1、第7章 水工結(jié)構(gòu)工程,土 木 工 程 概 論,7.1 水工結(jié)構(gòu)工程概述 7.2 防洪工程 7.3 農(nóng)田水利工程 7.4 水力發(fā)電及地下電站工程 7.5 港口航道工程,土 木 工 程 概 論,第 7 章 水工結(jié)構(gòu)工程,7.1 水工結(jié)構(gòu)工程概述,為更合理、有效的利用和調(diào)配水資源，就需要興建水工結(jié)構(gòu)工程,優(yōu)點(diǎn)：水資源豐富，可開發(fā)利用的水能資源居世界首位 缺點(diǎn)：水資源在時(shí)間和地域上的分布經(jīng)常與對(duì)它的需要不一致,水工結(jié)構(gòu)工程按服務(wù)于多目標(biāo)的通用性，水工結(jié)構(gòu)可分為： 擋水結(jié)構(gòu)、泄水結(jié)構(gòu)、取水結(jié)構(gòu)、輸水結(jié)構(gòu)、整治結(jié)構(gòu) 按服務(wù)于單目標(biāo)的專門性，水工結(jié)構(gòu)通常包括： 防洪結(jié)構(gòu)、農(nóng)田水利工程、水力發(fā)電及地下電站工程

2、、 港口航道工程、海岸工作,土 木 工 程 概 論,第 7 章 水工結(jié)構(gòu)工程,水工結(jié)構(gòu)因受水的影響而有別于其他建筑物或構(gòu)筑物其特點(diǎn)如下：,水工結(jié)構(gòu)與其相應(yīng)河流的水利工程是一個(gè)系統(tǒng)的綜合體 同一流域的水工結(jié)構(gòu)和水利工程不能單獨(dú)分割出來孤立存在，它們是相輔相成、互相影響和制約的 水工結(jié)構(gòu)工作條件復(fù)雜，施工技術(shù)難度大（受水文、氣象、地址、地形等復(fù)雜條件的影響） 水的作用使得水工結(jié)構(gòu)工作條件特殊，除一般荷載外，還要承受水壓力、浪壓力、冰壓力、滲透力、凍脹力等 水工結(jié)構(gòu)地質(zhì)條件復(fù)雜多變，需對(duì)地基進(jìn)行細(xì)致周密的處理和研究 水工結(jié)構(gòu)施工受氣候、溫度等影響大 大型水工結(jié)構(gòu)不僅對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)有很大影響，對(duì)自然環(huán)境

3、、生態(tài)環(huán)境也會(huì)產(chǎn)生很大的影響 通過防洪、農(nóng)田水利、水力發(fā)電、港口、航運(yùn)等為人類造福 改變自然面貌，對(duì)自然環(huán)境產(chǎn)生影響（可能是積極的也可能帶來災(zāi)難）,都江堰工程,防洪工程,分洪工程,丹江口水利樞紐,葛洲壩水利樞紐,江都水利樞紐,三峽大壩,高弗瑞丹佛壩,7.2 防洪工程,土 木 工 程 概 論,第 7 章 水工結(jié)構(gòu)工程,防洪工程是預(yù)防、控制洪水或冰凌成災(zāi)所修建的工程。主要包括：擋水結(jié)構(gòu)工程、河道整治工程、分洪工程和水庫等它的作用可分為：阻擋洪水侵襲、增加泄洪能力、攔儲(chǔ)調(diào)節(jié)洪水,7.2.1 擋水結(jié)構(gòu),擋水結(jié)構(gòu)是為阻擋洪水泛濫、海水入侵而修建的水工建筑，是防洪工程中最常用、最重要的組成部分，如堤、壩攔

