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1、第7章 水工结构工程 土土 木木 工工 程程 概概 论论 7.1 水工结构工程概述 7.2 防洪工程 7.3 农田水利工程 7.4 水力发电及地下电站工程 7.5 港口航道工程 土土 木木 工工 程程 概概 论论 第 7 章 水工结构工程 7.1 水工结构工程概述 为更合理、有效的利用和调配水资源，就需要兴建水工结构工程 优点：水资源丰富，可开发利用的水能资源居世界首位 缺点：水资源在时间和地域上的分布经常与对它的需要不一致 水工结构工程按服务于多目标的通用性，水工结构可分为： 挡水结构、泄水结构、取水结构、输水结构、整治结构 按服务于单目标的专门性，水工结构通常包括： 防洪结构、农田水利工程
2、、水力发电及地下电站工程、 港口航道工程、海岸工作 土土 木木 工工 程程 概概 论论 第 7 章 水工结构工程 水工结构因受水的影响而有别于其他建筑物或构筑物 其特点如下： n水工结构与其相应河流的水利工程是一个系统的综合体 n同一流域的水工结构和水利工程不能单独分割出来孤立存在，它们是相 辅相成、互相影响和制约的 n水工结构工作条件复杂，施工技术难度大（受水文、气象、地 址、地形等复杂条件的影响） n水的作用使得水工结构工作条件特殊，除一般荷载外，还要承受水压力 、浪压力、冰压力、渗透力、冻胀力等 n水工结构地质条件复杂多变，需对地基进行细致周密的处理和研究 n水工结构施工受气候、温度等影
3、响大 n大型水工结构不仅对社会、经济有很大影响，对自然环境、生 态环境也会产生很大的影响 n通过防洪、农田水利、水力发电、港口、航运等为人类造福 n改变自然面貌，对自然环境产生影响（可能是积极的也可能带来灾难） 都江堰工程 防洪工程分洪工程 丹江口水利枢纽 葛洲坝水利枢纽江都水利枢纽 三峡大坝高弗瑞丹佛坝 7.2 防洪工程 土土 木木 工工 程程 概概 论论 第 7 章 水工结构工程 防洪工程是预防、控制洪水或冰凌成灾所修建的工程。 主要包括：挡水结构工程、河道整治工程、分洪工程和水库等 它的作用可分为：阻挡洪水侵袭、增加泄洪能力、拦储调节洪水 n7.2.1 挡水结构 挡水结构是为阻挡洪水泛滥
4、、海水入侵而修建的水工建筑， 是防洪工程中最常用、最重要的组成部分，如堤、坝拦河闸等 钢筋混凝土堤 石堤 土堤 堤是沿河、渠、湖、海岸边缘修建的挡水结构，主要是防御洪水 对保护对象的侵袭。按材料分，有土堤，石堤，钢筋混凝土堤等 土土 木木 工工 程程 概概 论论 第 7 章 水工结构工程 坝是建在河流中截断水流、抬高水文、形成水库的挡水结构， 也具有泄洪、发电等功效。 按材料分为：土石坝、混凝土坝； 按结构特点和力学性能分为：重力坝、拱坝、支墩坝等，如图 土土 木木 工工 程程 概概 论论 第 7 章 水工结构工程 重力坝 支敦坝 拱坝 土土 木木 工工 程程 概概 论论 第 7 章 水工结构
5、工程 土石坝 土石坝是一种古老的坝型，目前仍是数量最多的坝型。 土石坝是土坝、堆石坝及土石混合坝的总称，它是用坝址附近的 土料、石料和砂砾堆筑起来的，也称当地材料坝。 土石坝的优点：就地取材、节约建筑材料、对自然条件有广泛的 适应性、抗震性能好、结构简单、寿命较长、施工管理维护等较 简便，设计理论、施工技术、施工机械化程度高 土石坝断面形式简单，多为梯形或复式梯形 主要组成部分有：坝体、防渗体、排水设备和护坡 按施工方法分为：碾压式土石坝、水力充填坝、水坠坝、 水中填土坝、土中灌水坝、定向爆破堆石坝等 土土 木木 工工 程程 概概 论论 第 7 章 水工结构工程 土石坝 土土 木木 工工 程程
