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水库工程一、水库工程基本知识（一）基本概念大（一）型水库：是指总库容大于10亿立方米的水库。大（二型）水库：总库容为1—10亿立方米的水库。中型水库：总库容大于1000万立方米，小于1亿立方米的。小型水库：总库容大于10万立方米，小于1000万立方米的水库。总库容100—1000万立方米为小㈠型。10—100万立方米为小㈡型。总库容小于10万立方米的为塘坝。“水库三大件”：是指大坝、溢洪道、放水建筑物。坝坡：大坝临水的一面称为迎水坡或叫内坡。背水面称背水坡或叫做外坡。一类坝：实际抗御洪水标准达到部颁规范规定。大坝性态正常，能按设计要求发挥功能，或者存在某些问题，不影响大坝整体安全，能按设计正常运行的坝。二类坝：实际抗御洪水标准不低于部颁近期运用标准，大坝性态正常，能按设计正常运行，或者工程存在某些质量问题，但不影响大坝整体安全的坝。三类坝：实际抗御洪水标准低于部颁标准，或者是工程存在较严重的质量问题，影响大坝整体安全，不能正常运行的坝。集雨面积：在分水线范围的流域面积称集雨面积或来水面积。死水位和死库容：水库在正常运行情况下，允许消落的最低水位叫死水位。在死水位以下的库容叫死库容。兴利水位和兴利库容：在正常情况下，蓄水位至满库时的水位，称兴利水位或正常蓄水位，兴利水位与死水位之间的库容称兴利库容或有效库容。最高洪水位和滞洪库容：按设计洪水位确定的洪水位，称为设计洪水位；按校核洪水位确定的最高洪水位，称为校核洪水位，在正常蓄水位之间的库容，称为滞洪库容。总库容：是指校核洪水位以下的库容。（二）土石坝1、结构形式①均质土质均质土坝坝体由透水性较小，性质基本相近的粘性土料筑成，通常采用壤土或砂质粘土。因为土料本身具有较高防渗性，所以不再设防渗体。②心墙坝心墙坝是在坝体中部设置有粘土做的心墙作为防渗体，两侧坝壳则为透水性较大的土料（如砂砾料、石碴料、风化料等）碾压而成或块石堆筑（砌筑）而成。在心墙与坝壳两种不同的材料之间设置有反滤过渡层。③斜墙坝斜墙坝是将粘土防渗体筑在坝体上游侧，斜卧在坝坡上，构成斜墙。④多种土料坝筑坝土料在两种以上，通常将透水性小，颗粒小的土料放在坝体上游，土料的透水性能则由上游面向下游逐渐增大；也有把透水性小的土料放在坝体中部，透水性自中部向两侧逐渐增大。2、坝的断面设计小型水库土坝断面设计的目的是要达到经济安全。即要求土石方数量最小，施工方便，节省人工，还必须满足下列要求：①坝顶不能被洪水浸溢；②坝的迎水坡和背水坡都要有足够的稳定坡度，不致造成滑坡③坝基坝身不致发生穿漏和管涌现象；④流径坝体的渗水在到达背水坡的出水面时，压力和速度要小于不足以对坝身或坝基的土料造成冲蚀；⑤迎水坡能抗御风浪的冲刷，背水坡要能避免雨水的侵蚀。根据以上要求，土坝有关断面设计尺寸为：1）坝顶宽度：（不作为主要交通道路）见下表：坝高（m）5m以下6~7m8~9m10~13m14~17m18~25m坝顶（m）1．5m2．0m2．5m3．0m3．5m4．0m2）坝的高度确定：坝的总高度（H）=坝基至溢洪道高度（H1）+溢洪道最大过水深度（H2）+波浪爬升高（H3）+安全超高（H4）式中：H3=H4——坝顶至库内最高水位之间的垂直距离，称为净出水高；H2+H3+H4——坝顶至溢洪道底（即正常水位）之间的垂直距离，称为总出水高；3）坝坡：坝坡的稳定主要取决于以下几个因素：a、基础情况：基础较好（岩基）坝坡要陡；基础松软（如粘土）坝坡则要平一些；b、土料情况：土料较好，抗剪强度大，碾压密实，土壤的干容量大，坝坡要陡，反之则坦。c、排水设备情况：如心墙坝加做棱柱体排水设备，则浸润线低，下游坝坡可较陡一些，如做卧式排水设备的坝应较平坦一些。d、坝高情况：特别是指粘土，坝越高，坝坡应逐段放缓。因些，较高的土坝采用多级坝坡，上部要陡些，下部逐段平缓。（具体坝坡标准见有关设计规程）（三）溢洪道1、溢洪道结构型式：溢洪道有组成部分主要由进口段、控制段、陡坡段、消能段和退水段五部分组成。