水工建筑物課本資料

水工建筑物課本基本資料>重力壩的工作特點(diǎn)：1、由于筑壩材料強(qiáng)度高，耐久性好，抵抗洪水漫頂、滲透、沖刷、地震破壞等的能力強(qiáng)，因而失事率低，工作安全可靠。2、對(duì)地質(zhì)、地形條件的適應(yīng)性強(qiáng)。3、由于重力壩可做成溢流的，也可在大壩內(nèi)設(shè)計(jì)泄水孔，故一般不需另設(shè)溢洪道或泄水隧洞，樞紐布置緊湊。4、結(jié)構(gòu)作用明確。5、施工方便。6、由于壩體泡面尺寸往往有穩(wěn)定和壩體拉應(yīng)力強(qiáng)度條件控制而做的很大，材料用量多，壩內(nèi)應(yīng)力較低，材料強(qiáng)度不能充分的發(fā)揮，且壩底面積較大，因而揚(yáng)壓力較大，對(duì)穩(wěn)定不利。7、因壩體體積較大，施工混凝土溫度收縮應(yīng)力也較大，為防止溫度裂縫，施工是對(duì)混凝土溫度控制的要求較高。>重力壩的類型：1、按壩體高度分：重力壩可以分為高壩（H>70m）、中壩（H=30~70m）和低壩（H<30m）。2、按筑壩材料分：混凝土重力壩和漿砌石重力壩。3、按剖面型式分：實(shí)體重力壩、寬縫重力壩、空腹重力壩、預(yù)應(yīng)力錨固重力壩等4、按泄水條件分：溢流壩段、擋水壩段、底孔壩段、電站引水壩段。重力壩設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：1、剖面設(shè)計(jì)、穩(wěn)定設(shè)計(jì)、應(yīng)力分析、構(gòu)造設(shè)計(jì)、地基處理。重力壩主要承載的荷載有：自重、靜水壓力、動(dòng)水壓力、揚(yáng)壓力、泥沙壓力、浪壓力、冰壓力以及地震荷載揚(yáng)壓力：在某截面上，由于滲透水引起的水壓力成為滲透壓力，由于下游水深引起的水壓力稱為浮托力，滲透壓力與浮托力之和稱為揚(yáng)壓力。（工程中常采取防滲和排水措施）重力壩的抗滑穩(wěn)定分析：1、抗剪斷公式：「?1、抗剪斷公式：「?=fgw-mEP式中：NW一壩基面以上的總鉛直力，KN,NP一壩基面以上總的水平力，KNU一作用在壩底面上的揚(yáng)壓力，KNF一接觸面間的摩擦系數(shù)。2、抗剪斷強(qiáng)度公式：三=式中：f‘c’一壩體混凝土與壩基接觸面處的抗剪斷摩擦系數(shù)和抗剪斷凝聚力，N/m2A—計(jì)算單元的壩底面積，m2f‘c’值應(yīng)有材料破壞試驗(yàn)確定，根據(jù)我國(guó)25座混凝土壩的野外試驗(yàn)資料統(tǒng)計(jì)，f‘值一般為0.8~1.8,c’值一般為（0.2~2.4）*106N/m2抗剪斷公式形式簡(jiǎn)單，對(duì)摩擦系數(shù)f的選擇有多年的經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用廣泛，但是忽略了壩體與基巖的膠結(jié)作用，不能完全反應(yīng)壩的工作狀況?？辜魯鄰?qiáng)度公式直接采用接觸面上的抗剪斷強(qiáng)度參數(shù)f1、C1，物理概念明確，較符合壩的實(shí)際工作情況。建議：當(dāng)壩基內(nèi)不存在可能導(dǎo)致深層滑動(dòng)的軟弱面時(shí)，應(yīng)按抗剪斷強(qiáng)度公式計(jì)算。對(duì)中型工程中的中、低壩，也可按抗剪斷強(qiáng)度公式計(jì)算。>為了提高重力壩的抗滑穩(wěn)定性，工程中常采用的措施：1、利用水重2、采用有利的地基開挖輪廓線3、設(shè)置吃墻4、采取抽排水措施5、采取預(yù)應(yīng)力措施。>重力壩剖面設(shè)計(jì)的原則：1、滿足穩(wěn)定與強(qiáng)度要求，保證大壩的安全運(yùn)行2、工程量小3、運(yùn)行方便，4、外形簡(jiǎn)單，便于施工。>壩頂高程：Ah=h+h°+?