1、河 南 理 工 大 学 水 文 与水 资 源 工 程 水 利 工 程 概 论 周 游 先 生 1 水 工 概 论 1.水 能 资 源 ： 水 能 资 源 指 水 体 的 动 能 、 势 能 和 压 力 能 等 能 量 资 源 ， 是 自 由 流 动 的 天 然 河 流的 出 力 和 能 量 。 水 力 发 电 过 程 中 水 轮 机 将 水 能 转 化 为 机 械 能 ， 然 后 带 动 发 电 机 将 机 械 能 转换 为 电 能 。2.水 利 事 业 的 根 本 任 务 ： 水 利 事 业 对 河 流 进 行 控 制 和 改 造 ， 采 取 工 程 措 施 合 理 使 用 和 调配 水 资
2、 源 ， 以 达 到 兴 利 除 害 的 各 部 门 从 事 的 事 业 。 除 水 害 是 防 止 旱 涝 成 灾 ； 兴 水 利 是 从 多方 面 利 用 水 资 源 为 人 类 服 务 。3.公 元 前 485年 开 始 兴 建 的 京 杭 大 运 河 -是 世 界 上 里 程 最 长 、 工 程 最 大 、 最 古 老 的 运 河 之 一 。北 起 北 京 (涿 郡 ),南 到 杭 州 (余 杭 )。 全 长 1794千 米 ， 公 元 前 486年 开 始 建 造 。 春 秋 末 期 建设 ， 经 隋 朝 和 元 朝 二 次 大 规 模 的 扩 展 和 整 治 。4.灵 渠 位 于
3、广 西 桂 林 市 兴 安 县 境 内 ， 于 公 元 前 214年 凿 成 通 航 ，距 今 已 2217年 ， 将 长 江 水 系 的 湘 江 和 珠 江 水 系 的 漓 江 连 接 在 一 起 ， 沟 通 了 两 大 水 系 。5.都 江 堰 ： 都 江 堰 分 洪 引 水 灌 溉 工 程 ： 建 于 公 元 前 250年 ， 以 无坝 引 水 为 特 征 的 宏 大 水 利 工 程 。 主 要 有 分 水 鱼 嘴 、 飞 沙 堰 、 宝 瓶口 、 金 刚 堤 、 人 字 堤 等 构 成 。分 水 鱼 嘴 起 导 水 作 用 ； 飞 沙 堰 高 2m， 汛 期 通 过 堰 顶 由 内 江
4、 向 外江 溢 水 分 流 排 沙 ； 宝 瓶 口 在 枯 水 期 可 大 量 引 水 ， 洪 水 期 约 束 控 制进 渠 水 量 ， 实 现 “ 三 （ 30%洪 水 期 ） 七 （ 70%枯 水 期 ） 分 流 ” 。6.洪 水 过 程 线 ： 河 道 洪 水 流 量 的 变 化 过 程 曲 线 。影 响 因 素 ：1） 流 域 条 件 包 括 河 流 纵 坡 降 ， 流 域 形 状 系 数 。2） 暴 雨 条 件 暴 雨 强 度 、 降 雨 时 间 、 降 雨 量 、 降 雨 面 积 、 雨 区 在 流 域 中 的 位 置 。7.水 电 工 程 地 质 问 题 ： 斜 坡 岩 体 失
5、稳 破 坏 问 题泥 石 流 、 蠕 变 、 崩 塌 、 滑 坡 、 剥 落 。 蠕 变 ： 长 期 缓 慢 的 松 动 变 形 下 滑 。剥 落 ： 岩 石 风 化 产 生 的 碎 屑 ， 在 重 力 作 用 下 滚 落 。 闸 坝 工 程 地 质 问 题重 力 坝 滑 动 和 沉 降 ： 发 生 在 风 化 层 、 断 层 破 碎 带 及 各 种 软 弱 夹 层 。重 力 坝 坝 基 和 坝 肩 渗 透 ： 发 生 在 孔 隙 、 裂 隙 、 洞 穴 、 断 层 破 碎 带 及 各 种 软 弱 夹 层 。土 石 坝 沉 降 ： 发 生 在 淤 泥 质 土 、 软 黏 土 等 高 压 缩 性
6、 土 层 。水 闸 闸 基 沉 降 ： 大 多 数 闸 基 是 软 基 ， 沉 降 较 大 ， 需 做 处 理 。 水 库 的 工 程 地 质 问 题水 库 渗 漏 ： 库 区 是 否 有 砂 砾 石 层 、 岩 溶 通 道 、 断 层 破 碎 带 。水 库 浸 没 ： 蓄 水 使 库 区 周 边 地 下 水 上 升 ， 当 上 升 水 位 接 近 或 高 出 地 表 的 现 象 。水 库 塌 岸 ： 水 库 蓄 水 使 岸 边 岩 土 容 重 增 大 ， 强 度 降 低 ， 在 波 浪 冲 刷 下 发 生 坍 塌 。水 库 淤 积 ： 建 坝 后 ， 上 游 水 流 挟 带 泥 沙 沉 积
