水工建筑物实训

兵团广播电视大学开放教育（专科）

毕业论文

水工建筑物实训设计

学生姓名：卢天祥

学生学号： 1365101450669

学生专业： 13秋水力水电工程管理毕业分校：兵团电大北京路分校

指导老师：黄斌

年月至年月

水工建筑物实训设计

一、设计目的和要求

水工建筑物课程设计的目的，在于训练初步掌握水工建筑物的设计及计算方法，提高绘图及编写说明书技能，并通过设计巩固所学的理论知识，培养独立解决实际工程问题的能力。

本课程设计系在水库已完成水利规划的基础上，进行布置和建筑物设计工作。在设计中要求学生根据枢纽任务和枢纽的自然条件等，做出技术上可行、经济上合理、施工运用上安全可靠的布置方案和建筑物的初步设计。

二、设计内容与步骤

1、确定组成

根据流域规划对水库提出的任务，并根据地形、地质、水文、气象、建筑材料、交通运输、施工和运用条件等，确定枢纽中应包括的主要建筑物，以及各主要建筑物的型式和布置。

2、调洪演算

根据河道相应标准的设计洪水过程线和校核洪水过程线进行调洪演算，以确定泄洪建筑物尺寸和调洪库容（其相应的水位即为设计洪水位及校核洪水位）。

3、建筑物设计

（1）土坝

①坝型选择根据土料的种类、储量和分布位置，并考虑施工条件、工程量等因素选择出最优坝型。

②拟定主要尺寸及构造包括坝顶高程，坝顶宽，上、下游坝坡，防渗排水设施的型式及尺寸等。

③渗流及稳定计算本次设计仅进行上游为正常蓄水位条件下的浸润线计算和渗流量计算，并于下游坝坡取一个滑弧进行稳定计算。

④细部设计包括坝顶，上、下游护坡，坝面排水，防渗设施与坝体及坝基的连接，反滤层布置等。

（2）溢洪道

①溢洪道型式及主要尺寸拟定根据地形地质条件、水流条件、工程量大小及下泄洪水安全归河等因素，确定溢洪道的型式及主要尺寸。

②泄水渠水面线计算及出口消能计算确定边墙（或衬砌）高度及消能设施尺寸。

③构造设计拟定边墙、护底防渗排水等各部分的构造尺寸。

（3）涵管

①型式选择选择进口控制建筑物、管身断面及出口消能设施的型式，并确定涵管进出口高程。

②涵管水力计算包括过水能力计算及出口水流衔接计算。

干支渠渠道防渗技术及其发展趋势

近年来我国随着经济的发展，国家对农业重视，农业用水量随之上升，水利技术水越来越的到人们的重视。本文将农三师四十四团中干渠渠道防渗技术的发展，结合小海子水库实际工程，对渠道防渗技术、防渗效果以及经济效益进行分析，并提出目前渠道防渗技术难点，以及可实施的解决方案。

渠道防渗是我国目前农田灌溉节水措施中最为经济而且易于实施的节水措施之一，是我国目前最优先使用的也是使用范围最为广泛的节水技术措施。渠道防渗的作用不仅可以显著减少水的渗漏，提高渠系水利用系数，而且可以提高输水、输沙能力，水在防渗渠道中的流速一般较土渠高30%左右，引水能力比土渠增加50%左右，同时渠道防渗还有调控地下水水位、防止土壤盐碱化、沼泽化，改良生态环境和降低渠道管理养护费用以及减小渠道尺寸等作用，正是由于渠道防渗有着如此经济且显著的使用效果才使得进一步发展和优化渠道防渗技术具有了重要的意义。

一、土料防渗

土料防渗就是将渠基土夯实或者在渠床表面铺筑一层夯实的土料防渗层，包括压实素土、粘砂混合土、三合土、四合土、灰土等。

（1)特点和适用条件

土料防渗具有一定的防渗效果［0.07～0.17m3/（m2 /天）］，能就地取材，造价低廉，技术简单，群众容易掌握，但允许流速小，抗冻耐久性差，故土料防渗适用于气候温和地区流速较小的中、小型渠道，当地应有丰富的土料资源。若防渗要求高，当地砂石料缺乏，难以采用后述的衬砌方法时，可利用土壤固化剂（如GA剂）对土料进行固结处理。

