水利工程第10章

第十章水利水電工程的勘測、設計、施工和管理第一節(jié)

水利水電工程的基建程序(1)江河流域規(guī)劃階段(2)可行性研究階段(3)初步設計階段(4)技術設計及施工詳圖階段(5)施工階段江河流域規(guī)劃階段是水利水電工程建設的前提可行性研究階段是在經(jīng)過審查批準的江河流域規(guī)劃基礎上，對推薦的建設工程項目，從技術、經(jīng)濟和建設條件等方面論證研究其可行性，以保證技術上安全可靠、經(jīng)濟上合理、能用較少投資獲得較大效益初步設計階段是根據(jù)批準的可行性研究報告的有關工程規(guī)劃，對工程總體布置，選定主要建筑物型式和控制性尺寸技術設計及施工詳圖階段的主要任務是：進行建筑物的結構設計和細部構造設計；根據(jù)更深入的地質勘測資料和試驗資料，進一步研究地基處理方案；確定施工總體布置及施工方法，安排施工進度和提出施工預算；給出所有建筑物的施工詳圖并附文字說明，以便按圖施工施工階段是施工單位按設計單位提交的設計圖進行施工；如發(fā)現(xiàn)設計與實際情況有不相符的地方或其它問題，再由設計單位修改設計，并向施工單位下達修改設計通知書和修改后的圖紙，由施工單位按修改后的圖紙進行施工第二節(jié) 水利水電工程勘測水利水電工程勘測工作的主要包括：一、社會經(jīng)濟情況調查二、地形測量三、水文調查四、地質勘測一、社會經(jīng)濟情況調查主要包括：(1)當?shù)貒窠?jīng)濟建設和工農業(yè)生產的現(xiàn)狀、近期及遠景規(guī)劃(2)當?shù)厮禐暮η闆r、范圍、程度、原因、發(fā)生的頻率和每次延續(xù)的時間(3)灌區(qū)的分布及用水要求(4)供電對象的分布及各主要用戶的用電要求，相鄰電網(wǎng)的有關情況(5)航運、過木、水產養(yǎng)殖等部門綜合利用水資源的要求(6)水庫淹沒范圍內村莊、人口、房屋、耕地、道路橋梁、工礦企業(yè)、文物古跡和森林資源等，并應分別按高程作出統(tǒng)計(7)現(xiàn)有交通路線與工地聯(lián)系情況(8)建筑材料、電力、用水等的來源和供應能力；施工單位的可能人數(shù)、技術水平；施工場地、臨時交通、臨時建筑物和施工管理系統(tǒng)等資料二、地形測量測量成果為各種不同比例尺的地形圖和縱橫斷面圖種類流域地形圖庫區(qū)地形圖壩址區(qū)地形圖電站廠房區(qū)地形圖料場地形圖用途用以推算流域集水面積、河流長度及河床坡度等，并據(jù)以計算河流的來水量、來沙量和可能出現(xiàn)的各級洪水用以計算不同水位時的庫容和水面面積，并由此繪出水位庫容曲線和水位面積曲線用作壩址地區(qū)的地質填圖，可用來進行樞紐布置和施工總平面布置布置電站廠區(qū)樞紐用以計算材料的儲量和料場布置常用比例尺1:50000或1:1000001:5000或1:10000在比較壩段可采用1:5000，在選定壩段可采用1:500或1:10001:200～1:10001:1000、1:2000或1:5000三、水文調查徑流資料

