m 。整體式平底板抗震性能較好。中等密實(shí)以下的地基或地震區(qū)適宜采用整體式底板。

28、對(duì)多孔水閘，為適應(yīng)地基不均勻沉降和減小底板內(nèi)的溫度應(yīng)力，需要沿水流方向設(shè)變形縫（溫度沉降縫）將閘室分成若干段，每個(gè)閘段一般不超過 20m 。 分離式底板：閘孔中間的底板與閘墩下的底板之間用沉降縫分開，稱為分離式底板。分離式閘墩底板基底壓力較大，一般宜建在中等密實(shí)以上的地基上。 閘墩：閘墩的作用主要是分隔閘孔，支承閘門、胸墻、工作橋及交通橋等上部結(jié)構(gòu)。閘墩多用 C15 一 C30 的混凝土澆筑，小型水閘可用漿砌塊石砌筑，但門槽部位需用混凝土澆筑。 工作橋：工作橋的作用是安裝啟閉機(jī)和供管理人員操作啟閉機(jī)之用，為鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁或整體板梁結(jié)構(gòu)。橋的高度必須滿足閘門能提出門槽檢修的要求。 胸墻：作用是

29、擋水，以減小閘門的高度?？缍仍?5m 以下的胸墻可用板式結(jié)構(gòu)，超過 5m 跨度的胸墻用板梁式結(jié)構(gòu)；胸墻與閘墩的連接方式有簡(jiǎn)支和固結(jié)兩種。上游連接段：上游連接段由鋪蓋、護(hù)底、護(hù)坡及上游翼墻組成。 鋪蓋：作用主要是延長(zhǎng)滲徑長(zhǎng)度以達(dá)到防滲目的，應(yīng)具有不透水性，同時(shí)兼有防沖功能。常用材料有黏土、混凝土、鋼筋混凝土等，以混凝土鋪蓋最為常見?；炷龄伾w常用 C15 混凝土澆筑，厚度0.2 一0.4m ，鋪蓋與底板接觸的一端應(yīng)適當(dāng)加厚，并用沉降縫分開，縫內(nèi)設(shè)止水，如圖 2F311013 一 2 所示。護(hù)底與護(hù)坡：它的作用是防止高速水流對(duì)渠（河）底及邊坡的沖刷，長(zhǎng)度一般為 3 一 5 倍堰頂水頭。材料有干砌石

30、、漿砌石或混凝土等。 上游翼墻：它的作用是改善水流條件、擋土、防沖、防滲等。其平面布置形式有圓弧形翼墻、扭曲面翼墻、八字形翼墻和隔墻式翼墻等；結(jié)構(gòu)形式有重力式、懸臂式、扶壁式和空箱式等。 重力式翼墻：如圖 2F311013 一 3 所示，依靠自身的重量維持穩(wěn)定性，材料有漿砌石或混凝土，適用于地基承載力較高、高度在 5 一 6m 以下的情況，在中小型水閘中應(yīng)用很廣。 懸臂式翼墻：擋土墻是固結(jié)在底板上的懸臂結(jié)構(gòu)，由鋼筋混凝土筑成。適用于高度在 6 一 9m 左右、地質(zhì)條件較好的情況。扶壁式翼墻：扶壁式翼墻是由直墻、底板和扶壁組成的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。適用于高度在 8 一9m 以上、地質(zhì)條件較好的情況。

31、空箱式翼墻：空箱式翼墻是扶壁式翼墻的特殊形式。由頂板、底板、前墻、后墻、隔墻與扶壁組成。適用于高度較高、地質(zhì)條件較差的情況。下游連接段：通常包括護(hù)坦、海漫、下游防沖槽（齒墻）以及下游翼墻與護(hù)坡等。 護(hù)坦：承受高速水流的沖刷、水流脈動(dòng)壓力和底部揚(yáng)壓力的作用，因此要求護(hù)坦應(yīng)具有足夠的重量、強(qiáng)度和抗沖耐磨能力，通常用混凝土筑成，也可采用漿砌塊石。為了防止不均勻沉降而產(chǎn)生裂縫，護(hù)坦與兩側(cè)翼墻底板及閘室底板之間，均應(yīng)設(shè)置沉陷縫。縫的位置如在閘基防滲范圍內(nèi)，縫中應(yīng)設(shè)止水。海漫與防沖槽：在消力池后面應(yīng)設(shè)置海漫與防沖槽，如圖 2F311013 一 4 所示。其作用是繼續(xù)消除水流余能，調(diào)整流速分布，確保下游河床