4、河閘等,鋼筋混凝土堤,石堤,土堤,堤是沿河、渠、湖、海岸邊緣修建的擋水結(jié)構(gòu)，主要是防御洪水對(duì)保護(hù)對(duì)象的侵襲。按材料分，有土堤，石堤，鋼筋混凝土堤等,土 木 工 程 概 論,第 7 章 水工結(jié)構(gòu)工程,壩是建在河流中截?cái)嗨鳌⑻Ц咚?、形成水庫的擋水結(jié)構(gòu)，也具有泄洪、發(fā)電等功效。按材料分為：土石壩、混凝土壩；按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和力學(xué)性能分為：重力壩、拱壩、支墩壩等，如圖,土 木 工 程 概 論,第 7 章 水工結(jié)構(gòu)工程,重力壩,支敦壩,拱壩,土 木 工 程 概 論,第 7 章 水工結(jié)構(gòu)工程,土石壩,土石壩是一種古老的壩型，目前仍是數(shù)量最多的壩型。土石壩是土壩、堆石壩及土石混合壩的總稱，它是用壩址附近的土料

5、、石料和砂礫堆筑起來的，也稱當(dāng)?shù)夭牧蠅?。土石壩的?yōu)點(diǎn)：就地取材、節(jié)約建筑材料、對(duì)自然條件有廣泛的適應(yīng)性、抗震性能好、結(jié)構(gòu)簡單、壽命較長、施工管理維護(hù)等較簡便，設(shè)計(jì)理論、施工技術(shù)、施工機(jī)械化程度高土石壩斷面形式簡單，多為梯形或復(fù)式梯形主要組成部分有：壩體、防滲體、排水設(shè)備和護(hù)坡按施工方法分為：碾壓式土石壩、水力充填壩、水墜壩、水中填土壩、土中灌水壩、定向爆破堆石壩等,土 木 工 程 概 論,第 7 章 水工結(jié)構(gòu)工程,土石壩,土 木 工 程 概 論,第 7 章 水工結(jié)構(gòu)工程,混凝土重力壩,重力壩：主要是依靠自身重量在地基上產(chǎn)生摩擦力和壩與地基之間的凝聚力來抵抗壩前的水推力以保持抗滑穩(wěn)定，其斷面一般

6、呈三角形，直立或向上游面傾斜，利用部分水重增加壩的穩(wěn)定性，它是混凝土壩中最早出現(xiàn)的壩型。混凝土重力壩的優(yōu)點(diǎn)：適用于從壩頂溢流，施工期間也易于通過較低的壩塊或底孔泄流，壩體結(jié)構(gòu)簡單，易澆筑，便于機(jī)械化施工，適合在各種氣候條件下修建，設(shè)計(jì)、建造經(jīng)驗(yàn)豐富，工作可靠，使用年限較長，養(yǎng)護(hù)費(fèi)用較低等混凝土重力壩的缺點(diǎn)：壩體體積大，材料強(qiáng)度不能充分發(fā)揮，澆筑時(shí)水泥水化熱消散困難，由于降溫收縮易產(chǎn)生裂縫，破壞壩體的整體性和強(qiáng)度。,土 木 工 程 概 論,第 7 章 水工結(jié)構(gòu)工程,土 木 工 程 概 論,第 7 章 水工結(jié)構(gòu)工程,拱壩,拱壩是通過拱作用將壩體承受的荷載傳遞到兩岸基巖上并利用兩端推力維持壩體穩(wěn)定的

7、水工結(jié)構(gòu)。它是一種空間殼體結(jié)構(gòu)，如圖所示當(dāng)河谷寬高比較大時(shí)，懸臂梁體系承擔(dān)大部分荷載，當(dāng)河谷寬高比較小時(shí)，水平拱則承擔(dān)大部分荷載。拱壩充分利用了材料的強(qiáng)度，因此其體積只有重力壩的30-80%。由于拱壩是整體性空間結(jié)構(gòu)，壩體輕韌，彈性好，只要基巖穩(wěn)定，其抗震能力較好。,拱壩平面和剖面示意圖,土 木 工 程 概 論,第 7 章 水工結(jié)構(gòu)工程,支墩壩,支墩壩是由一系列擋水面板和支撐面板的支墩組成,按結(jié)構(gòu)形式分為： 平板壩：面板簡支與支墩上的鋼筋混凝土壩，一般用于修建中低壩 大頭壩：將支墩上游部分向兩側(cè)擴(kuò)大形成懸臂大頭相互貼緊，起擋水作用，用于修建高中壩 連拱壩：面板是一系列斜倚在支墩上的拱筒，用于修

