第一章二建水利水电工和管理与实务.docx

1、第一章二建水利水电工和管理与实务2F3 1 0000 水利水电工程技术 本章围绕水利水电工程建筑物的主要类型，阐述水利水电工程专业技术知识，包括水利水电工程建筑物及建筑材料、施工导流、主体工程施工等三节。其中“水利水电工程建筑物及建筑材料”概述了水利水电工程施工的相关基础知识，包括水利水电工程建筑物的类型及组成、水利水电工程勘察与测量、水利水电工程建筑材料等；“水利水电工程施工导流”分导流和截流两部分进行阐述；“水利水电工程主体工程施工”对土石方开挖工程、地基与基础工程、土石坝和堤防工程、混凝土工程及机电设备和金属结构安装工程等分别阐述其基本知识、施工内容和技术要求，同时介绍了施工安全技术方面

2、的有关知识。 本章的重点是水利水电工程等级划分及特征水位，工程勘察与测量，施工导流标准与导流方法，围堰、截流的基本方法，土石方开挖技术，土石坝和堤防施工技术，混凝土的生产与运输、浇筑与养护以及钢筋、施工安全技术等。 通过对本章的学习，要求应试者全面了解水利水电工程的类型、功能及其组成以及水工建筑材料的类型及其应用、施工测量的仪器及其使用；掌握水利水电工程施工的内容、方法、技术、设备，以及工程质量控制和安全控制要点。2F3 1 1000 水利水电工程建筑物及建筑材料2F311010 水利水电工程建筑物的类型及组成2F311011掌握水利水电工程等级划分及特征水位 一、水工建筑物等级划分 (一)水

3、利水电工程等级划分 根据水利水电工程等级划分及洪水标准(SL 252-2000)的规定，水利水电工程根据其工程规模、效益以及在国民经济中的重要性，划分为工、五等，适用于不同地区、不同条件下建设的防洪、灌溉、发电、供水和治涝等水利水电工程，见表2F311011-1。 水利水电工程分等指标 表2F311011-1工工程规模水库总库容(1081T13)防 洪治涝灌溉供水发电程等别保护城镇及工矿企业的重要性保护农田(104亩)治涝面积(104亩)灌溉面积(104亩)供水对象重要性装机容量(104kW)大(1)型10特别重要500200150特别重要120大(2)型101.0重 要50010020060

4、15050重 要12030中 型100.10中 等100306015505中 等305小(1)型0.1001一 般305153505一 般51小(2)型00l0.001530.51 对于综合利用的水利水电工程，当按各分项利用项目的分等指标确定的等别不同时，其工程等别应按其中的最高等别确定。 (二)水工建筑物的级别划分 水利水电工程中水工建筑物的级别，反映了工程对水工建筑物的技术要求和安全要求。应根据所属工程的等别及其在工程中的作用和重要性分析确定。 1永久性水工建筑物级别 水利水电工程的永久性水工建筑物的级别应根据建筑物所在工程的等别，以及建筑物的重要性确定为五级，分别为1、2、3、4、5级，

5、见表2F311011-2。 永久性水工建筑物级别 表2F311011-2 工程等别 主要建筑物 次要建筑物 工程等别 主要建筑物 次要建筑物 1 3 4 5 2 3 5 5 3 4 堤防工程的级别应按照堤防工程设计规范(GB 50286 98)确定。堤防工程的防洪标准主要由防洪对象的防洪要求而定。堤防工程的级别根据堤防工程的防洪标准确定，见表2F311011-3。 堤防工程的级别 表2F3110113 防洪标准 (重现期，年) 100100，且5050，且3030，且203501.041、2级永久性水工建筑物淹没一般城镇、工矿企业、交通干线或影响总工期及第一台(批)机组发电，造成较大经济损失3

6、1.550151.00.153、4级永久性水工建筑物淹没基坑，但对总工期及第一台(批)机组发电影响不大，经济损失较小1.5150.1 二、水工建筑物的分类及作用 水利上为满足防洪、发电、灌溉、航运等兴利除害的要求，通常要建造控制水位、调节流量等作用的水工建筑物。水工建筑物一般按其作用、用途和使用时问等进行分类。 (一)按作用分类水工建筑物按其作用可分为挡水建筑物、泄水建筑物、输水建筑物、取(进)水建筑物、整治建筑物以及专门为灌溉、发电、过坝需要而兴建的建筑物。 1挡水建筑物，是用来拦截水流、抬高水位及调蓄水量的建筑物，如各种坝和水闸以及沿江河海岸修建的堤防、海塘等。 2泄水建筑物，是用于宣泄水

7、库、渠道及压力前池的多余洪水、排放泥沙和冰凌，以及为了人防、检修而放空水库、渠道等，以保证大坝和其他建筑物安全的建筑物。如各种溢流坝、坝身泄水孔、岸边溢洪道等。 3输水建筑物，是为了发电、灌溉和供水的需要，从上游向下游输水用的建筑物，如引水隧洞、引水涵管、渠道、渡槽、倒虹吸等。 4取(进)水建筑物，是输水建筑物的首部建筑物，如引水隧洞的进水口段、灌溉渠首和供水用的扬水站等。 5整治建筑物，是用以改善河流的水流条件、调整河势、稳定河槽、维护航道以及为防护河流、水库、湖泊中的波浪和水流对岸坡冲刷的建筑物，如顺坝、丁坝、导流堤、护底和护岸等。 6专门建筑物，是为灌溉、发电、过坝等需要兴建的建筑物。如