32、免受有害沖刷。海漫構(gòu)造要求：表面粗糙，能夠沿程消除余能；透水性好，以利滲流順利排出；具有一定的柔性，能夠適應(yīng)河床變形。海漫材料一般采用漿砌或干砌塊石。在海漫末端與土質(zhì)河床交接處可能會(huì)遭受沖刷，因此在海漫末端設(shè)置防沖槽與下游河床相連，以保護(hù)海漫末端不受沖刷破壞。 下游翼墻與護(hù)坡：同上游翼墻與護(hù)坡基本相同，護(hù)坡要做到防沖槽尾部。下游八字形翼墻的總擴(kuò)散角在 150一 240之間。 七、 砼壩的構(gòu)造與作用：砼的主要類型有重力壩、拱壩、支墩壩三種。重力壩主要依靠自身重量產(chǎn)生的搞滑力維持其穩(wěn)定性。用砼或漿砌石筑成，壩軸線一般為直線，并有垂直于壩軸線的橫縫將壩體分成若干段，橫剖面基本成三角形。重力壩按筑壩材

33、料的不同分為:混凝土重力壩（用于重要的重力壩及高壩）和漿砌石重力壩（主用于中低壩）。 重力壩按其結(jié)構(gòu)形式分為:實(shí)體重力壩;寬縫重力壩；空腹重力壩。 重力壩按泄水條件可分為非溢流壩和溢流壩兩種剖面。 重力壩按高度分為高壩（大于70米）、中壩和低壩（小于30米）。重力壩按施工方法分澆筑砼重力壩、碾壓砼重力壩。 重力壩構(gòu)造包括：壩頂結(jié)構(gòu)、壩體分縫、止水、排水、廊道布置等內(nèi)容。壩頂結(jié)構(gòu)-墻頂一般用實(shí)體結(jié)構(gòu)，頂面按路面設(shè)計(jì)，在壩頂上布置排水系統(tǒng)和欄桿或防浪墻等以及照明設(shè)備，如圖a所示。也可采用輕型結(jié)構(gòu),如圖b所示.非溢流壩段的壩頂上游應(yīng)設(shè)置防浪墻，以降低壩體高度，墻身與壩體連成整體的鋼筋砼結(jié)構(gòu)，并有足夠

34、的厚度以抵擋波浪及漂浮物的沖擊，墻高為1.2米。澆筑砼壩頂最小寬度為3米，碾壓砼壩頂最小寬度為5米。溢流壩段一般應(yīng)有閘墩、工作橋、閘門、啟閉設(shè)備、胸墻及交通橋等。壩頂結(jié)構(gòu)布置壩體分縫-為適應(yīng)施工期砼的澆筑能力和溫度控制以及防止地基可能產(chǎn)生不均勻沉陷而引起壩體裂縫，因而要分縫。常設(shè)垂直于壩軸線的橫縫和平行于壩軸線的縱縫、橫縫是永久縫，縱縫則屬于臨時(shí)縫；有時(shí)砼分層澆筑的層面也是一種臨時(shí)性水平施工縫，見圖。 重力壩分縫示意圖1、橫縫：橫縫將壩體沿壩軸線分成若干壩段，其縫面常為平面，橫逢間距一般為15-20米。有永久性和臨時(shí)性兩種。永久性橫縫兼作沉降縫和溫度縫，當(dāng)不均勻沉降較大時(shí)，需留縫寬1-2厘米，

35、縫間用瀝青油氈隔開，縫內(nèi)設(shè)置專門的止水。臨時(shí)性橫縫則設(shè)置鍵槽，埋設(shè)灌漿系統(tǒng)。2、縱縫：縱縫一般是平行于壩軸線方向的縫，是為適應(yīng)砼的澆筑能力和減小施工期溫度應(yīng)力而設(shè)置的臨時(shí)縫?？v縫間距一般為15-30米，縫面應(yīng)設(shè)置三角形鍵槽。為保證壩段的穩(wěn)定性，沿縫面應(yīng)設(shè)灌漿系統(tǒng)，在壩體溫度冷卻到穩(wěn)定溫度，縫寬達(dá)0.5毫米以上時(shí)進(jìn)行灌漿，進(jìn)漿管壓力為0.35-0.45pa，回漿管壓力為0.2-0.25pa?？v縫的布置型式有三種：垂直縱縫、斜縫和錯(cuò)縫見圖2.30圖2.30 縱縫型式示意圖縱縫鍵槽形式見圖2.31圖2.31 縱縫鍵槽3、水平施工縫：是新老砼的水平結(jié)合面。每層澆筑塊的厚度約1.5-4米，基巖表面約0.