8、建高中壩,支墩壩的幾種形式,土 木 工 程 概 論,第 7 章 水工結(jié)構(gòu)工程,四川二灘雙曲拱壩最大壩高240m，拱冠頂部厚度11m，拱冠梁底部厚度55.74m，拱端最大厚度58.51m，拱圈最大中心角91.5。，拱頂弧長774.69m，為中國已建成的最高壩。,土 木 工 程 概 論,第 7 章 水工結(jié)構(gòu)工程,三峽攔江重力大壩軸線全長2309.47m，壩頂高程185m，最大壩高181m，設(shè)有23個(gè)泄洪深孔，底高程90m，深孔尺寸為7m9m，其主要作用是泄洪。,土 木 工 程 概 論,第 7 章 水工結(jié)構(gòu)工程,青海龍羊峽大壩壩高178m，裝機(jī)128萬千瓦，水庫庫容247億立方米，為當(dāng)時(shí)中國內(nèi)地最高

9、的大壩。,土 木 工 程 概 論,第 7 章 水工結(jié)構(gòu)工程,黃河小浪底土石壩壩高154m，總填筑量5185萬立方米，是我過迄今為止最大的土石壩，該工程可控制流域面積69.4萬平方公里，占黃河流域總面積的92.3%，控制黃河輸沙量的100%，為國家發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)起到了極大的促進(jìn)作用。,土 木 工 程 概 論,第 7 章 水工結(jié)構(gòu)工程,7.2.2 河道整治,河道整治是為穩(wěn)定河勢(shì)、改善水流流態(tài)、河流邊界條件等在河床兩岸修建的工程河道整治的目的是防洪、航運(yùn)、引水、城鎮(zhèn)防護(hù)及綜合開發(fā)和治理等,河道整治工程按材料和使用年限分類： 臨時(shí)性整治工程：古代的竹筏、沉排等 永久性工程：土、石、混凝土等修建的重型實(shí)

10、體建筑物，用于調(diào)整水流方向、固灘護(hù)堤 按與水流的關(guān)系分類： 丁壩、順壩、潛壩、鎖壩、環(huán)流、透水、不透水等 主要是改變水沙運(yùn)動(dòng)方向，控制河床沖淤變化，改善不利河灣，起到穩(wěn)定灘岸、固定河勢(shì)流路的作用,土 木 工 程 概 論,第 7 章 水工結(jié)構(gòu)工程,分洪工程是為保障保護(hù)地區(qū)安全，將超額洪水分流的工程。水庫是用堰、壩、小閘等圍成的人工水域。,7.2.3 分洪工程、水庫,為了泄放超過水庫調(diào)蓄能力的洪水，滿足放空水庫和防洪調(diào)節(jié)等要求，確保工程安全，一般多設(shè)有泄水建筑物。常用的泄水建筑物有：1）壩身泄水道：溢流壩、中孔泄水孔、渾式泄水孔、壩下涵管等2）河岸泄水量：河岸溢洪道和泄水隧洞,河岸溢洪道的特點(diǎn)：地

11、面開敞，具有較大的超泄能力，泄水能力隨水庫水位的升高而 迅速增加，可減少泄水翻壩的可能性，檢查方便、運(yùn)用安全可靠、減少開挖土石方量 河岸溢洪道的形式：正槽式、側(cè)槽式、豎井式、虹吸式,土 木 工 程 概 論,第 7 章 水工結(jié)構(gòu)工程,1.進(jìn)水段 .2.控制段 3.泄槽 4.消能防沖段 5.出水渠 6.非常溢洪道 7.土壩,1.溢流堰 2.側(cè)槽,1.溢流喇叭口 2.豎井 3.導(dǎo)流隧洞 4.混凝土塞 5.水平泄洪隧洞 6.出口段 7.彎道段,1.通氣孔 2.頂蓋 3.泄水孔,土 木 工 程 概 論,第 7 章 水工結(jié)構(gòu)工程,7.3 農(nóng)田水利工程,農(nóng)田水利是為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)的水利工程主要任務(wù)是灌溉、排澇

