第一章水工建筑物基礎(chǔ)知識課件

水工建筑物基礎(chǔ)知識主講：沙治銀水工建筑物基礎(chǔ)知識主講：沙治銀1緒論水工建筑物與水利樞紐的分類、分等、分級◆水利樞紐的分類◆水工建筑物的分類◆水利工程分等◆水工建筑物分等水工建筑物的特點(diǎn)◆水對水工建筑物的作用◆水工建筑物的個(gè)別性◆施工條件的復(fù)雜性◆失事后果的嚴(yán)重性緒論水工建筑物與水利樞紐的分類、分等、分級2一、水利樞紐的分類按作用分為：蓄水樞紐取（引）水樞紐抽水樞紐一、水利樞紐的分類3二、水工建筑物的分類一般按作用、用途和使用期限來分類。按作用分為：擋水或壅水建筑物（壩、閘、堤防等）；泄水建筑物（溢洪道、泄水孔等）；取水建筑物（進(jìn)水閘、取水塔等）輸水建筑物（輸水渠、輸水涵管等）和整治建筑物（導(dǎo)流堤、護(hù)岸護(hù)底建筑物、防浪堤等）。按用途分為：一般性和專門性建筑物。按使用時(shí)間分為：永久性和臨時(shí)性建筑物二、水工建筑物的分類一般按作用、用途和使用期限來分類。4水利水電樞紐工程按照其工程規(guī)模、效益和在國民經(jīng)濟(jì)中的重要性分為五等。整個(gè)樞紐工程的等別應(yīng)以其中的最高等別為準(zhǔn)。建筑物同時(shí)有幾種用途時(shí)，按最高等別考慮。不同級別建筑物的不同要求表現(xiàn)在四個(gè)方面：抗御洪水能力，強(qiáng)度和穩(wěn)定安全度，建筑材料的質(zhì)量和耐久性，運(yùn)行可靠性。二—五等工程，在以下情況下經(jīng)過論證可提高其主要建筑物的級別：水壩高度超過一定數(shù)值時(shí)；建筑物的工程地質(zhì)條件特別復(fù)雜或采用新壩型、新結(jié)構(gòu)時(shí)；綜合利用工程按不同用途的分等指標(biāo)有兩項(xiàng)接近同一等別的上限時(shí)；臨時(shí)建筑物失事后將造成嚴(yán)重后果時(shí)。三、水利工程分等和分級水利水電樞紐工程按照其工程規(guī)模、效益和在國民經(jīng)濟(jì)中的重要性分51、水利工程分等工程等別工程規(guī)模分等指標(biāo)水庫總?cè)萘?億M3)防洪灌溉面積(萬畝)水電站裝機(jī)容量(萬KW)保護(hù)城鎮(zhèn)及工礦區(qū)保護(hù)農(nóng)田面積(萬畝)一大(1)型>10特別重要城市、工礦區(qū)>500>150>75二大(2)型10-1重要城市、工礦區(qū)500-100150-5075-25三中型1-0.1中等城市、工礦區(qū)100-3050-525-2.5四小(1)型0.1-0.01一般城市、工礦區(qū)<305-0.52.5-0.05五小(2)型0.01-0.001<0.5<0.051、水利工程分等工程等別工程分等指標(biāo)水庫總62、水工建筑物分級工程等別永久建筑物級別臨時(shí)性建筑物級別主要建筑物次要建筑物一134二234三345四455五552、水工建筑物分級工程等別永久建筑物級別臨時(shí)性建筑物級別主要73、需要提高級別的壩高界限值壩的原級別2345壩高（M）土壩、堆石壩、干砌石壩90705030混凝土壩、漿砌石需要提高級別的壩高界限值壩的原級別2348水閘水閘的工作特點(diǎn)、類型、組成和布置水閘的水力計(jì)算和防滲設(shè)計(jì)閘室的布