（m）（其中h為波高，％是波浪中心線至靜水位的高度，hc是安全超高）壩頂構(gòu)造：典型的壩頂構(gòu)造，一般在壩頂上游設(shè)置與壩體連為一體的鋼筋混凝土防浪墻，墻高約為1.2m，厚0.4~0.6m,與壩體設(shè)有相同的伸縮縫，縫內(nèi)設(shè)止水，壩頂下游側(cè)設(shè)邊石或護(hù)欄，防浪墻與邊石內(nèi)側(cè)設(shè)置人行道，高出路面約0.2m，寬0.75~1.0m，壩頂做成向兩側(cè)的橫坡，坡端設(shè)排水溝，并與壩內(nèi)排水管相連通，以便將壩面雨水排入壩內(nèi)。＞溢流重力壩在設(shè)計(jì)時(shí)，除了滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求外，還要滿足因泄水帶來(lái)的一些要求，1、應(yīng)具有足夠的空口尺寸和較高的流量系數(shù)，以使之具有足夠的溢流能力2、應(yīng)具有良好的空口體形，以使水流平順的過(guò)壩，不產(chǎn)生有害的負(fù)壓、振動(dòng)和空蝕等3、保證下游河床不產(chǎn)生危及壩體安全的局部沖刷4、溢流壩段在樞紐中的位置，應(yīng)使下游水流流態(tài)平順，不產(chǎn)生折沖水流，不影響樞紐中其他建筑物的正常運(yùn)行5、有靈活可靠的泄水流控制設(shè)備，如閘門、啟閉機(jī)等。＞溢流重力壩的泄水方式。常見的有開敞的壩頂溢流式和大孔口溢流式兩種。＞溢流重力壩的消能方式有：底流消能、挑流消能、面流消能、戽流消能＞重力壩壩身泄水孔的作用：1、配合溢流壩泄洪，并可預(yù)泄庫(kù)水，增大水庫(kù)調(diào)洪能力2、防控水庫(kù)以便檢修大壩或滿足人防要求3、排泄你傻，減少水庫(kù)淤積，以延長(zhǎng)水庫(kù)壽命和保證其他建筑物正常的運(yùn)行4、隨時(shí)向下游放水，滿足發(fā)電、灌溉、航運(yùn)和城市供水需要5、施工導(dǎo)流。＞壩身泄水孔的類型，按孔內(nèi)水流態(tài)分為有壓的的和無(wú)壓的的兩類，按泄水孔所處的高程可分為中孔和底孔，按布置的層數(shù)可分為單層和雙層。重力壩的材料分區(qū):I區(qū)一上下游最高水位的壩體表層混凝土，主要應(yīng)提出抗凍要求。在寒冬的地區(qū)多采用2~3m厚的抗凍混凝土，標(biāo)號(hào)為C15S4D150II區(qū)一上下游最高水位之間的壩體表層混凝土，控制因素為抗凍性能，同時(shí)對(duì)強(qiáng)度、抗?jié)B、抗侵蝕也有一定的要求，多采用厚3~5m的抗?jié)B、抗凍及抗侵蝕的混凝土，標(biāo)號(hào)一般為C15S8D200.m區(qū)一上下游最低水位以下的壩體表層混凝土，對(duì)抗?jié)B、強(qiáng)度要求較高，同時(shí)對(duì)低熱、抗侵蝕也有一定的要求，多采用2~3m厚標(biāo)號(hào)為C20S12D200的混凝土。W區(qū)一靠近壩基的基礎(chǔ)混凝土，對(duì)強(qiáng)度和低熱的要求較高，標(biāo)號(hào)為C20S12D200Dw。V區(qū)一壩體內(nèi)混凝土，多采用低熱、低強(qiáng)度混凝土，根據(jù)壩面應(yīng)力大小，上部多采用C10S4Dw,下部多采用C15S4Dw。W區(qū)一有抗沖刷、磨蝕要求部位的混凝土，如溢流壩面、泄水孔、導(dǎo)墻、閘墩等。對(duì)抗沖刷、抗磨蝕和抗凍性的要求較高，一般采用高強(qiáng)度混凝土，90天齡期強(qiáng)度不低于C20~C30，嚴(yán)寒地區(qū)其抗凍標(biāo)號(hào)不小于D150~D250，＞重力壩的分縫有：橫縫、縱縫和水平施工縫3種。