其中控制段陡坡段、消能段是溢洪道的主体。2、溢洪道的工作特点：溢洪道的任务就是将汛期或水库拦截蓄不了的多余洪水或径流从上游一定高程安全地泄放到下游的河床中去，从进水口到出水口段相当于一段缩短距离的人工河道，落差较大。因此，各组成部分有各自有工作特点。（1）进口段：进口段的作用是将渲泄水流平顺地引向控制段。若断面突然收缩，则水流急剧变化，因此为使水流平稳，在平面上应有渐变段。（2）控制段：控制段是控制溢洪道泄流能力大小的建筑物。控制段溢流堰的堰型直接影响到过水能力的大小，因此，控制段的过水能力就代表溢洪道的过水能力。宽顶堰、实用堰以及明渠等都有各自的特点。①、宽顶堰：宽顶堰的构造简单，施工方便，小型水库比较常用。②、实用堰：实用堰的过水能力较大。实用堰比宽顶堰施工工艺复杂，但流量系数较大。若增大泄洪能力需扩宽控制断面。如开挖工程量特别大时，往往采用改变堰型为实用堰。这比采用宽顶堰开挖宽度要小得多。③、明渠式：控制段未设堰，其过水能力与明渠一样。此种形式的过水能力比宽顶堰小得多，一般只在水头大、泄劲流量很小、进口段与控制段地形平缓时，为了减少开挖量而采用。当核算溢洪道的过水能力叶，特别是小型水库，往往容易将明渠流当作宽顶堰对待，用宽顶堰的公式计算，往往造成工程的实际过水能力远远未达到设计要求。（3）陡坡段：陡坡段的作用是将经过控制段的水流迅速输送到下游河道。陡坡段的坡度是由地形地质和衬护料等因素综合决定。陡坡段在平面上应布置成直段，尽量避免弯道。已成工程中，陡坡段布置成弯道的，弯道上砌石往往被冲坏。（4）消能段：陡坡段下泄的水流具有很大的能量，因此在陡坡段末端设置消能工（起消能作用的建筑物），消除水流的余能使之平稳的进入退水渠或下游河道。常用的消能形式有消力池和挑流鼻坎。小型水库的溢洪道多采用消力池的形式。（四）、放水建筑物1、基本要求①小型水库输水洞（放水涵洞）大都是为灌溉农田放水设置的，所以设计管径必须满足灌溉用水的要求。②小型水库放水涵洞，一般都埋在土坝的底部，所以必须放在牢固的基础上，以防止断裂。否则不但影响灌溉，还会危及坝体的安全。③放水涵洞是运用频繁的建筑物，要求启闭灵活、可靠，防止人不损坏和冻害。2、输水洞几种形式小型水库放水涵洞的下列几种形式：①混凝土涵管。可就地浇注一次成形，但抗压强度低。②钢筋混凝土涵管。具有抗压和防断裂的优点，是较通用的一种型式，其管径可随意选择。③石砌方涵和石砌拱涵。可就地取材，但浆砌结构埋在坝下，受力不均易断裂。④铸铁管和钢管。一般适用于口径较小，输水量不大的小㈡型水库。涵管进口采用闸门卧管笛子豆刂木（砼）塞做启闭设备。坝较高、库容较大水库的启闭设备，应选用闸门控制。库容小、低坝多用卧管笛了豆刂木塞或砼塞控制，也可用闸门控制。闸门控制。运用方便、易于维修和管理，但应做好止水防水闸门漏水。卧管笛子豆刂木塞控制。运用方便、易于维修，放出的水的水温对作物生长适宜，但不易管理和止水。闸阀控制严密，很少漏水现象，操作比较方便，但闸阀容易冻裂，使操作失灵。3、放水涵管拼接坝下放水涵管除落在较坚固基础上以防止断裂外，管接头也很重要，如搭接不好会发生漏水现象，水库修成后漏水处理难度很大。钢筋混凝土涵管有分节预制后拼接的和整体浇注的两种。分节预制的优点是节省模板，施工养护条件好的，适宜于小管径涵管。每节1.0~1.5m左右。整体浇注需模板多，完整性好，工期较长，两者视工期及施工条件综合考虑加以选择。但都必须先做好管座（或称底板），然后在管座上安放预制管或进行整体浇注，为了防止管身伸缩，一般管座与管身之间用刷沥青及铺油毡分离。放水涵管预制后，拼接有套接和环接两种。①套接法。将承管愉壁和插管外壁先凿毛，冲洗干净并敷设水泥砂浆，对准承口推入，使两管挤紧，然后在管内外接缝中嵌入石棉水泥或沥青麻丝（用30%石棉纤维、70%水泥配制，加水量为水泥重量的10%左右）嵌入打紧，待管道全部拼接后，逢口外包厚3cm，宽10cm的水泥砂浆，混凝土管径先浇20cm厚平底，待管子套接包逢后，再加浇混凝土包角，使涵管与管座紧密结成一体。