置和構(gòu)造水閘與河岸的連接水閘水閘的工作特點(diǎn)、類型、組成和布置9一、水閘的工作特點(diǎn)、類型、組成和布置水閘的工作特點(diǎn)◆水流方面：滲流、泄流◆地基方面水閘的類型◆按照水閘所擔(dān)負(fù)的任務(wù)分類◆按照水閘結(jié)構(gòu)形式分類水閘的組成和布置◆水閘的組成◆水閘的布置一、水閘的工作特點(diǎn)、類型、組成和布置水閘的工作特點(diǎn)101、水閘的工作特點(diǎn)

水閘是一種低水頭“既能擋水，又能泄水”的水工建筑物，多建于平原地區(qū)軟土地基上。（一）水流方面：滲流：在水頭差的作用下滲流通過閘基及兩岸，對閘室及兩岸連接建筑物的穩(wěn)定不利，并可能產(chǎn)生有害的滲流變形而危及建筑物的安全。泄流：水閘泄流時(shí)，下游水深急劇變化，給閘下消能帶來困難；上下游水位差小時(shí)，容易產(chǎn)生水躍，消能效果差，對河床和建筑物不利。當(dāng)閘孔較多時(shí)，開啟個(gè)別閘孔容易形成折沖水流，淘刷兩岸。（二）地基方面：平原地區(qū)的地基特點(diǎn)是土層分布復(fù)雜，常夾有壓縮性大、承載能力低的軟土或松散容易液化、抗沖能力甚低的細(xì)砂。對閘的穩(wěn)定性、不均勻沉降、閘下沖刷、閘基滲流等的影響均較復(fù)雜。1、水閘的工作特點(diǎn)水閘是一種低水頭“112、水閘的類型（一）（一）按照水閘所擔(dān)負(fù)的任務(wù)分類進(jìn)水閘：為了滿足灌溉、發(fā)電等在河道、水庫或湖泊的岸邊建閘引水，并控制入渠流量。節(jié)制閘：枯水期借以截?cái)嗪拥捞Ц咚?，以利航運(yùn)和進(jìn)水閘取水；洪水期用以控制下泄流量。排水閘：常位于江河沿岸，既可以排除洼地積水，又可以擋住較高的外河水位。擋潮閘：為了擋潮、御鹵、排水、蓄淡，在入海河口附近所建的水閘。分洪閘：常建于河道一側(cè)，用以分泄天然河道所不能容納的多余洪水進(jìn)入湖泊、洼地，及時(shí)消減洪峰，保證下游河道安全。其特點(diǎn)是泄水能力大。2、水閘的類型（一）（一）按照水閘所擔(dān)負(fù)的任12（二）按照水閘結(jié)構(gòu)形式分類開敞式水閘：露天水閘，在水閘中應(yīng)用比較普遍。涵管式水閘：修建在河、堤之下，與涵洞的結(jié)構(gòu)形式基本相同。只是多了閘門和啟閉設(shè)備。2、水閘的類型（二）（二）按照水閘結(jié)構(gòu)形式分類2、水閘的類型（二133、水閘的組成和布置（一）

（一）水閘的組成上游連接段：包括河底部分的鋪蓋、上游防沖槽及兩岸的翼墻和護(hù)坡。閘室段：水閘的主體。包括底板、閘墩、閘門、胸墻、工作橋、交通橋等。下游連接段：包括消力池、海漫、防沖槽及翼墻、護(hù)坡等。3、水閘的組成和布置（一）（一）水閘的組成14開敞式水閘示意圖開敞式水閘示意圖15涵管式水閘示意圖涵管式水閘示意圖16（二）水閘的布置以技術(shù)先進(jìn)、投資少、效益高、管理方便為目的。主要考慮：①必須滿足規(guī)劃提出的要求；②閘址應(yīng)盡可能選擇在土質(zhì)好、方量少、有施工場地的地方；③閘的布置應(yīng)使進(jìn)閘水流及出閘水流平順；④布置時(shí)應(yīng)結(jié)合道路設(shè)置橋梁;