＞橫縫的作用：減少溫度應(yīng)力，適應(yīng)地基不均勻變形和滿足施工要求如混凝土澆筑能力和溫度控制等，（橫縫有永久性和臨時(shí)性兩種）＞臨時(shí)性橫縫用于以下幾種情況：1、河谷狹窄，做成整體重力壩，可將部分水壓力傳至兩岸以借山體支撐增加壩體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性2、位于較陡岸坡上的壩段，將其橫縫聯(lián)合起來(lái)可增加側(cè)向穩(wěn)定性3、修筑在軟弱破碎段上的諸壩段，連成整體時(shí)可增加其剛度4、8度以上的強(qiáng)震地區(qū)，將壩段連為整體可提高其抗震性5、對(duì)高水頭重力壩，為減少滲透，經(jīng)論證后，也可對(duì)橫縫底部進(jìn)行灌漿。

＞縱縫按布置形式分為豎直縫、斜縫和錯(cuò)縫。＞為了滿足灌漿、排水、觀測(cè)、交通、閘門操作及電纜敷設(shè)等的要求，需要在壩體內(nèi)設(shè)置各種用途的廊道，＞為防止施工期溫度裂縫產(chǎn)生，混凝土筑壩時(shí)1、采用綜合措施防止水化熱溫度升高和裂縫產(chǎn)生2、進(jìn)行嚴(yán)格的溫差控制，即控制基礎(chǔ)溫差及上、下層混凝土溫差在容許范圍內(nèi)。＞溫度控制的措施：1、采用低熱水泥或慘用外加劑（粉煤灰）、塑料劑等盡量減少水泥用量，以減少水化熱溫升2、合理安排施工季節(jié)3、加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)4、提高混凝土的抗裂性能。＞漿砌石重力壩與混凝土重力壩相比，有以下優(yōu)點(diǎn)：1、就地取材，節(jié)省水泥2、水化熱溫升低，不需采用溫控措施，可不設(shè)縱縫，橫縫間距也可加大3、節(jié)省模板，也減少了立模、支撐、拆模等施工干擾4、施工技術(shù)易于掌握?？扇斯て鲋?，可分期施工分期收益。缺點(diǎn)：1、人工砌筑，壩體質(zhì)量不易均勻2、石料修整砌筑難于機(jī)械化，需要大量勞動(dòng)力3、砌體防滲性能差，需另設(shè)防滲設(shè)施。＞碾壓重力壩的特點(diǎn)：施工簡(jiǎn)單，水泥和模板用量均少，施工速度快，工程造價(jià)低，但是在設(shè)計(jì)理論和施工技術(shù)上目前還不是很成熟，一般用于壩體較厚的情況，對(duì)壩體單薄，工作面狹窄，孔道較多或施工干擾較大的壩應(yīng)用較少。＞土石壩之所以被廣泛采用，主要是由于：1、它可就地取材，與混凝土相比，節(jié)省大量的水泥、鋼材和木材，且減少了筑壩材料遠(yuǎn)途運(yùn)輸費(fèi)用2、對(duì)地質(zhì)、地形條件要求較低，任何不良地基處理后均可筑土石壩3、施工方法靈活，技術(shù)簡(jiǎn)單，且管理方便，易于加高擴(kuò)建。缺點(diǎn)：1、不允許壩頂溢流，所需溢洪道或其他泄水建筑物的造價(jià)往往比較的高2、在河床狹窄、洪水流量大的河道上施工導(dǎo)流較混凝土壩困難3、采用黏性涂料作為防滲材料時(shí)，黏性土料施工收氣候條件影響較大。＞土石壩的工作特點(diǎn)與設(shè)計(jì)要求：1、土石壩不允許水流漫頂，否則會(huì)引起潰壩2、土石壩由于是由散粒的土料填筑而成，由于顆粒間無(wú)膠結(jié)力，僅靠凝聚力和摩擦力無(wú)法保持平衡，為了維持壩體的穩(wěn)定，土石壩應(yīng)有叫緩的上下游壩面，其剖面應(yīng)使梯形3、土石壩擋水后，在上下游水位差作用下，庫(kù)水將經(jīng)過(guò)壩體、壩基及兩岸形成自上游向下游的滲流，因此，土石壩必須采取有效的防滲排水措施，以減少滲流，保證滲流穩(wěn)定，4、為防止沉降引起的壩頂?shù)陀谠O(shè)計(jì)高程和產(chǎn)生裂縫，施工是嚴(yán)格控制碾壓質(zhì)量，并預(yù)留沉降高度，使施工竣工高程高于設(shè)計(jì)高程。＞土石壩的組成及作用：土石壩一般是由壩身、防滲體、排水體、護(hù)坡4部分組成。