7、在 水 库 。8.水 库 在 河 道 上 修 筑 建 筑 物 （ 坝 、 闸 ） ， 拦 截 水 流 ， 抬 高 水 位 而 形 成 的 水 体 。 调 节 周 期 ： 由 库 空 到 库 满 再 到 库空 ， 循 环 一 次 所 经 历 的 时 间 。 河 南 理 工 大 学 水 文 与水 资 源 工 程 水 利 工 程 概 论 周 游 先 生 2 9.正 常 蓄 水 位 （ 正 常 高 水 位 、 设 计兴 利 水 位 ） 设 计 枯 水 年 （ 或 枯 水期 ） 开 始 供 水 时 应 蓄 到 的 水 位 ， 它是 水 库 在 正 常 运 用 时 ， 允 许 长 期 维持 的 最 高 水
8、 位 。死 水 位 和 死 库 容 死 水 位 是 允 许库 水 位 消 落 的 最 低 水 位 ， 死 水 位 以下 的 库 容 为 死 库 容 。防 洪 限 制 水 位 水 库 在 汛 期 允 许兴 利 蓄 水 的 上 限 水 位 。防 洪 高 水 位 和 防 洪 库 容 水 库 承担 下 游 防 洪 任 务 时 ， 在 调 节 下 游 防护 对 象 的 防 洪 标 准 洪 水 时 ， 坝 前 达 到 的 最 高 水 位 。 防 洪 高 水 位 与 防 洪 限 制 水 位 之 间 的 库 容为 防 洪 库 容 。 防 洪 库 容 与 兴 利 库 容 之 间 的 位 置 关 系 （ 3种 ）
9、（ 1） 不 结 合 。 防 洪 限 制 水 位 等 于 正 常 蓄 水 位 ， 重 叠 库 容 为 零 。 （ 2） 完 全 结 合 。 防 洪 高 水位 等 于 正 常 蓄 水 位 ， 重 叠 库 容 等 于 防 洪 库 容 。 （ 3） 部 分 结 合 。校 核 洪 水 位 当 遇 到 大 坝 校 核 标 准 洪 水 时 ， 水 库 经 调 洪 后 ， 坝 前 达 到 的 最 高 水 位 。 它 与 防洪 限 制 水 位 之 间 的 水 库 容 积 称 为 调 洪 库 容 。坝 顶 高 程 设 计 洪 水 位 或 校 核 洪 水 位 加 上 一 定 数 量 的 风 浪 高 值 和 安 全
10、 超 高 值 。10.重 力 坝 主 要 依 靠 坝 体 自 身 重 量 在 地 基 上 产 生 的 摩 擦 力 和 坝 与 地 基 之 间 的 凝 聚 力 抵抗 坝 前 巨 大 的 水 推 力 ， 来 维 持 自 身 稳 定 的 坝 型 。重 力 坝一 、 重 力 坝 的 特 点优 点 ：(1)安 全 可 靠 。 重 力 坝 剖 面 尺 寸 大 ， 应 力 较 低 ， 筑 坝 材 料 强 度 高 ， 耐 久 性 好 ， 因 而 抵 抗 水的 渗 漏 、 洪 水 漫 顶 、 地 震 和 战 争 破 坏 的 能 力 都 比 较 强 。 (2)对 地 形 、 地 质 条 件 适 应 性 强 。 坝
11、 体 作 用 于 地 基 面 上 的 压 应 力 不 高 ， 所 以 对 地 质 条 件 的要 求 也 较 低 ， 低 坝 甚 至 可 修 建 在 土 基 上 。(3)枢 纽 泄 洪 问 题 容 易 解 决 。 混 凝 土 材 料 可 以 做 成 任 意 适 合 于 泄 水 的 形 状 ， 而 且 能 够 抵 抗水 流 冲 刷 。 重 力 坝 可 以 做 成 溢 流 的 ， 也 可 以 设 置 坝 身 泄 水 孔 ， 一 般 不 用 另 没 河 岸 式 泄 水 道 ，枢 纽 布 置 紧 凑 。(4)适 用 于 各 种 气 候 条 件 。(5)施 工 方 便 大 体 积 混 凝 土 ， 可 以
12、采 用 现 代 机 械 化 施 工 ， 在 放 样 、 立 模 和 混 凝 土 浇 筑 方面 都 比 较 简 便 。(6)结 构 作 用 明 确 重 力 坝 沿 坝 轴 线 用 横 缝 分 成 若 干 坝 段 ， 各 坝 段 独 立 工 作 ， 结 构 作 用 明确 ， 应 力 分 析 和 稳 定 计 算 都 比 较 简 单 。缺 点 ： 坝 体 剖 面 尺 寸 大 ， 水 泥 用 量 多 。 坝 体 应 力 普 遍 较 低 ， 材 料 强 度 不 能 充 分 发 挥 。 坝 体 与 地 基 接 触 面 积 大 ， 因 而 坝 底 的 扬 压 力 较 大 ， 对 稳 定 不 利 。 施 工 期