12、、改良土壤,渠首的主要作用是引進(jìn)河道或水庫中的水以滿足灌溉、發(fā)電、工業(yè)和生活用水需要，是農(nóng)田水利工程中的重要建筑物之一。可分為： 無壩渠首：不在河流中修建攔河壩引水灌溉，適用于河流水位、流量不經(jīng)調(diào)節(jié)就能滿足灌區(qū)用水要求的渠首。一般由進(jìn)水閘、攔沙壩、沉沙池等建筑物組成 有壩渠首：是采用攔河壩抬高水位，保證水流量滿足灌溉要求的渠首。 優(yōu)點(diǎn)是閘前水位穩(wěn)定、工作可靠、利于將取水口設(shè)在灌區(qū)近處 組成部分：攔河壩、進(jìn)水閘及沉沙槽式、人工彎道式、底部沖沙廊道式、底欄柵式等沉沙沖沙建筑物,沉沙槽式渠首：采用正面排沙、側(cè)面引水的布置形式，利用進(jìn)水閘前沉沙槽使水中粗粒泥沙下沉減少入渠泥沙。 優(yōu)點(diǎn)：渠首形式簡單，施

13、工、管理方便 缺點(diǎn)：沉沙槽內(nèi)易出現(xiàn)旋流，易將底沙帶入渠道，沖沙時(shí)需停止取水 人工彎道式渠首：在河道內(nèi)或岸邊上修建人工彎道，利用彎道環(huán)流減少入渠泥沙的取水渠首。 底部沖沙廊道式渠首：將沖沙廊道設(shè)在進(jìn)水閘底板下的渠首。 優(yōu)點(diǎn)：可以邊引水邊沖沙 適用于來水量較豐富、用水保證率較高的情況 底欄柵式渠首：在壅水壩內(nèi)設(shè)置廊道取水，利用廊道頂部欄柵篩析作用防止大粒徑沙石入渠的有壩取水形式。 優(yōu)點(diǎn)：布置簡單、施工方便、造價(jià)低 適用于河道流量不大、大粒徑泥沙較少的小型工程,土 木 工 程 概 論,第 7 章 水工結(jié)構(gòu)工程,土 木 工 程 概 論,第 7 章 水工結(jié)構(gòu)工程,沉沙槽式渠首 1.進(jìn)水閘 2.沉沙槽 3

14、.沖沙閘 4.壅水壩 5.導(dǎo)流墻 6.渠道,人工彎道式渠首 1.人工彎道 2.進(jìn)水閘 3.沖沙閘 4.“”形攔沙坎 5.渠道 6.攔河閘,底部沖沙廊道式渠首 1.沖沙廊道 2.壅水壩 3.渠道,底欄柵式渠首 1. 底欄柵壩 2.金屬欄柵 3.取水廊道 4.溢流壩 5.進(jìn)水閘,水閘是用來控制閘前水位和調(diào)節(jié)過閘流量的低水頭水工建筑物，通過閘門啟閉具有擋水和泄水或取水的雙重作用，廣泛用于防洪、灌溉、供水、發(fā)電等,土 木 工 程 概 論,第 7 章 水工結(jié)構(gòu)工程,水閘的分類： 按承擔(dān)的主要任務(wù)劃分： 進(jìn)水閘：在河流、湖泊、等岸邊建閘引水，通常設(shè)在渠道首部，又稱渠首閘 攔河閘：一般用于截?cái)嗪忧?，抬高河?/p>