(2)防渗结构和材料

土料防渗，一般由等厚的土料防渗层构成。如用于寒冷地区，则应根据冰冻情况，加设30～50厘米的保护层，土料防渗层的厚度可参考表1选用。为了防止三合土、四合土、灰土等混合土料防渗层由于温度变化等原因引起裂缝，可每隔3～5米设一条伸缩缝。为了提高土料防渗层的表面强度，可用水泥砂浆抹面1厘米，亦可在灰土、三合土和四合土防渗层表面，涂刷一层1：10～1：15的硫酸亚铁溶液。

素土的选用和混合土料的配合比，应通过试验确定最大干容重和最佳含水率，按照强度最大、渗透系数最小的原则选用防渗土料。

素土和粘砂混合土应进行泡水试验。若发现试件崩解，或呈浑浊液时，应改

换素土和调整粘砂混合土的配合比。

(3)施工要点

土料防渗要做到“六防”即“防渗、防冻胀、防湿胀、防干缩、防滑坡和防冲刷”。除了必须有合理的设计外，施工质量直接影响其效果和寿命。因此，施工时必须掌握好削坡清淤、配料、拌和、铺料、锤实和养护等各个环节。主要应注意如下几点：

土料的原材料应粉碎、过筛，素土粒径不应大于2.0厘米，石灰不应大于0.5厘米。

施工中应严格控制配合比和含水率，拌和后含水率与最佳含水率的偏差值不大于1％。

混合土料宜先干拌后湿拌。

铺筑顺序是三合土、四合土、灰土先渠坡后渠底；素土、粘砂混合土先渠底后渠坡。防渗层厚度大于15厘米时，应分层铺筑。铺筑时应边铺筑，边夯实，夯实后土料的干容重不得小于设计容重。

二、水泥土防渗

1、特点和适用条件。

水泥土防渗分为干硬性水泥土和塑性水泥土两种，北方多用前者，南方多用后者。水泥土具有较好的防渗效果［0.06～0.17m3/（m2 /天）］，能就地取材，造价低，技术简单，群众容易掌握，其水泥用量与低标号混凝土的水泥用量相当，允许流速小，抗冻性差。适用于温和地区，且附近有砂土和砂壤土而缺乏砂石料的渠道。

2、施工要点

（1）水泥土所用土料应风干、粉碎、过5毫米筛。

（2）水泥土铺筑应做到配料准确，拌和均匀、摊铺平整、浇捣密实。拌和水泥土时先干拌后湿拌，铺筑水泥土前，应洒水润湿渠基。半小时左右，将拌好的水泥土，按先渠坡后渠底的顺序均匀地铺筑。初步抹平后，宜在表面撒一层厚2毫米的水泥，随即揉压抹光。应连续铺筑，每次抹和料从加水至铺筑宜在

1.5小时内完成。

（3）设置保护层的塑性水泥土，其保护层应在塑性水泥土初凝前铺设完毕。当保护层为水泥砂浆时，应在水泥砂浆上刷一层水泥浆，用钢板压光，并且养护两周以上。

三、混凝土防渗

1、特点和适用范围

混凝土衬砌渠道具有防渗抗冲效果好，输水能力大，经久耐用，便于管理等特点。因而，适用于各种地形、气候和运行条件的大、中、小型渠道，附近应有骨料来源。

2、施工技术

混凝土衬砌按施工方法分为现浇和预制两种。现浇混凝土防渗层时，除了有分块的两侧挡板和伸缩缝成型夹板外，还应有外模板，否则施工质量不易保证。为节约模板、提高质量、降低成本，可采用活动模板和分块跳仓法、滑模振捣器法施工。近十几年来使用衬砌机浇注U型混凝土渠道，在土基梯形和U形渠道上采用喷射混凝土以及对塑料养护剂的试验应用是混凝土衬砌施工技术的重要发展；现浇完毕后，应及时收面，及时养护。

混凝土预制板初凝后即可拆模；强度达到设计强度的70％方可运输；安砌应平稳、坚固；砌缝应用水泥砂浆填满、压平、抹光。

四、膜料防渗

1、特点和适用条件

膜料防渗是用塑料薄膜或沥青玻璃纤维布油毡或者复合类膜料作防渗层，其上设保护层的防渗方法。膜料防渗性能好，适应变形能力强，南北方均可采用，特别是北方冻胀变形较大的地区，效果理想。

2、施工技术

膜料防渗的施工程序为渠道基槽开挖整平、薄膜加工及铺衬、保护层回填夯实三个步骤。膜料防渗施工质量的核心问题，是在施工过程中保持膜层的完整和土保护层的边坡稳定。

土渠层的铺膜基槽可采用梯形、台阶形、五边形和锯齿形等断面形式，当渠槽开挖整平后，首先进行灭草处理，然后根据渠道大小将膜料加工成大幅，自渠道下游向上游，由渠道一岸向另一岸铺设膜料，膜料应留有小褶，并平贴渠基。保护层的回填夯实，直接影响保护层的稳定和衬砌的防渗效果。土保护层可用压实法或浸水泡实法填筑，刚性材料保护层的施工方法与相同材料防渗层施工方法相同。