13、 大 体 积 混 凝 土 的 温 度 应 力 和 收 缩 应 力 较 大 ， 对 温 度 控 制 的 要 求 较 高 。二 、 重 力 坝 的 类 型(1)按 坝 的 高 度 分 类 ： 重 力 坝 按 坝 的 高 度 分 为 低 坝 、 中 坝 、 高 坝 。 坝 高 小 于 30m的 为 低 坝 ，坝 高 在 30 70m之 间 的 为 中 坝 ， 坝 高 大 于 70m的 为 高 坝 。 河 南 理 工 大 学 水 文 与水 资 源 工 程 水 利 工 程 概 论 周 游 先 生 3 (2)按 筑 坝 材 料 分 类 ： 按 坝 体 的 建 筑 材 料 ， 分 为 混 凝 土 重 力 坝
14、 和 浆 砌 石 重 力 坝 。 重 要 的 和较 高 的 重 力 坝 ， 大 都 用 混 凝 土 建 造 。(3)按 泄 水 条 件 分 类 ： 一 座 重 力 坝 往 往 是 河 床 中 部 坝 段 溢 流 ， 其 余 坝 段 不 溢 流 。 其 中 溢 流部 分 为 溢 流 坝 ， 不 溢 流 部 分 为 非 溢 流 坝 。(4)按 坝 的 结 构 形 式 分 类 :实 体 重 力 坝 、 空 腹 重 力 坝 和 宽 缝 重 力 坝 。三 、 重 力 坝 的 材 料重 力 坝 建 筑 材 料 主 要 是 混 凝 土 ， 中 小 型 也 用 浆 砌 石 。（ 一 ） 混 凝 土 形 成由
15、水 泥 、 水 、 沙 子 、 石 子 四 种 主 要 材 料 组 成 。 沙 和 石 子 是 骨 料 ， 水 泥 是 润 滑 剂 和 胶 结 剂 。混 凝 土 ： 将 水 、 水 泥 、 沙 子 和 石 子 按 一 定 比 例 配 合 ， 搅 拌 均 匀 ， 硬 化 后 形 成 。混 凝 土 的 配 合 比 ： 指 混 凝 土 中 水 泥 、 水 、 砂 、 石 子 用 量 之 间 的 比 例 关 系 。（ 二 ） 混 凝 土 的 质 量 ：1、 和 易 性和 易 性 指 流 动 性 、 黏 聚 性 和 保 水 性 。 工 程 中 常 用 坍 落 度 作 为 混 凝 土 和 易 性 指 标
16、。 2、 混 凝 土 强 度材 料 强 度 ： 指 材 料 在 荷 重 或 其 他 因 素 （ 温 度 变 化 、 变 形 等 ） 所 产 生 的 内 部 应 力 作 用 下 ， 抵抗 破 坏 的 性 能 。材 料 强 度 表 示 方 法 用 材 料 试 件 在 破 坏 时 的 极 限 应 力 值 表 示 （ 抗 压 、 抗 拉 、 抗 剪 、 抗 弯等 ） 。抗 压 强 度 指 外 力 是 压 力 时 的 强 度 极 限 。抗 拉 强 度 指 材 料 最 大 均 匀 塑 性 变 形 的 抗 力 。 超 出 之 后 ， 金 属 开 始 出 现 缩 颈 现 象 ， 即 产 生集 中 变 形 。
17、对 于 没 有 (或 很 小 )均 匀 塑 性 变 形 的 脆 性 材 料 ， 它 反 映 了 材 料 的 断 裂 抗 力 。抗 剪 强 度 指 外 力 与 材 料 轴 线 垂 直 ， 并 对 材 料 呈 剪 切 作 用 时 材 料 断 裂 的 强 度 极 限 。抗 弯 强 度 指 材 料 抵 抗 弯 曲 不 断 裂 的 能 力 。 在 试 件 的 两 支 点 之 间 施 加 载 荷 ， 至 试 件 破 坏 时的 单 位 面 积 载 荷 值 。混 凝 土 强 度 的 表 示 方 法 标 号 和 强 度 等 级3.标 号 ： 指 按 标 准 方 法 制 作 、 养 护 的 边 长 为 20cm
18、的 立 方 体 标 准 试 件 ， 在 28 d 龄 期 用标 准 试 验 方 法 所 测 得 的 抗 压 极 限 强 度 ， 以 kgf/cm2 （ 公 斤 力 /平 方 厘 米 ） 计 。 如 500 号 混 凝 土 ， 其 试 件 抗 压 极 限 强 度 为 500 kgf/ cm2 。 1MPa=10kgf/ cm2。4.强 度 等 级 ： 混 凝 土 的 强 度 等 级 按 立 方 体 试 件 抗 压 强 度 标 准 值 划 分 。立 方 体 试 件 抗 压 强 度 标 准 值 则 是 指 按 标 准 方 法 制 作 、 养 护 的 边 长 为 15 cm的 立 方 体 标 准 试件
19、 ， 在 28 d 龄 期 用 标 准 试 验 方 法 所 测 得 的 抗 压 强 度 总 体 分 布 中 的 一 个 值 ， 强 度 低 于 该 值的 百 分 率 不 得 超 过 5 % ， 亦 即 保 证 率 为 95 %。 混 凝 土 的 强 度 等 级 采 用 混 凝 土 与 其 立 方 体 试件 抗 压 强 度 标 准 值 的 兆 帕 数 表 示 ， 如 立 方 体 试 件 抗 压 强 度 标 准 值 为 50 MPa 的 混 凝 土 ， 其强 度 等 级 以 “ C50” 表 示 。5.水 泥 强 度 等 级 水 泥 的 强 度 等 级 是 水 泥 强 度 大 小 的 标 志 ，