36、75-1米，以利散熱。同一壩段相鄰澆筑塊水平施工縫的高程應(yīng)錯(cuò)開，上下澆筑塊之間間歇3-7d，砼澆筑前，必須清除老砼面浮碴，并鑿毛，用壓力水沖洗，再鋪一層2-3厘米的水泥沙漿，然后澆筑。壩體防滲及排水-為了防滲常在壩體上游面和下游面水位以下部分，多采用一層具有防滲、抗凍和抗侵蝕的砼作為壩體的防滲設(shè)施，防滲層的厚度為1/20-1/10的水頭且不小于2米。為減小滲水對(duì)壩體和壩基的有害影響，降低壩體和壩基的滲透壓力，在靠近上游面處設(shè)置排水管，將滲水通過排水管排入廊道，匯集于集水井內(nèi)，用水泵或自流排向下游。排水管與上游壩面的距離為作用水頭的1/15-1/25的且不小于2米，排水管間距為2-3米。排水管施

37、工時(shí)必須防止水泥漿漏入，防止堵塞。壩體排水管壩內(nèi)廊道：為滿足帷幕灌漿、排水、觀測(cè)及檢修壩體的需要，應(yīng)在壩內(nèi)設(shè)置各種廊道和豎井，構(gòu)成廊道系統(tǒng)，廊道內(nèi)應(yīng)設(shè)置通風(fēng)和照明設(shè)備。1、基礎(chǔ)灌漿廊道：設(shè)置在上漩壩踵處，廊道上游側(cè)距上游壩面0.05-0.1倍水頭且不小于4-5米，廊道底面距基巖面不小于1.5倍廊道寬度，斷面采用城門洞形，寬度為2.5-3米，高度為3-3.5米。當(dāng)廊道低于下游水位時(shí)應(yīng)設(shè)集水井及抽排設(shè)施。、壩體檢修和排水廊道：為便于檢查壩體及排除壩體滲水，在靠近壩體上游面沿高度每隔15-30米，設(shè)一檢查兼作排水用的廊道，斷面采用城門洞形，寬度最小1.2米，高度2.2米。各層廊道左右兩岸至少各有一個(gè)

38、通向下游的出口，各層之間用豎井連通，如設(shè)有電梯井，則每層均應(yīng)與電梯井連通。拱壩：拱壩是在平面上呈凸向上游的拱形擋水建筑物，借助拱的作用將水壓力的全部或部分傳給河谷兩岸的基巖（圖3-1）。與重力壩相比，在水壓力作用下壩體的穩(wěn)定不需要依靠本身的重量來維持，主要是利用拱端基巖的反作用來支承。拱圈截面上主要承受軸向反力，可充分利用筑壩材料的強(qiáng)度。因此，是一種經(jīng)濟(jì)性和安全性都很好的壩型。拱壩的軸線為弧形，能將水平水壓力變成軸向壓應(yīng)力傳向兩岸，主要依靠?jī)砂秹渭缇S持其穩(wěn)定性。拱壩是超靜定結(jié)構(gòu)，有較強(qiáng)的超載能力，受溫度的變化和壩肩位移影響較大。進(jìn)入70年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，有限單元法和優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)的逐步

39、采用，使拱壩設(shè)計(jì)和計(jì)算周期大為縮短，設(shè)計(jì)方案更加經(jīng)濟(jì)合理。水工及結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)技術(shù)、混凝土施工技術(shù)、大壩安全監(jiān)控技術(shù)的不斷提高，也為拱壩的工程技術(shù)發(fā)展和改進(jìn)創(chuàng)造了條件。目前世界上已建成的最高拱壩是前蘇聯(lián)英古里(HHFYPH)雙曲拱壩，高271.5m，壩底厚度86m，厚高比為0.33。其次是意大利的瓦依昂拱壩(Vaiont)，高261.6m，壩底厚22.lm，厚高比為0.084。最薄的拱壩是法國的托拉拱壩，高88m，壩底厚2m，厚高比為0.023。浙江桐坑溪雙曲拱壩金沙江上的溪落渡水電站:雙曲拱壩,H=282m拱壩的工作特點(diǎn)：1、拱與梁的共同作用；2、穩(wěn)定性主要依靠?jī)砂豆岸说姆戳ψ饔茫蚨鴮?duì)地基的

40、要求很高；3、拱是一種推力結(jié)構(gòu)，承受軸向壓力，有利于發(fā)揮砼及漿砌石材料的抗壓強(qiáng)度；4、拱梁所承受的荷載可相互調(diào)整, 因此可以承受超載；5、拱壩壩身可以泄水；6 、不設(shè)永久性伸縮縫；7、抗震性能好；8、幾何形狀復(fù)雜，施工難度大。拱壩的類型： 1、定圓心等半徑拱壩，圓心的平面位置和外半徑都不變的一種拱壩。 2、等中心角變半徑拱壩，拱壩壩面自上而下中心角不變而半徑逐漸減小的拱壩。 3、變圓心變半徑雙曲拱壩，圓心的平面位置、外半徑、中心角等均隨高程變化而 變化的雙曲拱壩。注：寬高比：河谷寬度L與壩高H的比值厚高比：壩厚T與壩高H的比值。L/H<1.5, T/H <0.2 為薄拱壩；L/H=