塑料薄膜渠道防渗技术,顾名思义,就是在渠道内铺设塑料薄膜来防止渗漏的方法。与用混凝土、浆砌石、砖砌等渠道相比,塑料薄膜渠道有不少优点。它不但大大提高了渠道水的利用系数,而且造价低、运料方便、施工简单,防渗效果比较理想。另外这种渠道柔性好,有一定防冻胀能力,适合寒区采用。据有关资料表明,塑料薄膜防渗有效期,在南方可达10—15年,东北寒地也可在9—12年。经实际核算,用塑料薄膜防渗的费用仅为混凝土衬砌的1/8。

五、沥青混凝土防渗

1、特点和适用条件

沥青混凝土衬砌属于柔性结构，其防渗能力强，适应变形性能好，造价与混凝土相近，适用于冻害地区，且附近有沥青料源的渠道。

2、沥青混凝土衬砌分有、无整平胶结层两种。

一般岩石地基的渠道才考虑使用整平胶结层。为提高沥青混凝土的防渗效

果，防止沥青老化，在沥青混凝土表面涂刷沥青玛蹄脂封闭层。涂刷的沥青玛蹄脂，必须满足在高温下不流淌，在低温下不脆裂，具有较好的热稳定性和变形性能。沥青混凝土衬砌每隔4～6米应设置横向伸缩缝，以适应外界温度变化对衬砌的影响。

沥青混凝土防渗一般采用等厚断面，中小型渠道为5～6厘米，大型渠道为8～10厘米。整平胶结层应能填平岩石基面。沥青玛蹄脂的厚度一般为2～3毫米。冻脂性土基，渠坡采用楔形断面时，坡顶厚度一般为5～6厘米，坡度厚度8～10厘米。

3、施工技术

沥青混凝土衬砌正式施工前，必须首先进行试铺筑，以确定沥青混合料的配合比、摊铺厚度、施工温度、碾压遍数等工艺参数。

沥青混凝土衬砌施工工序是：铺筑整平胶结层→铺筑防渗层→涂刷封闭层。碾压是沥青混凝土衬砌施工的关键环节，按选定的摊铺厚度均匀摊铺后，先静压1～2遍，再振动压实。压实渠坡时，上行振动，下行静压。压实过程中应严格控制施工温度和碾压遍数。

六、我国渠道防渗发展趋势

进二十年来，我国渠道防渗技术得到很高的重视，发展也相当快，从最初简单的土料防渗到最新高分子防渗材料的使用，我国在渠道防渗工程方面走出了一条符合我国国情、逐步走向高效的经济技术发展路线。由于受到我国目前经济实力的限制，科研经费投入有限，一些深层次的问题还没有得到很好的解决，特别是成套的防渗技术方案和防渗施工的机械化、自动化还没有实现，目前主要还是简单的靠人力，使用简单的防渗技术进行防渗处理，致使一些防渗工程耐久性差、易损坏、返修多。要进一步提高防渗水平，节约成本、提高水利用率，这些都是需要解决的问题。

1、渠道防渗发展难点：

(1)在我国北方地区冬季寒冷，渠道防渗工程存在相当严重的冻胀问题。我国目前采取的渠道防渗防冻胀措施大致可归纳为两种：一是进行土的置换或是强夯处理；二是在衬砌的结构上选择合理的衬砌结构和断面形式。为减少基土冻胀作用对渠道防渗工程的破坏,标准冻深大于10cm的季节冻土地区衬砌渠道,必须进行防冻胀设计：做好渠道沿线土质、地下水位、冻深的调查，因地制宜，不同的冻胀情况做好不同的处理方法，并选择有代表性的区段进行试验观测和计算。

(2)特种土基渠道防渗技术。特种土基渠道,指渠床土是湿陷性黄土、盐渍土、软弱土、膨胀土、冻胀土的渠道。在这类渠道上修建防渗工程,应先采取措施,对渠床土进行处理,然后再根据当地条件,选用常用的防渗方法,并注意设置排水设施。

(3)施工机械化及施工工艺的改进。与发达国家机械化施工为主相比，我国目前仍然以人工施工为主，但也在逐步朝机械化方向发展。机械化施工能更加快速、高质量的完成渠道防渗施工，耐久性好、返修率低、水利用率高。