6、 概概 论论 第 7 章 水工结构工程 混凝土重力坝 重力坝：主要是依靠自身重量在地基上产生摩擦力和坝与地基之 间的凝聚力来抵抗坝前的水推力以保持抗滑稳定，其断面一般呈 三角形，直立或向上游面倾斜，利用部分水重增加坝的稳定性， 它是混凝土坝中最早出现的坝型。 混凝土重力坝的优点：适用于从坝顶溢流，施工期间也易于通过 较低的坝块或底孔泄流，坝体结构简单，易浇筑，便于机械化施 工，适合在各种气候条件下修建，设计、建造经验丰富，工作可 靠，使用年限较长，养护费用较低等 混凝土重力坝的缺点：坝体体积大，材料强度不能充分发挥，浇 筑时水泥水化热消散困难，由于降温收缩易产生裂缝，破坏坝体 的整体性和强度。
7、 土土 木木 工工 程程 概概 论论 第 7 章 水工结构工程 分类 （按断面形式） 图例优点缺点 实体重力坝施工简单散热条件差 宽缝重力坝 将横缝的中部加 宽，节省混凝土 ，改善了浇筑的 散热条件 施工复杂 模板用量多 空腹重力坝 坝内设置大型纵 向空腔，可减小 坝底扬压 力， 节约 混凝土 施工困难 钢筋用量多 预应力重力 坝 利用受拉钢筋或钢杆 对坝 体施加预应 力 以增加坝身稳定，有 效改善坝身应力分布 ，节约 混凝土 施工困难 钢筋用量多 土土 木木 工工 程程 概概 论论 第 7 章 水工结构工程 拱坝 拱坝是通过拱作用将坝体承受的荷载传递到两岸基岩上并利用两端 推力维持坝体稳定的
8、水工结构。它是一种空间壳体结构，如图所示 当河谷宽高比较大时，悬臂梁体系承担大部分荷载，当河谷宽高比 较小时，水平拱则承担大部分荷载。拱坝充分利用了材料的强度， 因此其体积只有重力坝的30-80%。由于拱坝是整体性空间结构，坝 体轻韧，弹性好，只要基岩稳定，其抗震能力较好。 拱坝平面和剖面示意图 土土 木木 工工 程程 概概 论论 第 7 章 水工结构工程 支墩坝 支墩坝是由一系列挡水面板和支撑面板的支墩组成 按结构形式分为： n平板坝：面板简支与支墩上的钢筋混凝土坝，一般用于修建中低坝 n大头坝：将支墩上游部分向两侧扩大形成悬臂大头相互贴紧，起挡 水作用，用于修建高中坝 n连拱坝：面板是一系
9、列斜倚在支墩上的拱筒，用于修建高中坝 支墩坝的几种形式 土土 木木 工工 程程 概概 论论 第 7 章 水工结构工程 四川二滩双曲拱坝最大坝高240m，拱冠顶部厚度11m，拱冠梁 底部厚度55.74m，拱端最大厚度58.51m，拱圈最大中心角91.5 。，拱 顶弧长774.69m，为中国已建成的最高坝。 土土 木木 工工 程程 概概 论论 第 7 章 水工结构工程 三峡拦江重力大坝轴线全长2309.47m，坝顶高程185m，最大坝 高181m，设有23个泄洪深孔，底高程90m，深孔尺寸为7m9m，其 主要作用是泄洪。 土土 木木 工工 程程 概概 论论 第 7 章 水工结构工程 青海龙羊峡大坝
10、坝高178m，装机128万千瓦，水库库容247亿立 方米，为当时中国内地最高的大坝。 土土 木木 工工 程程 概概 论论 第 7 章 水工结构工程 黄河小浪底土石坝坝高154m，总填筑量5185万立方米，是我过 迄今为止最大的土石坝，该工程可控制流域面积69.4万平方公里， 占黄河流域总面积的92.3%，控制黄河输沙量的100%，为国家发展 和经济建设起到了极大的促进作用。 土土 木木 工工 程程 概概 论论 第 7 章 水工结构工程 n7.2.2 河道整治 河道整治是为稳定河势、改善水流流态、河流边界条件等在河床两岸 修建的工程 河道整治的目的是防洪、航运、引水、城镇防护及综合开发和治理等
11、n河道整治工程按材料和使用年限分类： n临时性整治工程：古代的竹筏、沉排等 n永久性工程：土、石、混凝土等修建的重型实体建筑物，用于 调整水流方向、固滩护堤 n按与水流的关系分类： n丁坝、顺坝、潜坝、锁坝、环流、透水、不透水等 n主要是改变水沙运动方向，控制河床冲淤变化，改善不利河湾 ，起到稳定滩岸、固定河势流路的作用 土土 木木 工工 程程 概概 论论 第 7 章 水工结构工程 分洪工程是为保障保护地区安全，将超额洪水分流的工程。 水库是用堰、坝、小闸等围成的人工水域。 n7.2.3 分洪工程、水库 为了泄放超过水库调蓄能力的洪水，满足放空水库和防洪调节等要求，确保 工程安全，一般多设有泄
