水工建筑物-擋水建筑物知識(shí)系列

水工建筑物—擋水建筑物知識(shí)系列什么是水利水電工程樞紐？為了滿足防洪需求，獲得發(fā)電、灌溉、供水、航行等方面的綜合效益，需要在河流的適宜段修建不同類型的建筑物，用來控制和支配水流。這些建筑物通稱為水工建筑物，而不同功能的水工建筑物組成的綜合體稱為水利水電工程樞紐。水工建筑物按其作用可分為幾類？水工建筑物種類繁多，但按其作用可以分為擋水建筑物，泄水建筑物，輸水建筑物，?。ㄟM(jìn)）水建筑物，整治建筑物，專門為灌溉、發(fā)電、過壩需要而興建的建筑物等六類。但是，應(yīng)當(dāng)指出的是，有些水工建筑物的功能并非單一，難以嚴(yán)格區(qū)分其類型。如各種溢流壩既是擋水建筑物，又是泄水建筑物；水閘既能擋水，又可泄水，有時(shí)還作為灌溉渠首或供水工程的取水建筑物，什么是擋水建筑物？用于攔截江河水流，形成水庫或空高上游水位的建筑物。如各種壩和水閘以及為抗御洪水或擋潮沿江河岸修建的堤防、海塘等。水庫有哪些特征水位及相應(yīng)庫容？庫容大小決定著水庫調(diào)節(jié)徑流的能力和它所能提供的效益。因此，確定水庫特征水位及其相應(yīng)庫容是水利水電工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)的主要任務(wù)之一。（1）死水位和死庫容水庫正常運(yùn)用情況下允許水庫消落到最低的水位稱為死水位，該水位以下的庫容即死庫容。除特殊情況外，死庫容不參與徑流調(diào)節(jié)，即不能動(dòng)用這部分水庫的水量。（2）正常蓄水位和興利庫容水庫正常運(yùn)用情況下，為滿足設(shè)計(jì)的興利要求，在設(shè)計(jì)枯水年（或枯水段）開始供水時(shí)應(yīng)蓄到的水位，稱為正常蓄水位，又稱設(shè)計(jì)興利水位。該水位與死水位間的庫容即興利庫容。正常蓄水位到死水位間的水庫深度稱為消落深度或工作深度。（3）防洪限制水位水庫在汛期允許興利蓄水的上限水位稱為防洪限制水位?？筛鶕?jù)洪水特性和防洪要求，對(duì)汛期不同時(shí)期分段擬定。（4）防洪高水位和防洪庫容當(dāng)退下游防護(hù)對(duì)象的設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，水庫為控制下泄流量而攔蓄洪水，這時(shí)在壩前達(dá)到的最高水位稱為防洪高水位。該水位與防洪限制水位間的庫容稱為防洪庫容。當(dāng)防洪限制水位低于正常蓄水位時(shí)，防洪庫容與興利庫容的部分庫容是重疊的，可減小專用防洪庫容，重疊部分稱共用庫容或重疊庫容，在汛期是防洪庫容的一部分，而在汛后則為興利庫容的一部分。（5）設(shè)計(jì)洪水位和攔洪庫容水庫遇設(shè)計(jì)洪水，在壩前達(dá)到的最高水位稱為設(shè)計(jì)洪水位。該水位與防洪限制水位間的庫容稱為攔洪庫容。（6）校核洪水位和調(diào)洪庫容水庫遇校核洪水，在壩前達(dá)到的最高水位稱為校校洪水位。該水位與防洪限制水位間的庫容稱為調(diào)洪庫容。（7）總庫容和有效庫容校核供水位以下的全部庫容稱總庫容。校核洪水位與死水位之間的庫容稱有效庫容。攔水壩按形式可分為幾種？主要有土石壩、重力壩、拱壩、支墩壩和橡膠壩等。其中土石壩又可分為心墻壩、斜墻壩、堆石壩、均質(zhì)壩等。土石壩的工作特點(diǎn)是什么？土石壩是土壩與堆石壩的總稱。