作為計算興利庫容和水庫調節(jié)計算的依據(jù)泥沙資料

作為計算水庫死庫容的依據(jù)洪水資料

作為設計泄洪建筑物的資料四、地質勘測地質勘測包括水文地質勘測和工程地質勘測兩方面水文地質勘測的任務是了解工程建設地區(qū)的水文地質條件工程地質勘測的任務是了解工程建設地區(qū)的工程地質條件和巖石或土壤的物理力學性質地質勘測還要預測在建筑物施工和運用期間可能引起的工程地質問題，并提出相應的防治措施地質勘測還要提供修建水工建筑物所用的建筑材料、產地、儲量和質量等資料水文和地質資料是工程設計中的兩個關鍵，工程規(guī)模愈大、愈重要第三節(jié) 水利水電工程設計水利水電工程的設計包括壩址、壩型的選擇；電站型式及電站站址的選擇，整個水利水電樞紐的布置及各水工建筑物的設計等等一、壩址和壩型選擇二、水利水電樞紐布置一、壩址和壩型選擇在流域規(guī)劃階段，根據(jù)綜合利用的要求，結合河道地形、地質等的調查和判斷，初選幾個可能筑壩的壩段，經(jīng)過對各壩段和壩軸線的綜合比較，選擇一個最有利的壩段和一、兩條較好的壩軸線，并進行樞紐布置；在初步設計階段，通過一系列的方案比較，選出最有利的壩軸線，確定壩型及其它建筑物型式并進行樞紐布置；在技術設計階段，隨著地質資料和試驗資料的進一步深入和完善，對確定的壩軸線、壩型及樞紐布置方案作出最后的補充、修改和定案在選擇壩址和壩型時，需要考慮以下幾個方面：（一）地質條件地質條件是很重要的，在某些情況下甚至能起決定性的作用由于幾乎不存在理想的地質條件（地基是堅硬完整的巖基，沒有大的斷層、破碎帶），因此，必須把壩址附近的地質情況了解清楚，作出正確的評價，制定出妥善的處理措施，以滿足工程要求壩型和壩高對壩基地址的要求拱壩連拱壩土石壩高低大頭壩、平板壩、重力壩（二）地形條件地形是多種多樣的，選擇壩型時，也應具體情況具體分析，以便優(yōu)選出最佳方案（三）建筑材料壩址附近應有足夠數(shù)量的且符合質量要求的建筑材料（四）施工條件選擇壩址要考慮施工導流方便，在壩址附近特別是壩址下游應有較開闊的地形以便布置施工場地，壩址距交通干線要近，對外交通方便（五）綜合效益對不同壩址，要綜合考慮防洪、灌溉、發(fā)電、航運等部門的經(jīng)濟效益和淹沒損失等二、水利水電樞紐布置樞紐布置就是研究確定樞紐中各種水工建筑物的相互位置（一）樞紐布置的一般原則(1)樞紐布置應與施工導流、施工方法和施工期限結合考慮，要在較順利的施工條件下盡可能縮短工期(2)樞紐中各個建筑物能在任何條件下正常地工作，彼此不致互相干擾(3)在滿足建筑物的強度和穩(wěn)定的條件下，樞紐總造價和年運轉費用最低(4)同工種建筑物應盡量布置在一起，以減少連接建筑物(5)盡可能提前發(fā)揮效益(6)樞紐中各建筑物應與周圍環(huán)境相協(xié)調，在可能的條件下，在建筑藝術上應美觀大方（二）樞紐中各類水工建筑物對布置的要求擋水建筑物

軸線盡可能布置成直線(拱壩除外)，這樣可使壩軸線最短，壩身工程量最小，施工也較方便泄水建筑物

泄水建筑物的布置是否合理，直接關系到整個樞紐的安全運行和使用效率

泄水建筑物應具有足夠的泄流能力，其中線位置及走向應盡量減少對原河道自然情況的破壞，還應注意盡量避免干擾發(fā)電站、航運、漂木及水產養(yǎng)殖等的正常運用水電站建筑物

不同的電站型式有不同的廠房位置，有時即使是同一種電站型式也有不同的廠房位置方案，需要研究各種方案的施工條件、運用條件、經(jīng)濟條件、綜合效益等，進行論證和綜合比較，優(yōu)選出最佳的方案灌溉和引水建筑物

樞紐中灌溉和引水建筑物的取水口應位于灌溉或用水地區(qū)的同一側，其高程通過水力計算確定并取決于灌區(qū)或用水地區(qū)高程。取水口在布置上要求不被泥沙淤塞和漂浮物堵塞過壩建筑物