20、测 定 指 标 为 水 泥 的 抗 压强 度 ， 检 测 标 准 主 要 为 水 泥 砂 浆 硬 结 28d后 的 强 度 。水 泥 的 强 度 等 级 定 为 42.5级 或 42.5R级 表 示 检 测 得 到 28d后 的 抗 压 强 度 为 42.5MPa。水 泥 的 强 度 等 级 有 32.5、 32.5R、 42.5、 42.5R、 52.5、 52.5R、 62.5、 62.5R八 种 。 带 R 表示 该 水 泥 为 早 强 水 泥 。 用 于 抢 修 抢 建 混 凝 土 工 程 。混 凝 土 养 护 期 间 ， 应 重 点 加 强 混 凝 土 的 湿 度 和 温 度 控 制
21、 。四 、 重 力 坝 的 构 造 （ 一 ） 重 力 坝 对 材 料 的 要 求抗 渗 性 、 低 热 性 、 抗 磨 性 、 抗 冻 性 、 抗 侵 蚀 性 、 耐 久 性 。（ 二 ） 分 缝分 缝 按 其 缝 面 的 方 向 分 为 横 缝 、 纵 缝 和 水 平 缝 。 河 南 理 工 大 学 水 文 与水 资 源 工 程 水 利 工 程 概 论 周 游 先 生 4 横 缝 （ 永 久 缝 ） 垂 直 坝 轴 线 ， 将 坝 体 分 成 若 干 坝 段 。横 缝 作 用 ： 1） 减 小 温 度 应 力 ； 2） 适 应 地 基 不 均 匀 变 形 ； 3） 满 足 施 工 要 求
22、。横 缝 间 距 ： 12-20米 。纵 缝 （ 临 时 缝 ） 平 行 于 坝 轴 线 布 置 ， 垂 直 于 横 缝 ， 是 施 工 临时 缝 。纵 缝 作 用 ： 1） 满 足 施 工 要 求 ， 分 仓 浇 筑 。 2） 减 少 大 坝 在 施工 期 的 温 度 应 力 。水 平 缝 是 在 坝 体 分 层 浇 筑 时 ， 在 上 、 下 层 浇 筑 快 之 间 形 成 的缝 ， 水 平 施 工 缝 是 大 坝 整 体 的 薄 弱 面 ， 在 施 工 时 必 须 进 行 凿毛 处 理 ， 以 保 证 黏 接 良 好 。按 缝 的 作 用 分 类 ： 沉 降 缝 、 伸 缩 缝 、 工
23、作 缝 。沉 降 缝 ： 是 将 坝 体 沿 长 度 分 段 适 应 地 基 的 不 均 匀 沉 降 ， 避 免 由 此 引 起 坝 体 裂 缝 。伸 缩 缝 ： 是 将 坝 体 分 块 ， 以 减 少 坝 体 伸 缩 时 地 基 对 坝 体 的 约 束 而 造 成 的 裂 缝 。工 作 缝 ： 是 便 于 分 期 浇 筑 、 装 拆 模 板 以 及 混 凝 土 的 散 热 而 设 的 临 时 缝 。 （ 三 ） 止 水止 水 作 用 ： 阻 止 水 库 的 水 渗 入 横 缝 。设 置 位 置 ： 在 横 缝 靠 近 上 游 面 附 近 ， 上 部 延 伸 到 最 高 水 位 以 上 ， 下
24、 部 必 须 与 坝 基 岩 石 妥 善连 接 ， 埋 入 深 度 30-50cm。（ 四 ） 坝 体 排 水 系 统在 坝 体 内 沿 坝 轴 线 方 向 每 隔 2-3m设 一 根 排 水 管 （ 垂 直 放 置 ） ， 下 部 与 排 水 廊 道 相 连 通 。排 水 管 收 集 渗 入 坝 体 的 渗 水 ， 将 其 排 入 廊 道 。 渗 水 在 从 廊 道 排 水 沟 汇 集 到 底 部 集 水 井 ， 最后 通 过 自 流 或 用 抽 水 机 排 到 下 游 。排 水 管 排 水 廊 道 集 水 井 排 到 下 游（ 五 ） 廊 道 系 统为 满 足 施 工 和 运 用 要 求
25、（ 如 灌 浆 、 排 水 、 观 测 、 检 查 、 交 通 的 需 要 ） ， 须 在 坝 体 内 设置 各 种 廊 道 。 这 些 廊 道 相 互 连 通 ， 构 成 廊 道 系 统 。排 水 廊 道 包 括 坝 基 排 水 廊 道 和 坝 体 排 水 廊 道 。坝 基 排 水 廊 道 位 于 坝 的 基 础 面 ， 廊 道 底 部 不 浇 筑 混 凝 土 ， 使 基 岩 直 接 暴 露 在 廊 道 内 ， 起 到 排 水 ， 降 低 坝 基 扬 压 力 作 用 。坝 体 排 水 廊 道 收 集 坝 体 排 水 管 内 的 渗 水 ， 排 除 到 下 游 。 一 般 为 门 洞 形 ，
