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1、水工结构工程,土 木 工 程 概 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 木 工 程 概 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、水力发电及地下电站工程、 港口航道工程、
2、海岸工作,土 木 工 程 概 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：,水工结构与其相应河流的水利工程是一个系统的综合体 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 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） 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 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 水工结构施工受气候、温度等影响大 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
3、生很大的影响 通过防洪、农田水利、水力发电、港口、航运等为人类造福 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 木 工 程 概 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,7.2.1 挡水结构,挡水结构是为阻挡洪水泛滥、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
4、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 木 工 程 概 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 木 工 程 概 论,第 7 章 水工结构工程,重力坝,支敦坝,拱坝,土 木 工 程 概 论,第 7 章 水工结构工程,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
5、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 木 工 程 概 论,第 7 章 水工结构工程,土石坝,土 木 工 程 概 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
6、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。,土 木 工 程 概 论,第 7 章 水工结构工程,土 木 工 程 概 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
7、岸基岩上并利用两端 推力维持坝体稳定的水工结构。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 木 工 程 概 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： 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 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
8、 连拱坝：面板是一系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 木 工 程 概 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 木 工 程 概 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 木 工 程 概 论,第 7 章 水工结构工程,青海龙羊峡大坝坝高178m，装机128万
9、千瓦，水库库容247亿立方米，为当时中国内地最高的大坝。,土 木 工 程 概 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 木 工 程 概 论,第 7 章 水工结构工程,7.2.2 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,河道整治工程按材料和使用年限分类： 临时性整治工程：古代的竹
10、筏、沉排等 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 按与水流的关系分类： 丁坝、顺坝、潜坝、锁坝、环流、透水、不透水等 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 木 工 程 概 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。,7.2.3 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
11、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：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 河岸溢洪道的形式：正槽式、侧槽式、竖井式、虹吸式,土 木 工 程 概 论,第 7 章 水工结构工程,1.进水段 .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 木 工 程 概 论,第 7 章 水工结构工程,7.3 农田水
12、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,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： 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的渠首。一般由进水闸、拦沙坝、沉沙池等建筑物组成 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。 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 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,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
13、前沉沙槽使水中粗粒泥沙下沉减少入渠泥沙。 优点：渠首形式简单，施工、管理方便 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 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。 底部冲沙廊道式渠首：将冲沙廊道设在进水闸底板下的渠首。 优点：可以边引水边冲沙 适用于来水量较丰富、用水保证率较高的情况 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。 优点：布置简单、施工方便、造价低 适用于河道流量不大、大粒径泥沙较少的小型工程,土 木 工 程 概 论,第 7 章 水工结构工程,土 木 工 程 概 论,第
14、 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 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 木 工 程 概 论,第 7 章 水工结构工程,水闸的分类： 按承担的主要任务划分： 进水闸：在河流、湖泊、等岸边建闸引水
15、，通常设在渠道首部，又称渠首闸 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。 排水闸：常建于江河沿岸，既可以开闸排滞，又可以防止倒灌 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 分洪闸：常建于河道一侧，用于分泄河道多条洪水 按闸室结构形式划分：开敞式、胸墙式、封闭式或涵洞式 开敞式和胸墙式水闸上面不填土封闭，其中不设胸墙的开敞式水闸对用于拦河闸、排水闸 设胸墙的开敞式水闸多用于进水闸、排沙闸和拦潮闸 封闭式或涵洞式水闸是闸身上面填土封闭的水闸,农田水利工程主要包括灌溉工程和排涝工程。,土 木 工 程 概 论,第 7 章 水工结构工程,我国很多灌溉区是利用两种或
16、多种水源进行灌溉的，如井渠结合，引蓄堤结合 从灌溉水源来分和各自所占比例如下图：,土 木 工 程 概 论,第 7 章 水工结构工程,灌溉工程 蓄水工程： 各种类型的水库：按功能分为拦蓄河川径流的、引蓄渠道余水的、提水后再蓄在库中的、拦蓄河川潜流的、拦蓄洪水泥沙的等 多种形式的小型蓄水工程：如塘堰工程、旱井、涝池、水窖等 自流引水灌溉工程：我过最早的灌溉工程形式，如都江堰、郑国渠、宝鸡峡引渭灌溉工程等 提水工程：指用各种农用排灌机械取水灌溉的工程。排涝工程：（从工程形式上划分） 明沟排水：一般包括干、支、斗、农、毛各级排水沟通及相应排水控制建筑物，具有施工简单、见效快等优点，缺点是占地多、易淤积、维修工作量大 暗管排水：一般包括吸水管、集水管、检修井、排水控制设备等，优点是占地少，不影响农田耕作和交通，排水效果稳定，缺点是需要较多管材，基建投资高 竖井排水：利用水井抽取地下水，降低和控制地下水位，优点是调控地下水位能力强，缺点是井点分散、管理不便，需较多机泵和动力,