過壩建筑物包括通航建筑物、過木建筑物和過魚建筑物。在樞紐布置時應對這些建筑物與其它水工建筑物的相對位置進行充分的研究，避免相互干擾第四節(jié) 水利水電工程施工水利水電施工：將設計轉化為實體主要特點：工程量大，工種繁多，為了及早發(fā)揮工程效益，常常要求縮短工期盡快竣工，因此需要大批勞動力和配備大量施工機械，需要組織一支強大的技術熟練的專業(yè)隊伍，才能及時完成工程地處河谷野外，受自然條件(水流、氣溫、雨雪等)的影響很大，施工方法和施工組織管理都要適應自然條件的變化在河床上修建水工建筑物，要采取施工導流、基坑排水和度汛等措施水利水電工程施工質量如何，將可能影響到國民經(jīng)濟的其它部門的利益及上、下游地區(qū)的人民生命和財產的安全，因此，水利水電工程施工必須確保施工質量一、施工導流（一）施工導流的概念在河流上修建水利水電工程時，為了使水工建筑物能在干地上進行施工，需要用圍堰圍護基坑，并將河水引向預定的泄水建筑物往下游宣泄施工導流情況復雜，影響因素多，且直接關系到整個工程的施工進度及完工日期、施工方法、施工場地布置和工程造價，有時甚至影響到水工建筑物的型式選擇和布置（二）施工導流的基本方法1.分段圍堰法導流（河床內導流）水流通過被束窄的河床、壩體底孔、缺口或涵管等往下游宣泄所謂分段，就是從空間上用圍堰將建筑物分成若干段進行施工。所謂分期，就是從時間上將導流分為若干時期2.全段圍堰法導流（河床外導流）水流通過河床外的臨時或永久的隧洞、明渠等往下游宣泄（三）圍堰圍堰本身常在流水中建造水利水電工程施工中經(jīng)常采用的圍堰有土石圍堰、竹籠圍堰、木籠圍堰、鋼板樁圍堰及混凝土圍堰等(2)造價便宜，構造簡單，便于修建、維護和拆除(3)圍堰的布置應力求使水流平順，不發(fā)生嚴重的局部沖刷(4)圍堰接頭和岸邊連接要安全可靠圍堰必須滿足下述基本要求：(1)具有足夠的穩(wěn)定性、防滲性、抗沖性和一定的強度（四）導流設計流量的確定導流標準導流標準即選擇導流設計流量的標準當前施工期洪水的計算是根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計，將洪水作為隨機事件，以幾率形式預估可能發(fā)生的情勢，然后根據(jù)主要的永久性建筑物的級別，選定某一洪水重現(xiàn)期作為導流標準導流時段的劃分導流時段就是按照導流程序劃分的各施工階段的延續(xù)時間合理劃分導流時段，明確不同時段導流建筑物的工作條件，是既經(jīng)濟又安全地完成導流任務的基本要求導流時段的劃分與河流的水文特征、水工建筑物的型式、導流方案、施工進度等有關（五）導流方案的選擇一個水利水電樞紐工程的施工，往往而是幾種導流方法組合起來配合使用，以取得最佳的技術經(jīng)濟效果。這種不同導流方法和不同導流時段的組合，通常稱為導流方案一個合理的導流方案，必須在周密地研究各種影響因素的基礎上，擬定幾個可能的方案，進行技術經(jīng)濟比較，從中選擇技術經(jīng)濟指標優(yōu)越的方案選擇導流方案時應考慮的主要因素有：(1)河流的水文條件(2)壩區(qū)附近的地形條件(3)河流兩岸及河床的地質條件及水文地質條件(4)水工建筑物的型式及其布置(5)施工期間河流的綜合利用(6)施工進度、施工方法及施工場地布置二、截流截流是水利水電工程施工中的關鍵環(huán)節(jié)，它的成敗影響整個工程的順利進行截流的基本方法有立堵法和平堵法兩種1.立堵法截流 立堵法截流是將截流材料從龍口兩端向中間或從龍口一端向另一端拋投進占，逐漸束窄龍口，直至截斷河床水流2.平堵法截流 平堵法截流需先在龍口架設浮橋或棧橋，用自卸汽車在沿龍口的浮橋或棧橋上逐層拋填截流材料，使戧堤均勻上升，直至高出水面截流材料的選擇，主要取決于截流時可能發(fā)生的流速及工地開挖、起重、運輸設備的能力，一般應盡可能就地取材龍口斷流后，應立即沿堆石體上游面鋪設反濾層和防滲材料，截斷滲流，即所謂“閉氣”并且截流日期應選在枯水季節(jié)三、基坑排水基坑排水包括初期排水和經(jīng)常性排水初期排水采用水泵抽排經(jīng)常性排水是在基坑內布置排水系統(tǒng)，包括排水溝、集水井和水泵站，水經(jīng)排水溝流人集水井，在井邊設置水泵站，將水從集水井中抽出排走；經(jīng)常性排水的另外一種措施是采用人工降低地下水位的方法四、主要建筑物的施工（一）土石壩施工土石壩施工干填碾壓水中填土水利沖填定向爆破修筑準備作業(yè)基本作業(yè)輔助作業(yè)附加作業(yè)五、施工組織與計劃（一）施工組織設計施工組織設計是研究工程施工條件、選擇施工方案、指導和組織施工的技術經(jīng)濟文件施工組織設計的任務是從施工角度對壩址、壩型及樞紐布置進行方案比較；選定施工方案并擬定施工方法、施工程序及施工進度計劃；計算工程量及相應的建筑材料、施工設備、勞動力及工程投資；根據(jù)施工現(xiàn)場的地形地貌、樞紐布置和各種臨時設施布置的要求，進行施工總體布置作好施工組織設計，應遵循以下基本原則：遵循基建程序，使施工組織設計符合基建程序要求。