七、发展和推广防渗工程新技术的对策

(1)渠道防渗工程,虽然形式简单,但各项技术复杂,应加强设计与施技术培训,建立完善的工程设计审查和评议以及工程施工的监理和监测制度。

(2)增加科研投入力度,增加跨行业合作,在工程材料、设计方法、施工技术和施工机械、等方面增加创新进行深化研究。

(3)倡导就地材料的利用,以降低工程造价，减少周围生态环境的扰动，保护和改善生态环境。

(4)结合节水重点县建设,选择几个具有代表性的的地区,建立综合性高技术示范工程,以促进渠道防渗工程技术的发展。

近几十年以来，我国在干支渠渠道防渗技术以及其在工程应用上取得一定进展，无论是衬砌结构方面还是在防渗材料的开发方面，以及施工新技术方面都取得了长足的进展。伴随着我国灌区节水任务的开展，干支渠渠道防渗工程技术必将被大规模地应用。因此，在我国渠道防渗节水在农业方面起着相当重要的作用。然而在渠道防渗的应用过程中必将会发现跟多新的需要去研究的问题，渠道防渗工程技术技术复杂性使其必须加强跨领域合作，加大科研投入以提高渠道防渗抗冻和耐久性为重点以提高施工速度和降低工程造价为目的加大渠道防渗工程技术的研究力度。

实训地点：武山县南阳电站

实训目的及意义：通过实习让我们在大脑中建立起水利水电工程模型，对水工建筑物的外观、规模、作用及特点有了初步的了解，了解水利建设的程序：规划、设计、施工、建设及管理和运用。同时对水工建筑物和水电站的工作模式有一个直观的感性认识，为以后的专业学习打下基础。

实训报告内容： 1、理论知识的认识(1).什么是水利水电工程枢纽为了满足防洪需求，获得发电、灌溉、供水、航行的方面的综合效益，需要在河流的适宜段修建不同类型的建筑物，用来控制和支配水流。这些建筑物统称为水工建筑

物，而不同功能的水工建筑物组成的综合体称为水利水电枢纽工程。(2).水工建筑物按其作用可分为几类水工建筑物种类繁多，但按其作用可分为挡水建筑物，泄水建筑物，输水建筑物，取水(进)建筑物，治水建筑物，专门为灌溉、发电、过坝需要而修建的建筑物等六类。但是，应当指出的是，有些水工建筑物的功能并非单一，难以严格区分其类型。如各种溢流坝既是挡水建筑物，又是泄水建筑物；水闸既能挡水又能泄水，有时还能作为灌溉渠首或供水工程的取水建筑物，等等。(3).什么是挡水建筑物用于拦截江河水流，形成水库或空高上游水位的建筑物。如各种坝和水闸以及为抗御洪水或挡潮沿江河岸修建的堤防、海塘等。(4).水库a.水库的概念水库是指在山沟或河流的狭口处建造拦河坝形成的人工湖泊。水库建成后，可起防洪、蓄水灌溉、供水、发电、养鱼等作用。有时天

湖泊也称为水库(天然水库)。b.水库的防洪作用水库是我国防洪广泛采用的工程措施之一。在防洪区上游河道适当位置兴建能调蓄洪水的综合利用水库，利用水库库容拦蓄洪水，削减进入下游河道的洪峰流量，达到减免洪水灾害的目的。水库对洪水的调节作用有两种不同方式，一种起滞洪作用，另一种起蓄洪作用。(5).水坝a.坝的概念坝是指拦截江河渠道水流以抬高水位或调节流量的挡水建筑物。可形成水库，抬高水位、调节径流、集中水头，用于防洪、供水、灌溉、水力发电、改善航运等。调整河势、保护岸床的河道整治建筑物也称坝，b.坝的分类主要有土石坝、重力坝、拱坝、支墩坝和橡胶坝等。其中土石坝又可分为心墙坝、斜墙坝、堆石坝、均质坝等。c.土石坝的工作特点是什么?土石坝是土坝与堆石坝的总称。土石坝历史悠久，在国内外广泛采用。其优点是：①就地取材；②结构简单，便于维修和加高、扩建；③对地质条件要求较低，能适应地基变形；④施工技术较简单，工序少，便于组织机械化快速施