12、水建筑物。 常用的泄水建筑物有： 1）坝身泄水道：溢流坝、中孔泄水孔、浑式泄水孔、坝下涵管等 2）河岸泄水量：河岸溢洪道和泄水隧洞 河岸溢洪道的特点河岸溢洪道的特点：地面开敞，具有较大的超泄能力，泄水能力随水库水位的升高而：地面开敞，具有较大的超泄能力，泄水能力随水库水位的升高而 迅速增加，可减少泄水翻坝的可能性，检查方便、运用安全可靠、减少开挖土石方量迅速增加，可减少泄水翻坝的可能性，检查方便、运用安全可靠、减少开挖土石方量 河岸溢洪道的形式河岸溢洪道的形式：正槽式、侧槽式、竖井式、虹吸式：正槽式、侧槽式、竖井式、虹吸式 土土 木木 工工 程程 概概 论论 第 7 章 水工结构工程 1.进水
13、段 .2.控制段 3.泄槽 4.消能防冲段 5.出水渠 6.非常溢洪道 7.土坝 1.溢流堰 2.侧槽 1.溢流喇叭口 2.竖井 3.导流隧洞 4.混凝土塞 5.水平泄洪隧洞 6.出口段 7.弯道段 1.通气孔 2.顶盖 3.泄水孔 土土 木木 工工 程程 概概 论论 第 7 章 水工结构工程 7.3 农田水利工程 农田水利是为农业生产服务的水利工程 主要任务是灌溉、排涝、改良土壤 n渠首的主要作用是引进河道或水库中的水以满足灌溉、发电、工业和 生活用水需要，是农田水利工程中的重要建筑物之一。可分为： n无坝渠首：不在河流中修建拦河坝引水灌溉，适用于河流水位、流量不 经调节就能满足灌区用水要求
14、的渠首。一般由进水闸、拦沙坝、沉沙池 等建筑物组成 n有坝渠首：是采用拦河坝抬高水位，保证水流量满足灌溉要求的渠首。 n优点是闸前水位稳定、工作可靠、利于将取水口设在灌区近处 n组成部分：拦河坝、进水闸及沉沙槽式、人工弯道式、底部冲沙廊道式、底 栏栅式等沉沙冲沙建筑物 n沉沙槽式渠首：采用正面排沙、侧面引水的布置形式，利用进水闸前 沉沙槽使水中粗粒泥沙下沉减少入渠泥沙。 n优点：渠首形式简单，施工、管理方便 n缺点：沉沙槽内易出现旋流，易将底沙带入渠道，冲沙时需停止取水 n人工弯道式渠首：在河道内或岸边上修建人工弯道，利用弯道环流减 少入渠泥沙的取水渠首。 n底部冲沙廊道式渠首：将冲沙廊道设在
15、进水闸底板下的渠首。 n优点：可以边引水边冲沙 n适用于来水量较丰富、用水保证率较高的情况 n底栏栅式渠首：在壅水坝内设置廊道取水，利用廊道顶部栏栅筛析作 用防止大粒径沙石入渠的有坝取水形式。 n优点：布置简单、施工方便、造价低 n适用于河道流量不大、大粒径泥沙较少的小型工程 土土 木木 工工 程程 概概 论论 第 7 章 水工结构工程 土土 木木 工工 程程 概概 论论 第 7 章 水工结构工程 沉沙槽式渠首 1.进水闸 2.沉沙槽 3.冲沙闸 4.壅水坝 5.导流墙 6.渠道 人工弯道式渠首 1.人工弯道 2.进水闸 3.冲沙闸 4.“”形拦沙坎 5.渠道 6.拦河闸 底部冲沙廊道式渠首
16、1.冲沙廊道 2.壅水坝 3.渠道 底栏栅式渠首 1. 底栏栅坝 2.金属栏栅 3.取水廊道 4.溢流坝 5.进水闸 水闸是用来控制闸前水位和调节过闸流量的低水头水工建筑物，通过闸门 启闭具有挡水和泄水或取水的双重作用，广泛用于防洪、灌溉、供水、发电等 土土 木木 工工 程程 概概 论论 第 7 章 水工结构工程 水闸的分类： n按承担的主要任务划分： n进水闸：在河流、湖泊、等岸边建闸引水，通常设在渠道首部，又称渠首闸 n拦河闸：一般用于截断河渠，抬高河渠水位，横断河流或渠首修建。 n排水闸：常建于江河沿岸，既可以开闸排滞，又可以防止倒灌 n拦潮闸：常建于入海河口附近，主要作用是拦潮、御咸、排水、蓄淡 n分洪闸：常建于河道一侧，用于分泄河道多条洪水 n按闸室结构形式划分：开敞式、胸墙式、封闭式或涵洞式 n开敞式和胸墙式水闸上面不填土封闭，其中不