爭取提前完工，盡早發(fā)揮工程效益降低成本，提高經(jīng)濟效益根據(jù)需要和可能，爭取機械化施工，以提高勞動生產率組織平行流水作業(yè)，盡量均衡生產，爭取全年施工總結推廣最新技術和先進經(jīng)驗制定技術措施和組織措施，確保施工質量和施工安全充分掌握自然條件，特別是水文條件，切實安排好施工進度，盡量利用枯水季節(jié)施工，并注意作好冬季、夏季、雨季的施工組織工作（二）施工季度計劃規(guī)定了工程施工的順序和速度編制施工進度計劃的目的，首先在于確保工程進度，其次是達到綜合經(jīng)濟效益最好的目的施工進度計劃的類型主要有總進度計劃和單項工程進度計劃兩種施工進度計劃通常用進度計劃表，說明書和附表等形式表示（三）施工總體布置施工總體布置，就是根據(jù)施工場區(qū)的地形地貌、樞紐布置和各項臨時施工設施布置的要求，研究解決施工場地的分期分區(qū)規(guī)劃，對施工期間所需的交通運輸設施、輔助企業(yè)、倉庫、房屋、動力、給水排水管線以及其它施工設施進行平面、立面布置，從場地布置上為整個工程順利施工創(chuàng)造條件，以期用最少的人力、物力和資金，在規(guī)定的期限內勝利完成整個工程的建設任務施工總體布置圖上應包括一切地上和地下已有的建筑物和房屋；一切地上和地下擬建的建筑物和房屋；一切為施工服務的臨時性建筑物、房屋和施工設施在設計施工總體布置圖時應遵循下列原則：工地一切臨時設施都是為主體工程施工服務的，在布置時必須與工程施工順序和施工方法相適應，不能發(fā)生干擾盡量減少臨時建筑物的工程量，充分利用已有或擬建的永久性建筑物。對于必須修建的臨時建筑物，應充分利用當?shù)夭牧虾侠硎褂檬┕龅兀M量少占農田保證場內運輸量及運費最小主要施工設施、輔助企業(yè)和交通干線的防洪標準一般不應低于20年一遇。關系重大的，經(jīng)過技術經(jīng)濟論證，還可適當提高標準，而次要臨時設施的防洪標準，則可適當降低六、工程概（預）算根據(jù)原水利電力部頒發(fā)的《水利電力基本建設工程概、預算編制暫行規(guī)定》，概、預算應包括以下內容：上述內容按三部分列項：永久部分、臨時部分和其他工程和費用第五節(jié) 水利水電工程管理水利水電工程管理的任務是隨時掌握水利水電工程中各種水工建筑物的運行情況，發(fā)現(xiàn)并消除隱患，確保工程安全；有計劃地蓄水、泄水以及合理調度用水，充分發(fā)揮工程的綜合效益；通過養(yǎng)護和修理使工程經(jīng)常處于良好的工作狀態(tài)，延長工程的使用年限；根據(jù)國民經(jīng)濟發(fā)展的需要，對工程進行改建或擴建，使之發(fā)揮更大的經(jīng)濟效益一、工程管理內容控制運用檢查觀測養(yǎng)護和修理防汛搶險擴建與改建二、水工建筑物的觀測在工程施工和運行期間必須進行經(jīng)常的、系統(tǒng)的觀測目的：了解水工建筑物內部狀態(tài)變化規(guī)律和工作情況，及時發(fā)現(xiàn)問題并采取相應措施進行養(yǎng)護與修理，以確保工程的安全運行，充分發(fā)揮工程效益，掌握施工期間水工建筑物的狀態(tài)變化，據(jù)以指導施工，保證施工質量；整理分析觀測資料，驗證原設計及實驗成果，為進一步提高設計和施工水平及為水利水電科學研究工作提供原型觀測資料（一）變形觀測1.變位觀測水平位移觀測觀測其水平位置的變化一般用經(jīng)緯儀按視準線法或三角網(wǎng)法施測；對較高的混凝土壩還可采用正垂線法、倒垂線法或引張線法垂直位移(沉陷)觀測觀測土壩的沉降采用精密水準測量或精密連通管方法測量2.土壩的固結觀測目的是在于了解土壩在施工期間和運用期間的固結情況和孔隙水壓力的分布和消長情況固結觀測一般是在壩身內埋設橫梁式固結管，測量各測點的高程變化來計算固結量3.混凝土建筑物的伸縮縫觀測在最大壩高、地質情況復雜或進行應力應變觀測壩段的伸縮縫上布置測點伸縮縫觀測是在測點處埋設金屬標點或差動式電阻測縫計，以測量縫的變化4.裂縫觀測(1)土壩裂縫觀測 在觀測時，應將裂縫的位置、走向、長度和密度作出記錄并進行裂縫編號，繪成裂縫平面圖及裂縫形狀圖(2)混凝土建筑物的裂縫觀測 在觀測混凝土裂縫時，應對裂縫的分布、位置、長度、寬度、深度以及是否貫穿等作出記錄并進行裂縫編號裂縫寬度的觀測，通常可用放大鏡測定，重要裂縫可在縫兩側的混凝土表面埋設金屬標點，用游標卡尺測定。裂縫深度的測定，一般可用金屬絲探測，也可用超聲波探傷儀等儀器測定（二）滲透觀測1.土工建筑物的滲透觀測浸潤線觀測滲流量觀測繞流觀測壩基滲壓觀測滲水透明度觀測2.混凝土建筑物的滲透觀測地基揚壓力觀測滲透流量及繞壩滲流的觀測方法與土壩相同內部滲透壓力的觀測外水壓力觀測（三）應力觀測混凝土壩的應力觀測是由在施工期間埋設在壩體內的應變計進行的