26、沿 坝 高 每 隔 15-30m布 置 一 层 ， 距 离 上 游 面 一 定 距 离 ， 可 兼 做 检 查 廊 道 。（ 六 ） 重 力 坝 的 荷 载 指 作 用 在 水 工 建 筑 物 上 的 力 。主 要 荷 载 有 ： 坝 体 自 重 ； 静 水 压 力 ； 扬 压 力 ； 动 水 压 力 ； 冰 压 力 ； 泥 沙压 力 ； 浪 压 力 ； 地 震 力 ； 温 度 及 其 他 荷 载 。扬 压 力 ： 是 渗 水 在 坝 体 和 坝 基 面 产 生 的 渗 透 压 力 和 浮 托 力 。由 于 上 、 下 游 水 位 差 的 作 用 ， 库 水 通 过 坝 体 和 坝 基 渗 向
27、 下 游 ， 渗 流 作 用 使 得 在 坝 体 和 坝 基上 产 生 渗 透 压 力 ， 渗 透 压 力 对 坝 体 的 作 用 力 向 上 ， 即 扬 压 力 。扬 压 力 根 据 形 成 原 因 分 为 渗 透 压 力 和 浮 托 力 。 渗 透 压 力 由 上 下 游 水 头 差 产 生 ， 浮 托 力 由 下游 水 深 产 生 。动 水 压 力 ： 溢 流 坝 泄 水 时 ， 流 水 对 溢 流 面 产 生 的 作 用 力 。 坝 顶 曲 线 和 下 游 面 直 线 段 上 的 动水 压 力 很 小 ， 可 忽 略 不 计 。 只 计 算 反 弧 段 上 的 动 水 压 力 。荷 载
28、 分 类 （ 1） 按 其 作 用 方 式 分 为 ： 直 接 荷 载 和 间 接 荷 载 。直 接 荷 载 是 直 接 施 加 在 结 构 上 的 力 （ 自 重 、 水 压 力 、 扬 压 力 、 土 压 力 、 浪 压 力 等 ） 。间 接 荷 载 是 结 构 产 生 外 加 变 形 或 约 束 变 形 的 原 因 （ 地 震 、 温 度 等 ） 。（ 2） 按 其 作 用 在 建 筑 物 上 随 时 间 变 异 情 况 分 为 ： 永 久 荷 载 、 可 变 荷 载 和 偶 然 荷 载 。 河 南 理 工 大 学 水 文 与水 资 源 工 程 水 利 工 程 概 论 周 游 先 生 5
29、 永 久 荷 载 在 设 计 基 准 期 内 ， 其 大 小 基 本 不 随 时 间 变 化 （ 自 重 、 静 水 压 力 ） 。可 变 荷 载 在 设 计 基 准 期 内 ， 大 小 随 时 间 变 化 （ 温 度 、 波 浪 ）偶 然 荷 载 在 设 计 基 准 期 内 ， 出 现 概 率 很 小 ， 量 值 较 大 、 作 用 时 间 较 短 （ 地 震 、 校 核 洪 水 位以 下 静 水 压 力 ）设 计 基 准 期 指 为 确 定 可 变 作 用 及 与 时 间 有 关 的 材 料 性 能 等 取 值 而 选 用 的 时 间 参 数 。 按照 规 范 一 般 取 50年（ 七 ）
30、 重 力 坝 坝 体 基 本 剖 面 和 实 用 剖 面重 力 坝 的 主 要 荷 载 是 自 重 和 水 平 水 压 力 ， 根 据 受 力 特 点 重 力 坝 的 基 本 剖 面 形 状 应 该 是三 角 形 。 同 时 ， 考 虑 重 力 坝 需 要 具 有 抗 倾 覆 能 力 ， 基 本 三 角 形 坡 度 为 上 游 陡 、 下 游 缓 ， 使坝 体 重 心 靠 近 上 游 面 。决 定 一 个 基 本 三 角 形 尺 寸 的 指 标 上 游 坝 坡 、 下 游 坝 坡 和 坝 高 。上 游 坝 坡 ： 上 游 坝 坡 面 一 般 做 成 垂 直 ， 有 时 也 将 上 游 坡 度
31、做 成 一 定 倾 斜 ， 以 便 利 用 水 重 维持 稳 定 。 上 游 坝 坡 （ 垂 直 高 差 为 1m时 的 水 平 距 离 ） 一 般 取 n=0-0.2。下 游 坝 坡 ： 在 坝 高 一 定 的 情 况 下 ， 坝 体 重 力 取 决 于 坝 底 宽 度 。 重 力 坝 下 游 坝 坡 一 般 取 m=0.6-0.8， 坝 底 宽 度 约 为 坝 高 的 0.7-0.9倍 。坝 顶 高 程 =静 水 位 +超 高 （ 风 浪 高 度 +安 全 超 高 ）坝 顶 宽 度 ： 坝 顶 宽 度 要 满 足 设 备 布 置 、 检 修 、 施 工 、 交 通 、 防 汛 等 运 行