土石壩歷史悠久，在國內(nèi)外廣泛采用。其優(yōu)點(diǎn)是：就地取材；結(jié)構(gòu)簡單，便于維修和加高、擴(kuò)建；對(duì)地質(zhì)條件要求較低，能適應(yīng)地基變形；施工技術(shù)較簡單，工序少，便于組織機(jī)械化快速施工；有較豐富的修建經(jīng)驗(yàn)。其主要缺點(diǎn)在于：壩身不能溢流，需另設(shè)溢洪道；施工導(dǎo)流不如混凝土壩方便；粘性土料的填筑受氣候條件的影響大等。土石壩在設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行中必須滿足哪些要求？土石壩壩體主要由散粒材料構(gòu)成。為使其安全有效地發(fā)揮作用，在設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行中必須滿足以下各項(xiàng)要求：（1）不允許水流漫頂由于規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)洪水估計(jì)偏低，致使溢洪道行洪斷面偏??；或因壩頂高程不足，或水庫控制運(yùn)用不當(dāng)?shù)仍?，都可?dǎo)致壩頂漫水直至潰壩的嚴(yán)重事故。（2）不發(fā)生危害性滲透變形水庫蓄水后不僅在壩身和壩基內(nèi)產(chǎn)生滲流，而且?guī)焖€會(huì)繞過壩端經(jīng)兩岸滲向下游，形成繞壩滲流。滲透水流不但損失水量，更重要的是在滲流逸出處可能將土料中的細(xì)顆粒帶走或局部主體被沖動(dòng)，導(dǎo)致壩身、壩基產(chǎn)生危害性的滲透變形，甚至引起潰壩。（3）壩身和壩基應(yīng)穩(wěn)定可靠由于設(shè)計(jì)不當(dāng)或施工質(zhì)量不良，在外力作用下，可能造成壩坡或連同壩基的坍滑破壞。國內(nèi)外土石壩破壞事故中約有1／4是由滑坡造成的。（4）避免產(chǎn)生有害的裂縫由于受壩址地形、筑壩材料性質(zhì)。壩基不均勻沉陷、施工質(zhì)量以及地震荷載等因素的影響，壩身可能產(chǎn)生不均勻沉陷，一旦形成大的裂縫，就會(huì)危及壩身安全。（5）能抵抗其他自然現(xiàn)象的破壞作用庫區(qū)風(fēng)浪在水位變化范圍內(nèi)可能淘刷上游壩被；雨水沿坡面流動(dòng)可能沖毀壩坡；冰凍可能破壞壩坡；壩身粘性土料，冬季由干凍脹可能產(chǎn)生裂縫，夏季由于日曬又會(huì)龜裂，等等。土石壩有幾種類型？土石壩既可依筑壩施工方法分類，也可按土料在壩身內(nèi)的配置劃分類型。（1）根據(jù)筑壩施工方法可分為碾壓式上石壩、拋填式堆石壩、定向爆破堆石壩。水力沖填壩等。其中應(yīng)用最廣的是碾壓式上石壩。（2）按照土料在壩身內(nèi)的配置和防滲體的材料，可分為以下幾種主要類型：1）均質(zhì)壩。壩身的絕大部分由一種主料筑成，整個(gè)剖面起防滲和穩(wěn)定作用。2）粘土心墻和斜墻壩。用透水性較好的砂石料作壩殼，以防滲性較好的土質(zhì)做防滲體，設(shè)在壩中央或稍向上游傾斜的防滲墻壩稱為心墻壩或斜心墻壩；設(shè)在靠近上游面的防滲墻壩稱為斜墻壩。3）人工材料心墻或斜墻壩。防滲體由瀝青混凝土、鋼筋混凝土或其他人工材料制成，其余部分用土石料構(gòu)成的壩稱為人工材料心墻或斜墻壩。4）多種土質(zhì)壩。壩身主要部分由幾種不同的土料所構(gòu)成的壩稱為多種土質(zhì)壩。