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水工建筑物使用小手册（初稿）水利工程：所谓水利工程，是指对自然界的地表水和地下水进行控制和调配，以达到“除害兴利”目的而修建的工程。水利工程分类：防洪工程、农田水利工程、水力发电工程、供水与排水工程、航道及港口工程、环境水利工程。一、水工建筑物的分类水工建筑物一般按它的作用、用途和使用时期等来进行分类。1、按作用分类（1）挡水建筑物：用以拦截江河，形成水库或雍高水位。如各种材料和类型的坝和水闸，以及为防御洪水或阻挡海潮，沿江河海岸修建的堤防、海塘等。（2）泄水建筑物：用以宣泄多余水量，排放泥沙和冰凌，或为人防、检修而放空水库等，以保证坝和其他建筑物的安全。如各种溢流坝、坝身泄水孔、岸边溢洪道、和泄水隧洞等。（3）输水建筑物：为灌溉、发电和供水的需要，从上游向下游输水用的建筑物，如引水隧洞、引水涵管、渠道、渡槽、倒虹吸等。（4）取（引）水建筑物：是输水建筑物的首部建筑，如引水隧洞的进口段、灌溉渠首和供水用的进水闸、扬水站等。（5）整治建筑物：是用以改善河流的水流条件，调整河流水流对河床及河岸的作用以及为防护水库、湖泊中的波浪和水流对岸坡冲刷的建筑物。如：丁坝、顺坝、导流坝、护底、和护岸。（6）专门建筑物：为灌溉、发电、过坝需要而兴建的建筑物。如专为发电用的压力前池、调压室、电站厂房等。2、按用途分类（1）一般性水工建筑物具有通用性。如：挡水坝、溢流坝、水闸等。（2）专门性水工建筑物，仅用于某一个水利工程，只实现其特定的用途。3、按使用时间分类（1）永久性建筑物是指工程运行期间长期使用的水工建筑物。根据其重要性又分为主要建筑物和次要建筑物。（2）临时性建筑物是指工程施工期间使用的建筑物，如：围堰、导流明渠等。二、水工建筑物的特点1、工作条件复杂水工建筑物的地基有基岩，也有土基，情况往往比较复杂。在基岩中经常会遇到节理、裂隙、断层、破碎带、软弱夹层等地质构造，在土基中，可能会遇到压缩性大的土层，也可能会遇到流动性较大的细砂层。这些地址条件必须认真进行地基处理。水工建筑物的形式，受地形、地址、水文、施工等条件的影响，因此，每个水工建筑物都有其自身的特定条件，都具有一定的个别性。对于上下游存在水位差，，水工建筑物一般要承担相当大的水压力作用，因此水工建筑物及其地基必须具有足够的强度、稳定性、高水头的泄水在做好消能防冲的同时，还应防止高速水流产生的汽蚀、磨损等破坏：另外，渗流不仅增加建筑物荷载，也可能造成建筑物失事。在多泥沙河流中，水工建筑物将长期受泥沙淤积产生的淤沙压力作用，同时在泄洪或发电时，还会受到泥沙的磨损作用，严重时将影响建筑物的正常工作甚至影响其寿命。2、施工难度大在河道中修建的水工建筑物，需要首先解决好施工导流和节流工作，施工技术复杂，施工难度大。截流、导流、度汛需要抢时间，争进度，而且往往是在水中施工，施工程序、施工组织出现丝毫疏漏，将延误工期，并造成损失。水工建筑物的工程量一般比较大，建筑物往往需要开挖一定深度的基坑，还要做一些相当复杂的基础处理。另外，水工建筑物中的大体积的混凝土结构，面临必须解决的混凝土的施工及大体积混凝土的温度控制措施问题。水工建筑物往往是水下工程、地下工程多、施工条件差、施工干扰多、施工工期长、施工场地狭隘，交通运输困难，施工难度相当大。3、环境影响大水工建筑物，尤其是大型水利枢纽，具有显著的经济效益、社会效益和环境效益，但也会对环境造成负面影响，如蓄水区的土淹没、移民、水生生态系统的破坏、建筑物上游泥沙淤积、下游河道冲刷、诱发地震等问题，需要进行严格的环境影响评价，并采取有效措施，保护坏境。4、失事的后果严重作为蓄水、挡水的水工建筑物，其破坏和失事，往往会给国家和社会造成巨大灾害和损失。三、水工建筑物等级分类四：坝形分类及其特点类型分类优点缺点重力坝结构形式建筑材料实体重力坝混凝土重力坝1、对地质地形条件适应较强。2、枢纽泄洪及导流问题容易解决3、重力坝结构简单、体积大、有利于机械化施工4、传力系统明确，便于分析与设计，运行期间的维护及检修工作量较少。