⑤應(yīng)結(jié)合運(yùn)行管理和各類水閘的特點(diǎn)合理布置。3、水閘的組成和布置（二）（二）水閘的布置3、水閘的組成和布置（二）17二、水閘的水力計(jì)算和防滲設(shè)計(jì)目的：確定閘孔尺寸，保證引排所需的流量；采取適宜的消能防沖措施；確定閘基的防滲布置。主要有三方面的確定：水閘閘孔的計(jì)算消能防沖設(shè)施防滲設(shè)計(jì)二、水閘的水力計(jì)算和防滲設(shè)計(jì)目的：確定閘孔尺寸，保證引排所需181、水閘閘孔的計(jì)算（一）閘上、下游水位的確定根據(jù)不同的水閘任務(wù)，確定的方法不同。（1）進(jìn)水閘（2）節(jié)制閘（3）排水閘（4）分洪閘1、水閘閘孔的計(jì)算（一）閘上、下游水位的確定19閘底高程的確定閘底板底面須定在地表腐植土層以下。閘底低，可以縮小閘孔，有利于進(jìn)流和排水，但增加施工困難，提高工程造價(jià)。閘底高層的選定必須從運(yùn)用、管理、施工、地形、地質(zhì)和水文地質(zhì)各方面加以充分的分析和比較。1、水閘閘孔的計(jì)算（二）閘底高程的確定1、水閘閘孔的計(jì)算（二）20閘孔尺寸的確定水閘閘孔寬度與水閘上、下游水位及閘底高程有關(guān)。計(jì)算閘孔的凈寬，應(yīng)考慮綜合因素：①考慮水閘的整體布置，其寬度不應(yīng)大于河道的平均底寬；

②考慮便于施工；

③擬定閘的上下游水位差應(yīng)小些，以減少水頭損失，提高灌溉效率；

④閘孔凈寬較大時(shí)，應(yīng)結(jié)合閘門形式以及啟閉機(jī)設(shè)備的容量等因素進(jìn)行分孔，閘孔數(shù)目盡可能為奇數(shù)，以利消能。1、水閘閘孔的計(jì)算（三）閘孔尺寸的確定1、水閘閘孔的計(jì)算（三）212、消能防沖設(shè)施水閘下泄水流具有一定的能量，由于水閘下游為抗沖能力很差的土質(zhì)河床，因此設(shè)計(jì)和建造水閘的關(guān)鍵技術(shù)之一為解決消能防沖問題。主要有：消力池的作用和構(gòu)造尺寸海漫和防沖槽2、消能防沖設(shè)施水閘下泄水流具有一定的能量，由于水閘下游為抗22消力池的作用和構(gòu)造尺寸消力池是閘室下游消能防沖的主要結(jié)構(gòu)物，消力池的底板稱為護(hù)坦，位置緊靠閘室。通常將護(hù)坦高程降低，形成下降式消力池。消力池的作用是增加閘下游水深，促使過閘水流在護(hù)坦范圍內(nèi)產(chǎn)生淹沒水躍，在水池內(nèi)水流紊亂，相互撞擊，達(dá)到消能效果，可縮短下游河床的護(hù)砌長度。護(hù)坦承受高速水利的沖刷及底部的揚(yáng)壓力，故護(hù)坦應(yīng)具有一定的強(qiáng)度和抗沖耐磨性能及足夠的重量。消力池深度及長度一般取池深0.3-0.5M，長為（3-6）倍的下游水深。護(hù)坦應(yīng)與下游兩岸翼墻底板及閘室底板分開，設(shè)置沉降縫來防止因不均勻沉降而產(chǎn)生裂縫。沉降縫內(nèi)設(shè)置水平止水和三油二氈貼縫。消力池的作用和構(gòu)造尺寸消力池是閘室下游消能防沖的主要結(jié)構(gòu)物，23消力池示意圖消力池示意圖24海漫和防沖槽海漫和防沖槽是將水流在經(jīng)過消力池后的剩余能量消除的加固措施。海漫長度一般為（3-6）倍的下游水深。