用電纜將應變計引到觀測站的集線箱上，用比例電橋測讀應變計的電阻和電阻比，從而計算出混凝土在應力、溫度、濕度及化學作用下產生的總應變

同時在測點附近埋設無應力計，觀測混凝土的非應力應變（在溫度、濕度和化學作用下產生的應變）由應力引起的混凝土的應變（四）混凝土壩的溫度觀測混凝土壩內部溫度的觀測，可采用電阻式溫度計，在壩體施工期間埋設在混凝土內，由電纜引到觀測站的集線箱上，用比例電橋測定溫度計的電阻，通過電阻與溫度的關系換算成溫度（五）水流觀測水流觀測的目的在于了解水工建筑物上下游水流情況以及水流對建筑物的影響，以便制定合理的運行方式，或采取必要的措施，避免不利的情況發(fā)生，確保工程安全和正常運用包括：水位、流量、流速、流態(tài)等項目的觀測振動觀測水流脈動壓力觀測負壓觀測進氣量觀測空蝕觀測過水面壓力分布觀測三、水工建筑物的養(yǎng)護和修理養(yǎng)護是指保持建筑物完整狀態(tài)和正常運用的日常維護工作，也包括一般的小修小補修理則是指建筑物受到損壞或較大程度破壞時的修復工作，它涉及面廣，工作量大（一）水工建筑物的養(yǎng)護土壩壩頂、壩坡應保持整齊清潔，填塞壩面的裂縫、洞穴和局部下陷處，防止排水設施淤塞，及時修復因波浪而掀起的塊石護坡等混凝土及鋼筋混凝土結構填塞混凝土裂縫，處理疏松或被侵蝕的混凝土，隨時填滿分縫止水瀝青中的瀝青，放水前清除雜物，保持排水系統(tǒng)暢通等鋼結構定期除銹、刷油漆、檢查鉚釘和螺釘是否松動、焊縫附近是否變形等。閘門應定期啟動，以防止泥沙淤積，橡皮止水如有硬化應及時更換木結構木結構應盡量保持干燥，定期刷油漆或瀝青進行防腐處理，對個別損壞的構件應及時更換啟閉機械和機電設備的維護這些設備應有防塵防潮設施，需經(jīng)常保持清