32、要 求 。 一 般 取 1/8 1/10坝 高 ， 且 不 小 于 3m。 （ 八 ） 重 力 坝 可 能 破 坏 形 式1） 滑 动 破 坏 重 力 坝 在 巨 大 水 平 推 力 作 用 下 ， 沿 着 坝 基 面 滑 动 。2） 倾 覆 破 坏 在 水 平 推 力 下 ， 大 坝 被 推 翻 ， 绕 下 游 坝 趾 旋 转 ， 整 体 倾 覆 。3） 坝 趾 压 碎 当 坝 趾 处 压 应 力 大 于 坝 体 混 凝 土 材 料 或 基 岩 的 抗 压 强 度 时 ， 压 碎 坝 趾 及 其 附近 混 凝 土 或 坝 基 岩 石 造 成 大 坝 不 能 正 常 工 作 。五 、 重 力
33、坝 的 泄 水 、 消 能 和 防 冲重 力 坝 泄 水 一 般 采 用 坝 身 泄 水 ， 坝 身 泄 水 有 2种 方 式 ： 1） 坝 顶 溢 流 2） 孔 口 泄 流（ 一 ） 溢 流 重 力 坝 采 用 坝 顶 溢 流 方 式 的 重 力 坝 。溢 流 坝 构 造 ：溢 流 坝 上 部 结 构 有 闸 门 、 闸 墩 、 工 作 桥 、 启 闭 机 等 。闸 门 包 括 工 作 闸 门 和 检 修 闸 门 。工 作 闸 门 顶 高 程 比 正 常 蓄 水 位 高 出 0.3 0.5m。 闸 门 形 式 有 平 面 闸 门 和 弧 形 闸 门 。检 修 闸 门 布 置 在 工 作 闸
34、门 的 上 游 ， 与 工 作 闸 门 间 距 1-3m。 启 闭 机 有 卷 扬 式 和 液 压 式 2种 。闸 墩 闸 墩 作 用 分 隔 闸 孔 ， 承 受 闸 门 传 来 的 水 压 力 ， 作 为 坝 顶 桥 梁 的 支 撑 。边 墩 溢 流 坝 两 侧 的 闸 墩 。 兼 有 分 隔 溢 流 坝 与 非 溢 流 坝 的 作 用 。边 墙 为 防 止 溢 流 坝 泄 水 时 外 溢 影 响 非 溢 流 坝 等 建 筑 物 工 作 ， 将 边 墩 向 下 延 伸 形 成 边 墙 。 相 应 水 位 水 工 建 筑 物 级 别1 2、 3 4、 5正 常 蓄 水 位 0.7m 0.5m
35、0.4m校 核 洪 水 位 0.5m 0.4m 0.3m 河 南 理 工 大 学 水 文 与水 资 源 工 程 水 利 工 程 概 论 周 游 先 生 6 消能方式坝体消能坝下消能底流消能挑流消能面流消能戽流消能宽尾墩阶梯消能工 边 墙 必 须 沿 整 个 溢 流 面 一 直 下 延 到 溢 流 坝 末 端 。胸 墙 位 于 闸 孔 上 部 ， 处 于 闸 室 上 部 的 挡 水 墙 。（ 二 ） 深 式 泄 水 孔 进 口 全 部 淹 没 在 水 下（ 作 用 泄 洪 、 预 泄 、 放 空 、 排 沙 、 导 流 ）预 泄 在 洪 水 来 前 预 先 下 泄 ， 腾 空 部 分 库 容 。
36、放 空 在 水 库 出 现 故 障 的 情 况 下 ， 将 水 库 放 空 。排 沙 用 于 向 下 游 排 放 泥 沙 。导 流 对 于 永 久 性 泄 水 建 筑 物 可 以 用 于 后 期 施 工 导 流 通 道 。深 式 泄 水 孔 按 其 孔 内 水 流 流 态 ， 分 为 有 压 泄 水 孔 和 无 压 泄 水 孔 。有 压 泄 水 孔 泄 水 时 ， 整 个 孔 内 充 满 水 流 ， 洞 内 承 受 水 压 力 。无 压 泄 水 孔 泄 水 时 ， 孔 内 存 在 自 由 水 面 。（ 三 ） 泄 水 重 力 坝 消 能 方 式消 能 通 过 某 种 工 程 措 施 ， 将 聚
37、 积 的 能 量 消耗 在 水 体 内 部 漩 滚 或 与 固 体 边 壁 的 摩 擦 中 。 坝 体 消 能 方 式 包 括 宽 尾 墩 、 阶 梯 消 能 工宽 尾 墩 的 设 计 使 水 流 经 过 收 缩 、 扩 散 、 坦 化过 程 后 ， 起 到 坝 面 消 能 作 用 。阶 梯 消 能 工 是 将 溢 流 坝 过 水 面 中 间 直 线 段 做 成 阶 梯状 ， 从 而 增 加 水 流 紊 动 ， 达 到 消 能 目 的 。坝 下 消 能 ：底 流 消 能 在 坝 址 下 游 设 消 力 池 ,消 力 坎挑 流 消 能 ： 利 用 溢 流 坝 下 游 反 弧 段 的 鼻 坎 ，