5）土石混合壩。將多種土質(zhì)壩的某些部位以石料代替，即成為土石混合壩。為改善壩身應(yīng)力狀態(tài)，避免裂縫，近代修建的高土石壩常將心墻略向上游傾斜做成斜心墻土石混合壩。土石壩主要由哪幾動(dòng)分組成？它們各自的作用是什么？土石壩四部分組成，即壩殼、防滲體、排水設(shè)備和護(hù)坡。壩殼是土石壩的主體，壩的穩(wěn)定主要靠它來維持；防滲體的作用是降低浸潤線，防止?jié)B透破壞壩體和減少滲流量；排水設(shè)備的主要作用是要全地排除滲漏水，增加壩體和下游壩坡的穩(wěn)定性，降低揚(yáng)壓力；而護(hù)坡的作用則是防止波浪、冰層、溫度變化、雨水和水流等對(duì)壩坡的破壞。土壩的滲透變形有幾種主要形式？土壤在滲透水流作用下可能產(chǎn)生滲透變形。破壞性的滲透變形可以導(dǎo)致水工建筑物失事。滲透變形主要有以下幾種形式：管涌、流土、接觸沖刷及接觸流土和接觸管涌。什么叫管涌？壩身或壩基內(nèi)的土壤顆粒被滲流帶走的現(xiàn)象稱為管涌。什么叫流土？在滲流作用下，主體從壩身或壩基表面被掀起浮動(dòng)的現(xiàn)象稱為流土。流立現(xiàn)象主要發(fā)生在粘性土及較均勻的非粘性主體的滲流出口處。什么叫接觸沖刷？當(dāng)滲流沿著兩種顆粒不同的土層交界面流動(dòng)時(shí)，在交界面處的土壤顆粒被沖動(dòng)而使兩種顆粒不同的土層混合起來的現(xiàn)象稱為接觸沖刷。什么叫接融流土和接觸管涌？當(dāng)滲流垂直于兩相鄰?fù)翆拥慕唤缑妫缯惩列膲Γɑ蛐眽Γ┡c壩體砂礫料之間、壩體或壩基與排水設(shè)備之間以及壩體內(nèi)大小粒徑土層之間，有可能出現(xiàn)由于粘性上的凝聚力降低，形成剝蝕區(qū)或一層的細(xì)顆粒被滲流帶進(jìn)粗顆粒層，前者稱為接觸流上，后者稱為接觸管涌。重力壩的工作特點(diǎn)是什么？重力壩在水利水電工程中得到廣泛應(yīng)用，主要是因?yàn)樗哂幸韵聨追矫娴奶攸c(diǎn)：（1）安全可靠重力壩剖面尺寸大，應(yīng)力較小，筑壩材料強(qiáng)度高，耐久性好，因而抵抗水的滲漏、洪水漫頂、地震和戰(zhàn)爭破壞的能力都比較強(qiáng)。（2）對(duì)地形、地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)任何形狀的河谷都可以修建重力壩，因?yàn)閴误w作用于地面上的壓應(yīng)力不高，所以對(duì)地質(zhì)條件的要求也較低。（3）樞紐泄洪問題容易解決重力壩可以做成溢流的，也可以在壩內(nèi)設(shè)置泄水孔，一般不需要另設(shè)溢洪道或泄水隧洞，樞紐布置緊湊。（4）便于施工導(dǎo)流在施工期可以利用壩體導(dǎo)流，一般不需要另開設(shè)導(dǎo)流隧洞。（5）施工方便大體積混凝土，可以采用機(jī)械化施工，在放樣、立模和混凝土澆搗方面都比較簡便。（6）結(jié)構(gòu)作用明確重力壩沿壩軸線用橫縫分成若干段，各壩段獨(dú)立工作，結(jié)構(gòu)作用明確，應(yīng)力分析和穩(wěn)定計(jì)算都比較簡單。但是，重力壩也有下面一些缺點(diǎn)：（1）壩體剖面尺寸大，水泥用量多。（2）壩體應(yīng)力較低，材料強(qiáng)度不能充分發(fā)揮。（3）壩體與地基接觸面積大，因而壩底的揚(yáng)壓力較大，對(duì)穩(wěn)定不利。（4）