工；⑤有较丰富的修建经验。其主要缺点在于：①坝身不能溢流，需另设溢洪道；②施工导流不如混凝土坝方便；③粘性土料的填筑受气候条件的影响大等。d.发展趋势①高土石坝和薄拱坝将会继续较快发展；②重力坝和支墩坝向简化和方便施工的方向发展；③钢筋混凝土面板堆石坝、碾压混凝土坝已成为极有发展前途的新坝型；④更加重视坝的安全监测和管理等。e.重力坝主要有几种型式?重力坝主要分为混凝土重力坝、浆砌石重力坝、宽缝重力坝、空腹重力坝、碾压混凝土重力坝等型式。(6).水电站a.水电站的概念将水能转换为电能的综合工程设施。一般包括由挡水、泄水建筑物形成的水库和水电站引水系统、发电厂房、机电设备等。水库的高水位水经引水系统流入厂房推动水轮发电机组发出电能，再经升压变压器、开关站和输电线路输入电网。b.水电站的分类按水能来源分为：利用河流、湖泊水能的常规水电站；利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，待电力负荷高峰期再放水至下水库发电的抽水蓄能电站；利用海洋潮汐能发电的潮汐电站；利用海洋波浪能发电的波浪能电站。按对天然径流的调节方式分为：没有水库或水库很小的径流式水电站，水库有一定调节能力的蓄水式水电站。按水电站水库的调节周期分为多年调节水电站、年调节水电站、周调节水电站和日调节水电站。2、实训的电站情况。武山县南阳电站位于武山县马力镇南阳村，在榜沙河中下游，距武山县城40公里。电站为径流引水式开发，枢纽断面控制流域面积1110km?，设计引水流量3.68m3/s，设计水头59.0m，总装机容量2x800kw，年平均发电量1008.6万kw.h，年利用小时数6302h，为Ⅴ等小（2）型工程。主要建筑物由水利枢纽，引水隧洞和厂区三大部分组成水工建筑物，就是在水的静力或动力的作用下工作，并与水发生相互影响的各种建筑物。控制和调节水流，防治水害，开发利用水资源

水工建筑物历史悠久。早在公元前2900年，埃及就在尼罗河上建造了一座高15m、长240m的挡水坝。在中国，从春秋时期开始，就在黄河下游沿岸修建堤防，经历代整修加固，形成长约1500km的黄河大堤。公元前256～前251年兴建并延用至今的都江堰工程，利用鱼嘴分水，飞沙堰泄洪、排沙，宝瓶口引水，是引水灌溉工程的典范。从春秋时期开始兴建至公元1293年全线通航的京杭运河是世界上最长的运河。

中世纪及其以前的水利工程建设，大都凭借经验，缺乏理论分析。19世纪中期特别是进入20世纪以后，由于生产发展和，水工设计理论不断完善，施工技术水平逐步提高，水工建设取得了较快的进展。如重力坝剖面的底宽与坝高之比在逐渐减小；在适宜的条件下，改变结构形式（如腹拱坝）或采用减压排水系统，以减小坝体工程量；而碾压混凝土筑坝等技术的出现，又为简化坝体施工、加快工程进度和降低造价提供了有利条件。20世纪80年代最高的重力坝是瑞士的大迪克桑斯坝，高285m。20世纪60年代以来，拱坝建设发展较快，对坝址地形和地质条件的要求逐渐放宽，在宽高比大于5和地质条件复杂的地基上也能修建拱坝；为改善坝肩稳定条件，拱圈已从过去的单圆弧拱发展为多圆心拱、椭圆拱、抛物线拱和对数螺线

水工建筑物实训

拱等多种形式；对不太对称的河谷，常采用周边缝（见双曲拱坝）将坝体与地基分开，以改善坝体应力和减少工程量。世界最高的拱坝是苏联的英古里坝，高度已达272m。20xx年8月，中国云南小湾水电站建成投产以后，已经成为世界上最高的拱坝，最大坝高达292米。

最大坝高272m，水库总库容11亿m3，下游设有引水式电站，装机130万kW。坝址为石灰岩和白云岩，被裂隙和断层切割，地质条件复杂，地震烈度8度。坝型为双曲拱坝，坝面由多心圆拱组成。随着土力学理论的发展，施工技术水平的提高和大功率、高效施工机械的采用，以及对上坝土料要求放宽，加之有些国家地质条件较好的坝址已经不多等原因，致使高土石坝的修建越来越多。苏联的罗贡坝，高达335m，是20世纪80年代世界上最高的土石坝。钢筋混凝土面板堆石坝也在迅速发展。岩石力学的发展，促使采用隧洞等地下结构的工程日益增多，规模也在不断扩大，施工技术和机械化水平不断提高，预应力衬砌隧洞、锚喷支护、在软基上用高压喷射灌浆开挖洞室等都在发展。利用混凝土防渗墙或帷幕灌浆解决坝基渗漏，在深厚覆盖层地基上修建土石坝，在岩溶地区和复杂地基修建高坝均获得了成功。埃及阿斯旺高坝的帷幕深170m;加拿大马尼克三级土坝，防渗墙深达131m。中国在岩溶地区成功地建成了高165m的乌江渡拱形重力坝，灌浆帷幕深达260m。由于高坝建设增多，大流量泄洪消能设施发展迅速，单宽流量不断加大，有些工程高达300m3/（s·m）以上。为解决由于高速水流引起的空蚀问题，除作好体型设计外，还采用了掺气减蚀等措施。在高山峡谷地区，为适应泄水建筑物与水电站厂房的布置，厂房顶溢流式、挑越式厂坝联合泄洪以及厂房位于坝内的腹