38、将 下 泄 的 高 速 水 流 挑 射 抛 向 空 中 ， 大 量 能 量 消耗 在 水 流 旋 滚 的 摩 擦 之 中 。面 流 消 能 :利 用 鼻 坎 将 主 流 挑 至 水 面 ， 在 鼻 坎 附 近 表 面 主 流 与 河 床 之 间 形 成 逆 向 旋 滚 。 使 高速 水 流 与 河 床 隔 开 ， 避 免 对 坝 趾 附 近 河 床 的 冲 刷 ， 主 流 在 水 面 逐 渐 扩 散 消 能 。 鼻 坎 的 坎 高程 要 低 于 下 游 水 位 。戽 流 消 能 (消 力 戽 ) 在 溢 流 坝 末端 建 造 的 较 大 反 弧 半 径 和 较 大 鼻 坎 挑 角 的 戽 斗
39、。戽 流 流 态 三 滚 一 浪 。 包 括 戽 内 漩滚 、 戽 后 底 部 漩 滚 、 下 游 表 面 漩 滚 和戽 后 涌 浪 。六 、 重 力 坝 的 地 基 处 理重 力 坝 对 地 基 的 要 求1） 有 足 够 的 强 度 2） 整 体 性 和 均 一 性 好3） 防 渗 性 强 4） 耐 久 性 好常 用 的 基 地 处 理 方 法（ 一 ） 开 挖 与 清 理（ 二 ） 固 结 灌 浆 是 通 过 预 先 在 岩 石 、 土 壤 或 者 建 筑 物 中 设 置 的 钻 孔 或 者 灌 浆 管 ， 利 用 灌 浆机 将 一 定 配 比 的 浆 液 施 加 一 定 的 压 力 灌
40、 进 地 基 的 裂 缝 孔 隙 中 ， 使 其 胶 结 成 密 实 坚 固 而 不 透水 的 整 体 。 孔 深 5-6m， 排 距 3-4m。目 的 ： 提 高 基 岩 的 整 体 性 和 强 度 ， 降 低 坝 基 的 透 水 性 。 通 过 向 孔 内 灌 浆 ， 将 靠 近 上 部 基 岩 中 的 节 理 、 裂 隙 等 地 质 缺 陷 堵 塞 、 充 填 、 使 之 成 为 一 个 整 体 。固 结 灌 浆 孔 主 要 布 置 在 坝 踵 和 坝 趾 。坝 踵 大 坝 上 游 面 和 坝 基 间 的 接 触 线 。 坝 趾 大 坝 下 游 面 和 坝 基 间 的 接 触 线 。（
41、三 ） 帷 幕 灌 浆 河 南 理 工 大 学 水 文 与水 资 源 工 程 水 利 工 程 概 论 周 游 先 生 7 目 的 是 降 低 坝 底 渗 水 压 力 ， 防 止 坝 基 内 产 生 机 械 管 涌 和 化 学 管 涌 ， 减 小 坝 基 渗 透 水 量 。机 械 管 涌 在 渗 透 压 力 作 用 下 ， 地 下 水 将 土 层 中 细 小 颗 粒 由 地 裂 缝 、 管 道 、 洞 穴 带 走 的 现象 。化 学 管 涌 地 下 水 把 土 层 中 可 溶 盐 溶 解 带 走 的 现 象 。帷 幕 灌 浆 在 灌 浆 廊 道 内 用 钻 孔 机 械 完 成 。防 渗 帷 幕
42、布 置 在 靠 近 上 游 面 坝 轴 线 附 近 ， 自 河 床 向 两 岸 延 伸 。 帷 幕 灌 浆 孔 要 打 到 岩 层 深 处相 对 不 透 水 层 。 深 度 为 0.3-0.7倍 坝 高 ， 1-3排 。七 、 混 凝 土 坝 施 工施 工 程 序 ： 原 材 料 准 备 混 凝 土 制 备 混 凝 土 运 输 大 坝 浇 筑 和 养 护八 、 碾 压 混 凝 土 重 力 坝原 材 料 采 用 坍 落 度 为 零 的 干 硬 性 混 凝 土 修 建 。施 工 步 骤 ：1） 混 凝 土 在 强 制 式 拌 和 机 中 拌 和 ；2） 自 卸 汽 车 或 皮 带 输 送 机 直
43、接 入 仓 ； 3） 推 土 机 将 混 凝 土 摊 平 ， 每 层 厚 20-50cm；4） 用 振 动 碾 碾 压 ， 碾 压 次 数 由 试 验 确 定 ；5） 用 钢 丝 刷 将 混 凝 土 面 刷 毛 、 清 扫 ；6） 养 护 拱 坝一 、 拱 坝 特 点结 构 特 点 ：拱 坝 的 水 平 截 面 为 弧 形 拱 圈 ， 拱 圈 两 端 支 承 在 两 岸 岩 体 上 。拱 坝 的 垂 直 截 面 为 一 直 立 或 弧 形 ， 底 部 一 般 浇 接 在 岩 石 基 础 上 。拱 坝 的 整 体 外 形 呈 一 个 向 上 游 凸 出 的 空 间 壳 体 结 构 。拱 坝 一