15、水位，橫斷河流或渠首修建。 排水閘：常建于江河沿岸，既可以開閘排滯，又可以防止倒灌 攔潮閘：常建于入海河口附近，主要作用是攔潮、御咸、排水、蓄淡 分洪閘：常建于河道一側(cè)，用于分泄河道多條洪水 按閘室結(jié)構(gòu)形式劃分：開敞式、胸墻式、封閉式或涵洞式 開敞式和胸墻式水閘上面不填土封閉，其中不設(shè)胸墻的開敞式水閘對(duì)用于攔河閘、排水閘 設(shè)胸墻的開敞式水閘多用于進(jìn)水閘、排沙閘和攔潮閘 封閉式或涵洞式水閘是閘身上面填土封閉的水閘,農(nóng)田水利工程主要包括灌溉工程和排澇工程。,土 木 工 程 概 論,第 7 章 水工結(jié)構(gòu)工程,我國很多灌溉區(qū)是利用兩種或多種水源進(jìn)行灌溉的，如井渠結(jié)合，引蓄堤結(jié)合從灌溉水源來分和各自所占

16、比例如下圖：,土 木 工 程 概 論,第 7 章 水工結(jié)構(gòu)工程,灌溉工程 蓄水工程： 各種類型的水庫：按功能分為攔蓄河川徑流的、引蓄渠道余水的、提水后再蓄在庫中的、攔蓄河川潛流的、攔蓄洪水泥沙的等 多種形式的小型蓄水工程：如塘堰工程、旱井、澇池、水窖等 自流引水灌溉工程：我過最早的灌溉工程形式，如都江堰、鄭國渠、寶雞峽引渭灌溉工程等 提水工程：指用各種農(nóng)用排灌機(jī)械取水灌溉的工程。 排澇工程：（從工程形式上劃分） 明溝排水：一般包括干、支、斗、農(nóng)、毛各級(jí)排水溝通及相應(yīng)排水控制建筑物，具有施工簡單、見效快等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是占地多、易淤積、維修工作量大 暗管排水：一般包括吸水管、集水管、檢修井、排水控制

17、設(shè)備等，優(yōu)點(diǎn)是占地少，不影響農(nóng)田耕作和交通，排水效果穩(wěn)定，缺點(diǎn)是需要較多管材，基建投資高 豎井排水：利用水井抽取地下水，降低和控制地下水位，優(yōu)點(diǎn)是調(diào)控地下水位能力強(qiáng)，缺點(diǎn)是井點(diǎn)分散、管理不便，需較多機(jī)泵和動(dòng)力,土 木 工 程 概 論,第 7 章 水工結(jié)構(gòu)工程,7.4 水力發(fā)電及地下電站工程,水力發(fā)電是循環(huán)利用水力資源產(chǎn)生電能的過程。水力發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)：不用燃料、不污染環(huán)境、能源可以循環(huán)利用、運(yùn)行成本低,我國水力開發(fā)方針是大、中、小并舉，以大型為骨干。電站的規(guī)模的大、中、小是相對(duì)的。我國20世紀(jì)七八十年代對(duì)已建和在建水電站裝機(jī)容量和年發(fā)電量統(tǒng)計(jì)時(shí)將裝機(jī)25萬千瓦的水電站作為大型水電站。世界上水電開發(fā)

18、較多的國家，早期修建的水電站規(guī)模都相當(dāng)小，隨著經(jīng)濟(jì)、電力工業(yè)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模的不斷增大，水電站容量和機(jī)組容量也相應(yīng)增大，對(duì)水電站裝機(jī)容量沒有大、中、小正式規(guī)定。,土 木 工 程 概 論,第 7 章 水工結(jié)構(gòu)工程,土 木 工 程 概 論,第 7 章 水工結(jié)構(gòu)工程,云南石龍壩水電站我國第一座水電站，始建于1912年，規(guī)模較小。,土 木 工 程 概 論,第 7 章 水工結(jié)構(gòu)工程,葛洲壩水電站電站設(shè)計(jì)裝機(jī)14臺(tái)，機(jī)組容量12.5萬千瓦。1988年葛洲壩工程全部完成，水電站設(shè)計(jì)總裝機(jī)容量271.5萬千瓦，平均年發(fā)電量141億千瓦時(shí),土 木 工 程 概 論,第 7 章 水工結(jié)構(gòu)工程,三峽水電站三峽水電