拱式等形式也逐渐付诸实施。大容量电子计算机和有限元方法的采用，又为解决过去用人工难以完成的许多计算课题和数据处理创造了良好条件。

分类

水工建筑物可按使用期限和功能进行分类。

按使用期限可分为永久性水工建筑物和临时性水工建筑物，后者是指在施工期短时间内发挥作用的建筑物，如围堰、导流隧洞、导流明渠等。按功能可分为通用性水工建筑物和专门性水工建筑物两大类。

通用性水工建筑物

主要有：①挡水建筑物，如各种坝、水闸、堤和海塘；②泄水建筑物，如各种溢流坝、岸边溢洪道、泄水隧洞、分洪闸；③进水建筑物，也称取水建筑物，如进水闸、深式进水口、泵站；④输水建筑物，如引（供）水隧洞、渡槽、输水管道、渠道；⑤河道整治建筑物，如丁坝、顺坝、潜坝、护岸、导流堤。

专门性水工建筑物

主要有：①水电站建筑物，如前池、调压室、压力水管、水电站厂房；②渠系建筑物，如节制闸、分水闸、渡槽、沉沙池、冲沙闸；③港口水工建筑物，如防波堤、码头、船坞、船台和滑道；④过坝设施，如船闸、升船机、放木道、筏道及鱼道等。

有些水工建筑物的功能并非单一，难以严格区分其类型，如各种溢流坝，既是挡水建筑物，又是泄水建筑物；闸门既能挡水和泄水，又

是水力发电、灌溉、供水和航运等工程的重要组成部分。有时施工导流隧洞可以与泄水或引水隧洞等结合。

水工建筑物按其功能可分为：

①通用性水工建筑物。主要有挡水建筑物，如各种坝、堤和海塘；泄水建筑物，如各种溢流坝、溢洪道、泄水隧洞、分洪闸；进水建筑物，也称取水建筑物，如进水闸、深式进水口、水泵站；输水建筑物，如引（供）水隧洞、渠道及输水管道；河道整治建筑物，如丁坝、顺坝、护岸、导流堤。②专门性水工建筑物。主要有水力发电专用建筑物，如前池、调压室、压力水管、水电站厂房；灌溉和供水专用建筑物，如节制闸、沉沙池、冲沙闸；港口专用建筑物，如防波堤、码头、船坞、船台；过坝专用建筑物及设施，如船闸、升船机、筏道及鱼道等。

上述两类均属于长期使用的建筑物，称为永久性水工建筑物；另有一些仅在施工期短时间内发挥作用的建筑物，如围堰、导流隧洞等，称为临时性水工建筑物。有些水工建筑物的功能并非单一的，难以严格区分其类型，如各种溢流坝，既是挡水建筑物，又是泄水建筑物；有时施工导流隧洞可以改建成永久性的泄水或引水隧洞等。主要特点

水工建筑物的主要特点是：

①受自然条件制约多，地形、地质、水文、气象等对工程选址、建筑物选型、施工、枢纽布置和工程投资影响很大。

②工作条件复杂，如挡水建筑物要承受相当大的水压力，由渗流产生的渗透压力对建筑物的强度和稳定不利；泄水建筑物泄水时，对河床和岸坡具有强烈的冲刷作用等。

③ 施工难度大，在江河中兴建水利工程，需要妥善解决施工导流、截流和施工期度汛，此外，复杂地基的处理以及地下工程、水下工程等的施工技术都较复杂。

④大型水利工程的挡水建筑物失事，将会给下游带来巨大损失和灾难。

工程类比

工程类比参照与本工程条件相近，运用情况良好的已建工程选定有关尺寸和参数，也是较常采用的一种方法。上述各种方法是相辅相成的，一般需要配合应用。

研究方法

水工建筑物设计包括：选址，如坝址、闸址、洞线、渠线的选择；选型，即选定建筑物的结构形式，如坝型选择；水力计算；结构计算；工程细部设计，确定地基处理方案，观测设计以及合理布置各个建筑物等。对大中型和重要工程还应有水力模型试验和结构模型试验配合验证。