1、坝地的扬压力较大2、水泥水化热较大，可能导致坝体裂缝。空腹重力坝浆砌石重力坝预应力重力坝装配式重力坝宽缝重力坝拱坝施工方法建筑材料1、与重力坝相比，在水压力作用下坝体的稳定不需要依靠本身的重量来维持，主要是利用拱端基岩的反作用来支承。2、拱圈截面上主要承受轴向反力，可充分利用筑坝材料的强度。因此，是一种经济性和安全性都很好的坝型。对坝址河谷形状及地基要求较高。常态混凝土拱坝浆砌石拱坝碾压混凝土拱坝混凝土拱坝装配混凝土拱坝钢筋混凝土拱坝分期施工拱坝土石坝施工方法坝体材料比例1、就地取材，节省钢材﹑水泥﹑木材等重要建筑材料，从而减少了建坝过程中的远途运输。2、结构简单，便于维修和加高﹑扩建。3、坝身是土石散粒体结构，有适应变形的良好性能，因此对地基的要求低。4、施工技术简单，工序少，便于组合机械快速施工坝身一般不能溢流，施工导流不如混凝土坝方便，粘性土料的填筑受气候条件影响较大等。碾压式土石坝土坝水利冲填坝土石混合坝定向爆破堆石坝堆石坝五、溢洪道（1）定义溢洪道是水库等水利建筑物的防洪设备，多筑在水坝的一侧，象一个大槽，当水库里水位超过安全限度时，水就从溢洪道向下游流出，防止水坝被毁坏。包括：进水渠控制段泄槽出水渠。（2）分类溢洪道按泄洪标准和运用情况，分为正常溢洪道和非常溢洪道。前者用以宣泄设计洪水，后者用于宣泄非常洪水。按其所在位置，分为河床式溢洪道和岸边溢洪道。河床式溢洪道经由坝身溢洪。岸边溢洪道按结构形式可分为：①正槽溢洪道。泄槽与溢流堰正交，过堰水流与泄槽轴线方向一致。②侧槽溢洪道。溢流堰大致沿等高线布置，水流从溢流堰泄入与堰轴线大致平行的侧槽后，流向作近90°转弯，再经泄槽或隧洞流向下游。③井式溢洪道。洪水流过环形溢流堰，经竖井和隧洞泄入下游。④虹吸溢洪道。利用虹吸作用泄水，水流出虹吸管后，经泄槽流向下游，可建在岸边，也可建在坝内。岸边溢洪道通常由进水渠、控制段、泄水段、消能段组成。进水渠起进水与调整水流的作用。控制段常用实用堰或宽顶堰，堰顶可设或不设闸门。泄水段有泄槽和隧洞两种形式。为保护泄槽免遭冲刷和岩石不被风化，一般都用混凝土衬砌。消能段多用挑流消能或水跃消能（见消能工）。当下泄水流不能直接归入原河道时，还需另设尾水渠，以便与下游河道妥善衔接。溢洪道的选型和布置，应根据坝址地形、地质、枢纽布置及施工条件等，通过技术经济比较后确定。六、水闸（一）闸室（1）类型1）开敞式水闸可泄洪、排冰、过木或其他漂浮物等，用于分洪闸或拦河闸。过闸水流为堰流。位于河道、渠道的过水断面上。（2）开敞式带胸墙水闸，适于挡水位高于引水水位、排水水位，如进水闸或排水闸。在低水位过流时同开敞式无胸墙水闸，在高水位过流时为孔口出流。可以减少活动闸门的高度。（3）涵洞式水闸一般用于位于河渠、堤防之下的取水闸或排水水闸。在闸(洞)身上面填土构成封闭的结构。涵洞洞身的水流状态有有压和无压两种类型。（2）组成：水闸由闸室、上游连接段和下游连接段组成。闸室是水闸的主体,设有底板、闸门、启闭机、闸墩、胸墙、工作桥、交通桥等。闸门用来挡水和控制过闸流量，闸墩用以分隔闸孔和支承闸门、胸墙、工作桥、交通桥等。底板是闸室的基础，将闸室上部结构的重量及荷载向地基传递，兼有防渗和防冲的作用。闸室分别与上下游连接段和两岸或其他建筑物连接。上游连接段包括：在两岸设置的翼水闸墙和护坡，在河床设置的防冲槽、护底及铺盖，用以引导水流平顺地进入闸室，保护两岸及河床免遭水流冲刷，并与闸室共同组成足够长度的渗径，确保渗透水流沿两岸和闸基的抗渗稳定性。下游连接段，由护坦、海漫、防冲槽、两岸翼墙、护坡等组成，用以引导出闸水流向下游均匀扩散，减缓流速，消除过闸水流剩余动能，防止水流对河床及两岸的冲刷。（二）闸门分类：按闸门的工作性质可分为工作闸门、检修闸门和事故闸门。工作闸门也称主要闸门，能在动水中启闭。检修闸门设于工作闸门前。用于建筑物或工作闸门等检修时短期挡水，一般在静水中启闭。