19、站的機(jī)組布置在大壩的后側(cè)，共安裝32臺(tái)70萬千瓦水輪發(fā)電機(jī)組，其中左岸14臺(tái)，右岸12臺(tái)，地下6臺(tái)，另外還有2臺(tái)5萬千瓦的電源機(jī)組，總裝機(jī)容量2250萬千瓦,7.5 港口航道工程,土 木 工 程 概 論,第 7 章 水工結(jié)構(gòu)工程,水域部分：包括進(jìn)港航道、港池和錨地，供船舶航行、運(yùn)轉(zhuǎn)、停泊之用 陸域部分：包括碼頭、岸上倉庫、堆場等其他輔助設(shè)施，供旅客集散、貨物裝卸、轉(zhuǎn)載之用 港口分類： 按所在地理位置分為：海港、河口港、湖港、水庫港 按性質(zhì)和用途分為：商港、漁港、軍港、工業(yè)港、避風(fēng)港,港口是位于江河湖海沿岸，具有一定設(shè)施和條件，供船舶靠泊、旅客上下、 貨物裝卸、生活物料供應(yīng)等作業(yè)的地方。包括：水

20、域、陸域兩大部分,土 木 工 程 概 論,第 7 章 水工結(jié)構(gòu)工程,碼頭：供旅客上下、貨物裝卸、船舶靠泊之用的地方 按斷面形式分為： 直立式：便于船舶?？浚菓?yīng)用最廣泛的碼頭用于海港和部分河港 斜坡式：用于水位變化較大的港口 半直立式：用于高水時(shí)間較長而低水時(shí)間較短的港口 半斜坡式：用于枯水時(shí)間較長而高水時(shí)間較短的港口 按結(jié)構(gòu)形式分為： 重力式：依靠碼頭自身重量和其內(nèi)填料重量保持穩(wěn)定，在我國普遍采用方塊、沉箱、扶壁三種結(jié)構(gòu)形式。 方塊結(jié)構(gòu)形式：最古老的結(jié)構(gòu)形式，施工方便、耐久性好、節(jié)省鋼筋 沉箱結(jié)構(gòu)形式：沉箱形狀主要有方形、矩形、不對(duì)稱形等，廣泛應(yīng)用于碼頭、筏橋墩臺(tái)等工程 扶壁結(jié)構(gòu)形式：多用于

21、華南沿河地區(qū)，與沉箱相比屬輕型結(jié)構(gòu)，施工方便，但整體性不如沉箱結(jié)構(gòu)形式,港口工程是興建港口所需的工程，主要包括港口建設(shè)的總體規(guī)劃、進(jìn)港交通、 地基基礎(chǔ)、碼頭結(jié)構(gòu)、防波堤工程等，主要介紹碼頭結(jié)構(gòu)、防波堤工程,土 木 工 程 概 論,第 7 章 水工結(jié)構(gòu)工程,板樁式：依靠打入土中的板樁保持穩(wěn)定，板樁較薄且承受土壓力，適用于墻高不超過10m的碼頭 高樁式：主要由上部結(jié)構(gòu)和樁基兩部分組成，一般適用于軟土地基 上部結(jié)構(gòu)：一般為現(xiàn)澆承臺(tái)和框架結(jié)構(gòu)，或者是裝配整體式梁板結(jié)構(gòu)，它們構(gòu)成碼頭地面 樁基：主要采用預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁。 防波堤工程：位于港口水域外圍，主要是抵御風(fēng)浪，保證港內(nèi)水面平穩(wěn)，按斷面形式主要分為： 直立式：一般適用于地基承載力較好的情況，主要有普通方塊、雙排板樁、巨型方塊、沉箱幾種類型，其中以沉箱防波堤為主 斜坡式：一般適用于地基承載力較差的情況，在我國使用最為廣泛，對(duì)地基沉降不太敏感 混合式：由直立式和斜坡式綜合而成的，適用于水深很大的情況，一般是在高基床上放置重