研究方法归纳起来有以下几种

理论分析运用力学等方面的知识，通过分析计算，设计和研究水工建筑物，是基本的也是最主要的方法，但不是所有问题都能依靠计算来解决。

试验研究建立物理模型（水力模型和结构模型），通过试验，研究整个枢纽、建筑物整体或局部在各种不同条件下的工作状况，它能解决许多用理论分析不能解决的问题。

原型观测由于理论分析和试验研究都不能做到与实际情况完全一致，为了验证上述两种方法的研究成果，并指导今后的实践，可对建造中或建成使用中的水工建筑物埋设各种观测仪器，通过对原型观测和分析研究，找出一般规律。

发展前景

20世纪以来，水工建筑物在世界各国发展迅速，规模也越来越大。如中国在建及拟建水工建筑物与已建成的相比，无论在形式上、规模上都有较大的改进和提高：土石坝的高度将从100m提高到近200m，而混凝土坝的高度则将达到250m左右；电站装机容量将达到300～400万kW甚至1000万kW以上;一些中、低水头的抽水蓄能或混合式抽水蓄能电站已开始兴建；一些大规模的引水、供水、灌溉等工程亦将相继投入实施。从全世界而言，水工建筑物的前景是向高水头、大容量、新材料、新结构等方面发展。随着施工技术不断提高和大型、高效施工机械及高速、大容量电子计算机的采用，高拱坝、高土石坝、碾压混凝土坝、深埋隧洞及大型地下建筑物等的设计和研究将会有较快的进展。此外，预制构件装配化的中小型水工建筑物的应用，以及水工建筑物监测和管理调度技术等也将随之有较大发展泄水建筑物

问题：

水工建筑物实训

1.什么叫泄水建筑物？它有几种型式？

在水利工程枢纽中，用来泄放水的水工建筑物称为泄水建筑物。其型式有岸边溢洪道、溢流坝、泄洪隧洞及坝下涵洞四种型式。

2．岸边溢洪道主要有几种型式？

岸边溢洪道主要有以下三种型式：

(1)正槽溢洪道：溢洪道的泄槽与溢流堰轴线正交，过堰水流与泄槽轴线方向一致。

(2)侧槽溢洪道：溢流堰设在泄槽一侧，溢流堰轴线与泄槽大致平行。

(3)井式溢洪道：进水口在平面上为一环形的溢流堰，水流过堰后，经竖井和隧洞流向下游。

3. 溢洪道由哪几部分组成？

溢洪道从上游水库到下游河道通常由引水段、控制段、泄水槽、消能设施和尾水渠五个部分组成。

4．溢流堰有哪几种型式？它们的特点是什么？

溢流堰纵断面一般有实用堰和宽顶堰两种基本型式。实用堰的流量系数较大，但结构比宽顶堰复杂，当堰口狭窄、地面高程较低，或地面高程虽较高，但开挖容易且方量不大时可以采用。宽顶堰的流量系数较实用堰小，但施工简单，当地面较高，开挖方量大且开挖比较困难时，采用这种堰型可以减小一些开挖量。

5．为什么溢洪道进D要设计成喇叭形状？

溢洪道进口设计成喇叭形状的主要目的是使水流平稳均匀地流向溢洪堰，防止发生漩涡或横向水流，降低局部水头损失，提高溢洪道的泄洪能力。

6．溢洪道陡槽段底板破坏的主要原因是什么？

溢洪道陡槽段底板破坏的主要原因有以下几方面：

(l)衬砌表面不平整，特别是横向接缝处下游块有升坎。

(2)接缝止水不良，施工质量差。

(3)地基处理不好，衬砌与地基接触不良。

(4)衬砌底板下排水不畅。

以上因素都将导致底板下产生很大的扬压力和动水压力，以致使底板被掀起破坏。

7．为什么溢洪道下游容易引起冲刷破坏？

从溢洪道下泄的水流，流速很高，单宽流量大，在泄水槽末端集中了很大的能量。因此，末端必须设臵消能设施。在实际中，很多工程因消能设施考虑不当，高速水流与下游河道的正常水流不能妥善衔接，能量没有完全消除，致使下游河床和岸坡遭受冲刷破坏，危及大坝和溢洪道自身的安全。