②环节法。承接安装与套接法相同，为保证接口的坚固性，在管节接缝口外包宽40cm，厚40cm钢筋混凝土套环。为了避免就地浇注的管道因温度变化而产生裂缝，应沿管道每15m做一伸缩缝，预制分节管道也应每15m做一个伸缩缝。伸缩缝外加圆套环，与环节法相同，不过套环与管壁之间需铺一层油毛毡，涂二层沥青，以防收缩造成漏水。4、放水涵洞基础与坝体的结合（1）放水涵洞基础为了防止放水涵洞洞体断裂，必须有一个坚固的基础。实践证明，小型水库放水涵洞完全座落在岩石上是不可能的，有条件的地方，应充分利用有利地形，使放水涵洞座落在岩体上，这样不但牢固可靠，而且还会节省大量资金。没有条件的必须采取措施改善地基条件，其措施如下：①如放水涵洞基础是风化严重岩石，须将表面的破碎岩石清除，上部浇注10cm厚混凝土垫层，待达到一定强度后就可安装管身，其目的是便于施工放线和安装。②遇到较坚硬的土基（坡积土和残积土）时，须平整后，浇注厚20cm的混凝土底板，即可安装或浇注管体。③较软土层（自然状态）则需做厚30cm的砌块石基础，上部再浇注厚20cm的混凝土底板，也可不做浆砌石基础，在土基上浇注钢筋混凝土底板，增加地基承载力。5、如遇到人工回填或弃渣，必须彻底挖除，用浆砌石或混凝土回填。（2）放水涵洞与坝体结合小型水库输水洞多采用下埋管型式，值得注意的是，除要防止不均匀沉陷造成管身断裂外，还要注意与坝体结合，防止水流沿管体侧渗流。实践证明，已建成小型水库中有不少由于沿管壁渗漏而不能蓄水。防止措施：采用止水环，就是沿管身每6—10cm做止水环，使水流不能直接沿管壁流过。止水环多用混凝土或钢筋砼做成，浆砌石不宜采用，如用铸铁管或钢管则需用钢板做成，板厚不能薄于管壁，并与管身一样，须做防腐处理。二、水库工程养护和维修水库工程的养护和维修工作一般分为养护、岁修、大修和抢修四大类：养护：是指保持水库建筑物完整状态和正常运用的日常维护工作，也包括一般的小修小补。岁修：是指一年一度对建筑物进行的全面检修，它涉及面较广，工作量较大。大修：是指建筑物遭到较大程度的破坏，需要进行大规模的修理或更新改造，才恢复正常工作能力的，称为大修。抢修：是指水库建筑物突然出现破坏，形成险情，危及水库安全的情况下，进行的紧急抢险措施。（一）土坝的养护和维修1、土坝的安全管理对于位置重要的土坝，一般不允许行人随意在坝顶往来或停留，特别在防汛期间，必须有专人上坝值班巡视；一般不允许把坝顶作为公路交通或牛、马车道，要尽可能做到坝、路分家，这样即有利于土坝的管理养护，又有利于安全保卫；不准利用坝坡作为航运码头，或在坝坡范围内停泊船只，以防损坏坝坡。禁止在坝顶或坝坡上堆放重物；禁止在大坝和建筑物附近炸鱼、挖坑取土，或放炮炸石，以免影响大坝安全；禁止在大坝上种植作物、放牧牲畜、铲草积肥，如土坝离居民较近，更应加强管理，防止牲畜上坝毁损护坡和坝体。2、坝面养护和维修①要经常维修坝顶路面，使其保持平整，以免在坝顶形成坑洼集积雨水。路面修成龟背形或有一定坡度，以利排除雨水。②对坝顶防浪墙要保持完整，经常检查有无裂缝，有无倾斜和局部损坏的现象，并正确找到原因，采取措施及时修补。③对上游坝坡砌石（或混凝土板）要经常检查有无塌陷、隆起、裂缝、松动或淘刷架空等现象，尤其在每年冬季，当水库放完后，应全面检查，及时进行修补。对于块石护坡修补方法一般有以下几种：翻砌：对于部分块石因尺寸过小或嵌砌不紧，在风浪冲击下有松动现象时，可换砌较大石块，重新翻砌嵌紧；当石块松动、垫层补冲，甚至淘刷坝体，则应先翻坝体和垫层，然后翻砌块石，个别或冻毁块石，应换砌质量好的块石。混凝土或砂浆灌缝：有的地区风浪较大，即使采取较大块石护坡，由于受风浪冲击仍然容易翻动；或者更换较大块石，石料来源有困难时，可采用混凝土或者砂浆灌缝。框格填护土：如果护坡小块石面积较大，全面更换有困难时，可采用浆砌块石或混凝土或者干砌条石框格填石处理。框格可做成菱形、三角形或矩形。框格条宽约0.