海漫的要求：表面粗糙，能夠沿途消除余能，透水性好，以利滲流順利排出，具有一定的柔性，能夠適應(yīng)河床變形。一般采用前段采用漿砌塊石，后段采用砂石墊層。海漫和防沖槽海漫和防沖槽是將水流在經(jīng)過消力池后的剩余能量消除25海漫和防沖槽示意圖海漫和防沖槽示意圖263、防滲設(shè)計(jì)（一）滲流：當(dāng)上下游存在水位差時(shí)，在壓力作用下，水流會通過土的孔隙向下游流動。滲徑長度：滲流沿著閘基的地下輪廓線的流動長度。滲透壓力：閘基下的滲流具有的一定壓能。揚(yáng)壓力：滲透壓力和浮托力之和。其作用方向鉛直向上，垂直于底板，不利穩(wěn)定。滲流達(dá)到一定程度將在閘后產(chǎn)生翻沙冒水和管涌現(xiàn)象或小塊土壤懸浮，稱為土壤的滲透變形，使閘基底部掏空，底板傾斜、沉降及斷裂，造成事故。3、防滲設(shè)計(jì)（一）滲流：當(dāng)上下游存在水位差時(shí)，在壓力作用下，27防滲設(shè)計(jì)主要是合理確定水閘的地下輪廓線和采取必要和可靠的防滲排水措施，以減小或消除滲流對水閘素產(chǎn)生的不利影響。主要有三方面：防滲長度確定滲透壓力計(jì)算防滲排水布置3、防滲設(shè)計(jì)（二）防滲設(shè)計(jì)主要是合理確定水閘的地下輪廓線和采取必要和可靠的防滲28防滲長度確定閘基防滲段長度為地下輪廓線長度，即鋪蓋、板樁閘底板等不透水部分與地基的接觸線。其長度應(yīng)滿足公式：CX?H，C為滲徑系數(shù)，?H為上下游水位差。繞流滲透：水流繞過兩岸連接建筑物的后面從上游向下游滲流。繞流滲徑的長度，應(yīng)大于閘底滲徑的長度。防滲長度確定閘基防滲段長度為地下輪廓線長度，即鋪蓋、板樁閘底29閘底防滲布置圖閘底防滲布置圖30防滲排水布置為了降低滲透壓力，工程上采用滯滲和導(dǎo)滲的辦法。滯滲：在閘底板上游設(shè)置不透水的鋪蓋、齒墻、板樁等設(shè)施。鋪蓋是為了增加防滲段長度，延長滲徑，改變滲壓力分布。齒墻既能起防滲作用，又可增加阻滑能力。導(dǎo)滲：在護(hù)坦（或海漫）下面設(shè)置排水反濾層。防滲排水布置為了降低滲透壓力，工程上采用滯滲和導(dǎo)滲的辦法。31粘土鋪蓋示意圖粘土鋪蓋示意圖32反濾層和排水孔示意圖反濾層和排水孔示意圖33三、閘室的布置和構(gòu)造閘室是水閘工作運(yùn)行的主體部分，由以下部分組成：閘底板、閘墩、胸墻、工作橋、交通橋、止水設(shè)備合理選擇閘室各部分結(jié)構(gòu)形式、布置和構(gòu)造，使作用在地基上的單位面積盡量減小并盡量均勻分布，使閘室能適應(yīng)地基可能的沉陷變形，是水閘設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。三、閘室的布置和構(gòu)造閘室是水閘工作運(yùn)行的主體部分，由以下部分341、閘底板（一）是閘室的基礎(chǔ)，把閘室上部結(jié)構(gòu)的重量和承載的水平荷載均勻地傳到地基上，并利用與地基接觸面的摩阻力來抵抗滑動，使閘室穩(wěn)定。底板順?biāo)鞣较虻拈L度，主要由閘室上部結(jié)構(gòu)布置的要求和地基應(yīng)力分布均勻等條件決定。一般在1.5-2.5倍的上下水位差。小型水閘的底板為平底板，分為分離式和整體式底板。