壩身事土石壩的主體，壩的穩(wěn)定主要靠它老維持，防滲體的作用是降低侵潤(rùn)線，防止?jié)B透破壞和減少滲透流量，排水體的作用是安全的排除滲水，降低壩體侵潤(rùn)線和防止?jié)B透變形，同時(shí)，還可增強(qiáng)下游壩坡的穩(wěn)定性，護(hù)坡的作用是防止波浪、冰層、溫度變化及雨水對(duì)壩體的破壞。＞土石壩的類型：水中填土壩、水力沖填壩、定向爆破壩、碾壓式土石壩。＞土石壩剖面的基本尺寸包括：壩頂高程、壩頂寬度、上下游壩坡、防滲體與排水體的形式與尺寸。＞壩頂高程的計(jì)算:Y=R+e+A9=亍R一自風(fēng)雍水面算起的波浪沿傾斜壩坡升高的垂直高度，簡(jiǎn)稱波浪爬高。e一風(fēng)沿水面吹過(guò)所形成的水面升高mA一安全加高＞計(jì)算波浪平均爬高二當(dāng)壩坡系數(shù)m=1.5?5.0時(shí)，可按下公式計(jì)算:頊二專三?豆用下式計(jì)算平均波高￡^=^=0.00180^15二、計(jì)算波浪平均周期==＞ 計(jì)算平均波長(zhǎng)［當(dāng)三蘭工時(shí)為深水波 1=三?:-=-=當(dāng)北T時(shí)為淺水波 ［二三"號(hào)＞Y求得以后，壩頂高程應(yīng)分別按一下3種情況計(jì)算，并取最大值：設(shè)計(jì)洪水位+正常運(yùn)行情況超高Y正常校核洪水位+非常運(yùn)行情況超高Y非常正常蓄水位+地震安全超高地震安全加高=地震涌浪加高+地震附加沉陷值+安全超高。＞壩頂?shù)膶挾热Q于施工、交通、構(gòu)造、運(yùn)行、抗震與防汛要求。＞土石壩在下游壩面的變坡處，一般設(shè)置馬道其寬度通常取1.5?2。2m之間，以攔截并排除雨水，防止嚴(yán)重沖刷壩面，并兼做交通、檢修、觀測(cè)之用，也有利于壩坡的穩(wěn)定。為了方便交通有的設(shè)置斜馬道或之字形上壩道路。＞防滲分析的任務(wù)：1、確定壩體浸潤(rùn)線和下游溢出點(diǎn)的位置，為壩體穩(wěn)定計(jì)算和排水體選擇提供依據(jù)2、計(jì)算壩體與壩基的滲流量，以估算水庫(kù)滲流損失和確定排水體的尺寸3、計(jì)算壩體與壩基滲流溢出處的滲透坡降，以驗(yàn)算其滲透穩(wěn)定性。＞滲透分析一般需要計(jì)算的幾種工況：1、上游正常蓄水位與下游相應(yīng)最低水位，此時(shí)壩體內(nèi)滲流的坡降最大，易產(chǎn)生滲透變形2、上游設(shè)計(jì)洪水位與下游相應(yīng)最該水位，此時(shí)壩內(nèi)浸潤(rùn)線高，滲流量大3、上游校核洪水位與下游相應(yīng)最高水位，此時(shí)壩內(nèi)浸潤(rùn)線最高，滲流量最大4、庫(kù)水降落時(shí)，對(duì)上游壩坡穩(wěn)定最為不利，應(yīng)確定其侵潤(rùn)線，為穩(wěn)定計(jì)算提供依據(jù)。＞滲流分析：（一）基本假定：1、壩體土料為均質(zhì)，壩體內(nèi)任一點(diǎn)在個(gè)方向上的滲流系數(shù)K相同，且為常數(shù)2、滲流為

況:一其對(duì)應(yīng)的："?壬如右圖所示:2、的滲流水深n：=*一三.一三.：一'_基的單寬流示意圖如下所示:量:-=2、的滲流水深n：=*一三.一三.：一'_基的單寬流示意圖如下所示:量:-=「?二-:上一壩體單寬流量：： ，如右圖所示:下游有水時(shí)：侵潤(rùn)線焦點(diǎn)處自下游水面算起（四）、帶截水槽的心墻壩的滲流計(jì)算:通過(guò)心墻與截水槽的單寬流量:=通過(guò)心墻下游壩體和壩>滲透變形的形式：管涌、流土、接觸沖刷、接觸流土。