8.为什么要在溢洪道陡槽段底板设臵排水设施？

为了排除地基渗水，减小衬砌所受的扬压力，须在衬砌层下面设臵排水系统，排水系统必须确保畅通。排水系统由若干道横向排水沟和几道纵向排水沟所组成。

9．泄水建筑物的消能措施有几种类型？

泄水建筑物的消能措施，大至可分为三种类型：

(l)底流式消能。

(2)挑流式消能。

(3)面流式消能。

此外，还可以将上述基本的消能结合起来应用。

10．底流消能的原理是什么？

从加强水流的紊动出发，在建筑物下游采取一定的工程措施，控制水跃发生的位臵，通过水跃产生的表面漩滚和强烈的紊动以达到消能的目的。

11．挑流消能的原理是什么？

利用下泄水流所挟带的巨大动能，因势利导将水流挑射远离建筑物的下游。在挑射过程中，水流受到空气的阻力而扩散，掺入大量空气，降落到下游水面后，又受到下游水体的阻力，形成激烈的漩滚而消能。

12．面流消能的原理是什么？

当下游水深较大而且比较稳定时，可采取一定的工程措施，将急流导向下游水面，主流与河床之间由巨大的底部漩滚隔开，可避免高速生流对河床的冲刷。

13.挑流鼻坎型式有几种？各有何优缺点？

挑流鼻坎型式有连续式和差动式两种。连续式鼻坎设施简单，不易气蚀，在相同水力条件下，挑距比差动式稍远，但水舌较集中，空中扩散较差，对河床冲刷较深。

14．挑流、底流、面流消能的优缺点是什么？

工程实际中，消能方式的选择是一个十分复杂的问题，必须结合具体工程，兼顾水力、地形、地质及应用条件进行综合分析选定。上述三种消能型式的优缺点如下：

(1)底流消能的优点：水跃稳定，安全可靠，消能效果好，下游水面波动小。缺点：消力地的工程量大，增加工程造价。

(2)挑流消能的优点：节约护坦工程，可降低造价，消能效果好。缺点：空中雾气大，尾水波动大，要求下游河床抗冲能力强。

(3)面流消能的优点：主流在表面，底部流速小，不易冲刷河床，有利于漂木、漂冰和宣泄其他漂浮物。缺点：水流衔接形式复杂多变，不易控制。下游水面波动很大，两岸易遭冲刷，有碍航运及水轮机工作。

15．底流消能的型式有几种？

底流消能的型式主要有以下三种：

(1)降低护坦高所形成的消力地消能。

(2)在护坦末端修建消力坎所形成的消力池消能。

(3)以上两种型式加上趾墩、消力墩、尾槛等辅助消能工程所形成的综合式消力池消能。

16．为什么要在挑流鼻坎内设臵通气孔？

在挑流鼻坎内设臵通气孔主要是为了避免挑流时高水流带走水舌下面的空气而形成真空，影响挑射距离。

17．挑流鼻坎为什么容易被破坏？

泄水建筑在泄洪时，挑流鼻坎表面要承受高速水流的冲刷，磨损很大。而许多工程因施工等原因，挑流鼻坎表面不平整，混凝土强度及耐磨达不到设计要求，经常造成鼻坎表面混凝土脱落，钢筋裸露，影响工程正常运行。

18．陡槽段混凝土衬砌为什么分缝？

为了适应混凝土因温度变化所引起的膨胀和收缩以及由于地基的不均匀沉陷所产生的变形，混凝土衬砌需设臵纵横缝。

19.接缝有哪几种型式？并用何种材料止水？

接缝一般有平接缝、键槽缝、搭接缝及齿槽缝等四种型式。缝内要设臵止水，止水可用金属片或沥青砂浆。止水的施工质量必须严格保证，以防急流钻入衬砌下面产生很大的动水压力而掀起衬砌板。

20．溢洪道有闸控制和无闸控制，各有什么优缺点？

对于蓄水工程来说，溢洪道可设闸门，也可以不设闸门。一般情况下，小型工程溢洪道常不设臵闸门，大、中型工程溢洪道设臵闸门的较多。溢流堰上不设闸门时，堰顶高程就是水库的正常蓄水位。设臵闸门时，溢流堰顶高程低于水库的正常蓄水位。闸门控制可根据当地气象预报而定，而在汛期提前开闸放水，则有利于降低洪水位，减小库区的临时淹没和大坝及其他非溢流建筑物的高度，并可削减下泄的洪峰流量。

但设臵闸门却要增加闸门及启闭设备的投资。由于溢流堰的堰顶高程降低，则就要增加其开挖量，并且汛期还必须加强管理。

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