1、閘底板（一）是閘室的基礎(chǔ)，把閘室上部結(jié)構(gòu)的重量和承載的水35分離式底板：由分離式底板和閘墩底板組成，中間有縫分開，縫中設(shè)止水。常用混凝土或漿砌塊石筑成優(yōu)點(diǎn)：節(jié)約材料缺點(diǎn)：適用于地基承載能力較大的砂土、砂壤土地基，并且止水條件要求高，施工進(jìn)度慢，整體性沒有整體地板好。1、閘底板（二）分離式底板：由分離式底板和閘墩底板組成，中間有縫分開，縫中設(shè)36分離式底板示意圖分離式底板示意圖37整體式底板：小型水閘普遍采用的型式。整體式底板工作時(shí)承受較大彎矩，須配置相當(dāng)數(shù)量的鋼筋底板的上下游兩端設(shè)有齒墻，以增加閘室的抗滑穩(wěn)定性和剛度，并增加滲徑長度。1、閘底板（三）整體式底板：小型水閘普遍采用的型式。1、閘底板（三）38整體底板示意圖整體底板示意圖392、閘墩閘墩有中墩和邊墩，閘墩是工作橋（啟閉機(jī)）交通橋等上部結(jié)構(gòu)的支承，承受上部結(jié)構(gòu)的全部重量及閘門傳來的水壓力。閘墩的長度一般與順?biāo)鞣较虻牡装彘L度相同。閘墩應(yīng)有足夠的厚度滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求。2、閘墩閘墩有中墩和邊墩，閘墩是工作橋（啟閉機(jī)）交通橋等上部403、胸墻胸墻多為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，與閘室的連接有固定和簡支兩種形式。對于有通航要求或需要超設(shè)計(jì)泄洪的水閘，胸墻可以做成活動式的，以便全部開啟閘孔?；顒邮叫貕?shí)際上是上扇閘門。3、胸墻胸墻多為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，與閘室的連接有固定和簡支兩種41胸墻示意圖胸墻示意圖424、工作橋是為安裝啟閉機(jī)和便于工作人員操作而設(shè)于閘墩上的橋。小型水閘的工作橋一般采用板式結(jié)構(gòu)，大中型水閘則采用裝配式板梁結(jié)構(gòu)。4、工作橋是為安裝啟閉機(jī)和便于工作人員操作而設(shè)于閘墩上的橋。43工作橋示意圖工作橋示意圖445、交通橋交通橋與水閘結(jié)合，可以節(jié)約投資。交通橋的尺寸與荷載標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)適應(yīng)當(dāng)前和今后的發(fā)展，并征詢交通部門的意見。交通橋的型式可用板式、板梁式或拱式。5、交通橋交通橋與水閘結(jié)合，可以節(jié)約投資。456、止水設(shè)備止水分為鉛直縫止水和水平止水。鉛直止水設(shè)在閘墩、邊墩（岸墻）與翼墻之間，靠近迎水面的一側(cè)。水平止水設(shè)置在地下輪廓線防滲段范圍內(nèi)，如閘室底板與鋪蓋和消力池之間，翼墻底板與鋪蓋和消力池之間，閘室底板的本身分縫之間等。6、止水設(shè)備止水分為鉛直縫止水和水平止水。46止水設(shè)備示意圖迎水面1—金屬止水片2—瀝青油毛氈卷3—灌注瀝青4—接縫填充料14341432?8-10CM迎水面迎水面鉛直縫止水止水設(shè)備示意圖迎水面1—金屬止水片14341432?8-1047四、水閘與河岸的連接翼墻布