事故闸门多设于深孔工作闸门前，用于建筑物或设备出现事故时，能在动水中关闭而在静水中开启；兼作检修闸门时，也称事故检修闸门；需要在限定时间内紧急关闭的事故闸门，称为快速闸门。七、渠系建筑物1、分类及作用（1）渠道：人工开挖或填筑的水道，用来输送水流以满足灌溉、排水、通航或发电等需要。一个灌区内灌溉或排水渠道，一般分干、支、斗、农四级构成渠道系统，简称渠系。（2）调节及配水建筑物：渠道中用以调节水位和分配流量的建筑物，如节制闸、分水闸、斗门等。（3）交叉建筑物：输送渠道水流穿过山梁和跨越或穿越溪谷、河流、渠道、道路时修建的建筑物，分平交建筑物与立交建筑物两大类。前者为渠道与另一水道相交处具有共同流床的交叉建筑物，适用于两水道底部高程相近的情况。常用的平交建筑有水闸、倒虹吸管等。后者为渠道与天然或人工障碍在不同高程上相交时，在渠道上修建的建筑物，适用于两者高程相差较大情况。常用的立交建筑物有渡槽、倒虹吸管、涵洞、隧洞等。（4）落差建筑物：渠道在地面落差集中或坡度陡峻地段所修建的连接上下游段，或在泄水与退水建筑物中连接渠道与河、沟、库、塘的连接建筑物，如跌水、陡坡、跌井等。（5）渠道泄水及退水建筑物：为了防止渠道水流由于超越允许最高水位而酿成决堤事故，保护危险渠段及重要建筑物安全，放空渠水以进行渠道和建筑物维修等目的所修建的建筑物，如溢流埝、泄水闸、排洪槽、虹吸泄水道、退水闸等。（6）冲沙和沉沙建筑物：为了防止和减少渠道淤积而在渠首或渠系中设置的冲沙和沉沙设施，如沉沙池、冲沙闸等。（7）量水建筑物：为了按用水计划准确而合理地向各级渠道和田间输配水量，并为合理征收水费提供依据，在渠系上设置的各种量水设施。（8）专门建筑物及安全设施：为服务于某一专门目的而在渠道上修建的建筑物称专门建筑物，如通航渠道上的船闸、码头、船坞，利用渠道落差修建的水电站和水力加工站等。安全设施是指为防止、阻拦人畜等进入渠道或使落入渠道的人畜脱离危险的设施，如安全防护栏等。2、布置原则（1）数量恰当，效益最大（2）安全运行，保证供水（3）联合修建，形成枢纽（4）独立取水，便于管理（5）便于交通，方便生产五、水库的特征水位及特征库容水库工程为完成不同时期不同任务和各种水文情况下,需控制达到或允许消落的各种库水位称为水库特征水位。水库的规划设计，首先要合理确定各种库容和相应的库水位。具体讲，就是要根据河流的水文条件、坝址的地形地质条件和各用水部门的需水要求，通过调节计算，并从政治、技术、经济等方面进行全面的综合分析论证，来确定水库的各种特征水位及相应的库容值。这些特征水位和库容各有其特定的任务和作用，体现着水库利用和正常工作的各种特定要求。它们也是规划设计阶段确定主要水工建筑物的尺寸（如坝高和溢洪道大小），估算工程投资、效益的基本依据。这些特征水位和相应的库容，通常有下列几种：(1)正常蓄水位与兴利库容水库在正常运用情况下,为满足兴利要求在开始供水时应蓄到的水位，称正常蓄水位,又称正常高水位、兴利水位，或设计蓄水位。它决定水库的规模、效益和调节方式，也在很大程度上决定水工建筑物的尺寸、型式和水库的淹没损失，是水库最重要的一项特征水位。当采用无闸门控制的泄洪建筑物时，它与泄洪堰顶高程相同;当采用有闸门控制的泄洪建筑物时,它是闸门关闭时允许长期维持的最高蓄水位,也是挡水建筑物稳定计算的主要依据。正常蓄水位至死水位之间的水库容积称为兴利库容,即以调节库容。用以调节径流,提供水库的供水量。(2)死水位与死库容水库在正常运用情况下，允许消落到的最低水位，称死水位，又称设计低水位。死水位以下的库容称为死库容，也叫垫底库容。死库容的水量除遇到特殊的情况外(如特大干旱年)，它不直接用于调节径流。(3)防洪限制水位与重叠库容水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位,也是水库在汛期防洪运用时的起调水位，称防洪限制水位。防洪限制水位的拟定，关系到防洪和兴利的结合问题，要兼顾两方面的需要。如汛期内不同时段的洪水特征有明显差别时，可考虑分期采用不同的防洪限制水位。正常蓄水位至防洪限制水位