>防止?jié)B透變形的工程措施：1、設(shè)置水平或垂直防滲體，以延長(zhǎng)滲徑，減少滲透坡降和阻截滲流2、設(shè)置減壓設(shè)施和蓋重3、設(shè)置反濾層土石壩的壩坡裂面形式：1、曲線形滑裂面2、直線或折線性滑裂面3、復(fù)合滑裂面土石壩的穩(wěn)定分析：荷載及荷載組合：（荷載）土體重力、滲流力、孔隙壓力、地震力土石料的選擇：具體選擇涂料的時(shí)候應(yīng)從以下幾方面考慮：1、就進(jìn)取材并且開采運(yùn)輸方便，筑壩材料以靠近壩址為宜，但從壩身安全考慮，一般距壩腳為300~500范圍以內(nèi)的土料不容許開采，從施工布置和經(jīng)濟(jì)性考慮，應(yīng)優(yōu)先采用從壩基及其他建筑物基礎(chǔ)開挖出來(lái)的土石料2、土石料的種類、性質(zhì)應(yīng)滿足壩體各部分的不同要求，壓實(shí)經(jīng)濟(jì)合理，總造價(jià)低3、可用土石料的儲(chǔ)量，在初步設(shè)計(jì)階段不得少于工程設(shè)計(jì)需要量的2~3倍。>適用于填筑防滲體及均質(zhì)壩的土料：1、應(yīng)具有一定的不透水性2、應(yīng)具有一定的可塑性，以適應(yīng)壩身和壩5/7基的變形而不致產(chǎn)生裂縫3、有機(jī)質(zhì)及水溶鹽含量。＞黏性土料的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)是以設(shè)計(jì)干容重丫＜!和相應(yīng)的含水量3作為控制標(biāo)準(zhǔn)。＞土石壩的構(gòu)造：1、壩頂2、護(hù)坡3、防滲體4、排水設(shè)備＞上游護(hù)坡的型式有：拋石、干砌石、漿砌石、預(yù)制或現(xiàn)澆混凝土或鋼筋混凝土板、瀝青混凝土、水泥土等＞防滲體：1、土質(zhì)防滲體2、粘土斜墻3、粘土斜心墻。人工防滲體有：瀝青混凝土防滲體和鋼筋混凝土防滲體兩種。＞排水設(shè)備：1、貼坡排水2、棱體排水3、褥墊排水4、管網(wǎng)式排水5、綜合排水＞河岸溢洪道的形式：1、正槽式溢洪道2、側(cè)槽式溢洪道3、井式溢洪道4、倒虹吸式溢洪道。＞河岸溢洪道的位置選擇:1、從地形上看，如壩址附近有馬鞍形埡口，高程接近于水庫(kù)正常蓄水位，埡口下游有沖溝能使洪水泄入原河道，出口又離下游壩址較遠(yuǎn)，則是布置正槽式溢洪道的理想地形2、從地質(zhì)上看，溢洪道應(yīng)建于巖層堅(jiān)硬、完整穩(wěn)定的地基上，并應(yīng)考慮建庫(kù)后水文地質(zhì)條件變化對(duì)建筑的不利影響3、從施工和運(yùn)用上看，溢洪道的山渣路線及堆料場(chǎng)應(yīng)便于利用其出渣筑壩，壩墻布置溢洪道時(shí)應(yīng)盡量避開與壩體接近，防止進(jìn)出口橫向水流淘刷壩腳。＞引水渠設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量做到：渠線短、水流順、流速小。＞溢流堰的型式：寬頂堰、實(shí)用堰，有時(shí)也用駝峰堰和寬胸墻的溢流堰。＞泄水槽的構(gòu)造：1、襯砌、2、過(guò)水表面不平整度的控制和處理3、摻氣減蝕＞側(cè)槽的設(shè)計(jì)包括：1、斷面形式2、底寬3、槽底縱坡4、調(diào)整段5、側(cè)槽末斷面水深hL6、側(cè)槽底高程＞非常溢洪道的布置、運(yùn)用與設(shè)計(jì)要求：1、非常溢洪道的啟用標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)其工程的條件確定，對(duì)自潰式壩非常溢洪道，一般情況下，當(dāng)庫(kù)水位達(dá)到設(shè)計(jì)洪水位以后即可啟用2、為防止下游嚴(yán)重破壞，非常溢洪道泄洪時(shí)，水庫(kù)總下泄量不得超過(guò)壩址同頻率的天然洪水；當(dāng)非常溢洪道的規(guī)模較大或有兩個(gè)以上的非常溢洪道時(shí)，應(yīng)考慮分級(jí)、分段啟用，以控制下泄流量3、非常溢洪道宜布置在庫(kù)岸有通向天然河道的埡口處或平緩的岸坡上，溢流堰頂要比