41、1.53.0, T/H =0.2 0.35 為一般拱壩；L/H=3.04.5, T/H =0.35 0.60 為重力拱壩。拱壩地質(zhì)地形條件：1、地形條件河谷狹窄，左右對(duì)稱，向下游收縮的“V”或“U”形地形。 2、地質(zhì)條件要求基巖均勻，堅(jiān)固完整，有足夠的強(qiáng)度、透水性小而能抗風(fēng)化。上述條件不能滿足時(shí)，則需進(jìn)行固結(jié)灌漿以增加地基的整體性和牢固程度。支墩壩：因重力壩的二個(gè)主要缺點(diǎn)：材料強(qiáng)度不能充分利用；底部揚(yáng)壓力大等，由寬縫重力壩在一定程度上克服了。所以我們?cè)O(shè)想：能否最大限度地利用材料強(qiáng)度；能否最大限度地減小揚(yáng)壓力；能否充分利用水重來節(jié)省砼方量；支墩壩由一系列順?biāo)鞣较颍?dú)立的支墩和擋水面板組成，支墩

42、順壩軸線排列，上游面設(shè)擋水面板，遮斷河谷，形成擋水面。庫水壓力由面板支墩地基。其原理是利用水重和自重在壩基面產(chǎn)生的摩擦力來抵抗水平水壓力維持穩(wěn)定. 支墩壩根據(jù)擋水面板的形狀可將支墩壩分為如下三種型式, 支墩壩的類型1、平板壩是支墩壩的最早型式，常用的是簡(jiǎn)支式平板壩。它的面板是一個(gè)平面，平板與支墩在結(jié)構(gòu)上互不相連。平板的迎水面上不產(chǎn)生拉應(yīng)力；對(duì)溫度變化的敏感性差；地基變形對(duì)壩身應(yīng)力分布影響不大, 對(duì)地基要求不十分嚴(yán)格；適用場(chǎng)合：地基不均勻變化較大時(shí)、壩高40m以下的壩。2、連拱壩是由于平板壩的面板受力條件不好，需將面板的形式加以改進(jìn)，砼的抗壓性能好，所以可以把平面的面板改為圓弧面板(拱)，即連拱

43、壩；另在河谷較寬時(shí)，若采用拱壩，拱作用得不到充分發(fā)揮，且砼方量多(中心角越大，弧長(zhǎng)越長(zhǎng))；故將面板做成連拱型的，其受力條件較好能較好地利用材料強(qiáng)度。如世界上最高的是六十年代初期開始建造的加拿大旦尼爾約翰遜連拱壩，高214m。它的混凝土體積僅為同等高度重力壩的一半。佛子嶺連拱壩連拱壩是空間超靜定結(jié)構(gòu)，支墩有單支墩和雙支墩兩種，對(duì)地基變形、溫度變化較敏感，故對(duì)地基要求相對(duì)要高，適用于氣候溫和的地區(qū)和良好的基巖上。3、大頭壩是一種較為優(yōu)越的壩型，它既能充分利用材料的強(qiáng)度，鋼筋用量又少。是通過擴(kuò)大支墩的頭部而起擋水作用的，其體積較平板與連拱大，由大頭和支墩共同組成單獨(dú)的受力單元，以地基的適應(yīng)性好，受氣候條件影響小，故適用較廣。支墩壩的特點(diǎn)：穩(wěn)定性抗滑穩(wěn)定， 因支墩間有空隙滲水易排，揚(yáng)壓力減小；上游邊坡加緩(0.40.9)，可利用水重，節(jié)省砼；側(cè)向穩(wěn)定，支墩因本身單薄，又相互分立，側(cè)向剛度比縱向(上下游方向)剛度低，地震時(shí)順壩軸線方向抗震能力明顯低于重力壩。彈性穩(wěn)定，因支墩壩是一塊單薄的受壓板，當(dāng)作用力超過臨界值時(shí)，盡管應(yīng)力分析所求得的支墩內(nèi)應(yīng)力未超過材料的破壞強(qiáng)度，但支墩卻因喪失縱向彎曲穩(wěn)定而失穩(wěn)。所以對(duì)支墩壩還應(yīng)進(jìn)行彈性穩(wěn)定計(jì)算 。 應(yīng)力