44、般 依 靠 拱 的 作 用 ， 即 利 用 两 端 拱 座 的 反 力 ， 同 时 还 依 靠 自 重 维 持 坝 体 的 稳 定 。拱 坝 的 结 构 作 用 可 视 为 两 个 系 统 ， 即 水 平 拱 和 竖 直 梁 系 统 。 水 荷 载 及 温 度 荷 载 等 由 此 二 系统 共 同 承 担 。 二 、 拱 坝 坝 址 选 择地 形 条 件 ：地 形 条 件 是 选 择 拱 坝 结 构 形 式 、 枢 纽 布 置 以 及 经 济 性 的 主 要 影 响 因 素 ， 可 从 河 谷 剖 面形 状 、 坝 址 地 形 变 化 等 方 面 进 行 分 析 。理 想 的 地 形 条 件
45、应 是 两 岸 对 称 ， 岸 坡 平 顺 ， 平 面 上 向 下 游 收 缩 的 峡 谷 地 段 ， 且 拱 端 下游 有 足 够 厚 的 岩 体 支 承 ， 以 利 稳 定 。 一 般 将 河 谷 形 状 大 致 分 为 V形 、 梯 形 和 U 形 三 种 典 型剖 面 。从 承 受 水 压 及 拱 厚 变 化 等 条 件 分 析 ， 以 v形 剖 面 最 为 有 利 ， 适 宜 于 修 建 薄 拱 坝 。拱 坝 分 类 ： 薄 拱 坝 、 一 般 拱 坝 、 重 力 拱 坝分 类 依 据 （ 宽 高 比 ） 坝 顶 处 的 河 谷 宽 度 L与 坝 高 H的 比 值 L HL H4.5
46、的 宽 浅 河 谷 ， 拱 的 作 用 已 很 小 ， 主 要 由 梁 系 来 承 荷 、 传 力 ， 宜 采 用 重 力 坝 等 其 他 坝 型 。三 、 拱 坝 平 面 布 置 和 剖 面 形 状平 面 布 置 包 括 确 定 水 平 拱 圈 形 式 ， 拱 冠 梁 体 型 ， 各 层 拱 圈 之 间 的 相 对 关 系 。拱 冠 梁 拱 坝 于 河 床 最 深 处 的 铅 直 剖 面 ， 是 拱 坝 整 体 设 计 及 布 置 中 最 为 重 要 的 一 个 梁 。 河 南 理 工 大 学 水 文 与水 资 源 工 程 水 利 工 程 概 论 周 游 先 生 8 四 、 拱 坝 的 泄
47、水 消 能拱 坝 泄 水 方 式 分 为 坝 体 泄 水 （ 坝 顶 溢 流 和 孔 口 泄 流 ） 和 河 岸 式 泄 水 建 筑 物 。坝 体 泄 水 及 消 能 的 常 见 方 式 ：1） 自 由 跌 落 式对 于 薄 拱 坝 的 堰 顶 溢 流 常 采 用 自 由 跌 落 式 ， 并 在 坝 下 采 取 相 应 的 消 能 防 冲 措 施 。消 能 防 冲 措 施 包 括 水 垫 消 能 和 二 道 坝 消 能 。水 垫 消 能 是 自 由 跌 落 式 利 用 下 游 形 成 的 消 能 。 二 道 坝 是 当 水 垫 不 够 时 ， 为 了 避 免 冲 刷 坑 影响 坝 体 安 全
48、， 在 拱 坝 下 游 不 远 处 ， 修 建 一 道 不 高 的 拦 河 坝 。2） 鼻 坎 挑 流 式对 于 重 力 拱 坝 ， 利 用 溢 流 面 可 以 顺 下 游 坝 坡 将 挑 坎 降 到 较 低 高 程 ， 获 得 较 大 落 差 ， 将 下 泄水 流 挑 得 远 离 坝 脚 。3） 坝 身 泄 水 孔坝 身 泄 水 孔 一 般 布 置 在 高 程 较 低 的 位 置 （ 中 孔 ） ， 以 获 得 较 大 水 头 ， 从 而 将 水 舌 挑 到 距 离坝 脚 更 远 的 地 方 。 4） 滑 雪 道 式 溢 洪 道该 泄 水 方 式 类 似 于 高 山 滑 雪 道 ， 可 将
49、水 流 送 到 离 坝 脚 较 远 的 地 方 ， 同 时 获 得 较 大 落 差5） 对 冲 消 能利 用 两 股 或 两 股 以 上 的 挑 射 水 舌 在 空 中 相 互 撞 击 ， 消 耗 能 量 。 包 括 左 右 两 岸 对 冲 消 能 和 上下 对 冲 消 能 两 种 。左 右 两 岸 对 冲 消 能 是 利 用 布 置 在 拱 坝 两 岸 的 溢 洪 道 挑 射 水 流 在 河 床 空 中 对 冲 消 能 。上 下 对 冲 消 能 是 利 用 高 低 坎 挑 流 水 舌 在 空 中 撞 击 消 能 。五 、 拱 坝 的 构 造拱 坝 分 缝 ： 为 便 于 施 工 期 间 混 凝 土 散 热 和 降 低 收 缩 应 力 ， 防 止 混 凝 土 产 生 裂 缝 ， 需 要 分 段浇 筑 ， 各 段 间 设 有 收 缩 缝 （ 横 缝 和 纵 缝 ） ， 在 坝 体 混 凝 土 冷 却 到 年 平 均 气 温 时 ， 再 用 水 泥浆 封 填 ， 以 保 证 坝 的 整 体 性 。拱 坝 的 地 基 处 理 和 重 力 坝 基 本 相 同 。 土 石 坝 一 、 土 石 坝 特