8、专为发电用的引水管道、压力前池、调压室、电站厂房；专为灌溉用的沉砂池、冲砂闸；专为过坝用的升船机、船闸、鱼道、过木道等。 (二)按用途分类 水工建筑物按其用途可分为一般性建筑物和专门性建筑物。 1一般性水工建筑物具有通用性，如挡水坝、溢洪道、水闸等。 2专门性水工建筑物，只实现其特定的用途。专门性水工建筑物又分为水电站建筑物、水运建筑物、农田水利建筑物、给水排水建筑物、过鱼建筑物等。 (三)按使用时问的长短分类 水工建筑物按其使用时间的长短分为永久性建筑物和临时性建筑物。 1永久性建筑物是指工程运行期间长期使用的水工建筑物。根据其重要性又分为主要建筑物和次要建筑物。 2临时性建筑物是指工程施工

9、期间暂时使用的建筑物，如施工导流明渠、围堰等。主要作用是为永久性建筑物的施工创造必要的条件。 三、水库与堤防的特征水位 (一)水库的特征水位 1校核洪水位。水库遇大坝的校核洪水时在坝前达到的最高水位。 2设计洪水位。水库遇大坝的设计洪水时在坝前达到的最高水位。 3防洪高水位。水库遇下游保护对象的设计洪水时在坝前达到的最高水位。 4正常蓄水位(正常高水位、设计蓄水位、兴利水位)。水库在正常运用的情况下，为满足设计的兴利要求在供水期开始时应蓄到的最高水位。 5防洪限制水位(汛前限制水位)。水库在汛期允许兴利的上限水位，也是水库汛期防洪运用时的起调水位。 6死水位。水库在正常运用的情况下，允许消落到

10、的最低水位。它在取水口之上并保证取水口有一定的淹没深度。保证取水口有一定的淹没深度。 (二)堤防工程特征水位 1设防(防汛)水位。开始组织人员防汛的水位。 2警戒水位。当水位达到设防水位后继续上升到某一水位时，防洪堤随时可能出险，防汛人员必须迅速开赴防汛前线，准备抢险，这一水位称警戒水位。 3保证水位。即堤防的设计洪水位，河流遇堤防的设计洪水时在堤前达到的最高水位。2F311012掌握土石坝与堤防的构造及作用 一、土石坝的类型 土石坝常按坝高、施工方法或筑坝材料分类。 (一)按坝高分类 土石坝按坝高可分为低坝、中坝和高坝。我国碾压式土石坝设计规范(SL 2742001)规定：高度在30m以下的

11、为低坝；高度在3070m之间的为中坝；高度超过70m 的为高坝。 (二)按施工方法分类 按土石坝施工方法可分为碾压式土石坝、水力冲填坝、定向爆破堆石坝等。其中碾压式土石坝最常见，它是用适当的土料分层堆筑，并逐层加以压实(碾压)而成的坝。它又可分为三种： 1均质坝。坝体断面不分防渗体和坝壳，坝体基本上是由均一的黏性土料(壤土、砂壤土)筑成，如图2F3110121(a)。 2土质防渗体分区坝。包括黏土心墙坝和黏土斜墙坝，即用透水性较大的土料作坝的主体，用透水性极小的黏土作防渗体的坝。防渗体设在坝体中央的或稍向上游且略为倾斜的称为黏土心墙，防渗体设在坝体上游部位且倾斜的称为黏土斜墙坝，是高、中坝中最

12、常用的坝型，如图2F3110121(6)、(c)、(d). 一、水闸的类型 1按水闸所承担的任务可分为进水闸、节制闸、泄水闸、排水闸、挡潮闸等。 2按闸室结构形式可分为开敞式水闸和涵洞式水闸。 (1)开敞式水闸：闸室上面是露天的，上面没有填土，如图2F3110131所示。当引(泄)水流量较大、渠堤不高时，常采用开敞式水闸。 (2)涵洞式水闸：主要建在渠堤较高、引水流量较小的渠堤之下，闸室后有洞身段，洞身上面填土。根据水力条件的不同，涵洞式可分为有压和无压两种。 二、水闸的组成部分及其作用 水闸由闸室和上、下游连接段三部分组成，如图2F3110131所示。 (一)闸室 闸室是水闸的主体，起挡水和

13、调节水流的作用。它包括底板、闸墩、闸门、胸墙、工作桥和交通桥等。 1底板。底板按结构形式，可分为平底板、低堰底板和反拱底板；工程中用得最多的是平底板。根据底板与闸墩的连接方式不同，平底板可分为整体式和分离式两种。 (1)整体式底板。底板与闸墩连成整体。作用是将上部结构重量及荷载传给地基，并有防冲及防渗作用。底板厚度必须满足强度和刚度要求，可取为1517倍闸孔净宽，但不宜小于0507m。整体式平底板抗震性能较好。中等密实以下的地基或地震区适宜采用整体式底板。 对多孔水闸，为适应地基不均匀沉降和减小底板内的温度应力，需要沿水流方向设变形缝(温度沉降缝)将闸室分成若干段，每个闸段一般不超过20m。

14、(2)分离式底板。闸孔中间的底板与闸墩下的底板之问用沉降缝分开，称为分离式底板。分离式闸墩底板基底压力较大，一般宜建在中等密实以上的地基上。 2闸墩。闸墩的作用主要是分隔闸孔，支承闸门、胸墙、工作桥及交通桥等上部结构。 闸墩多用C15C30的混凝土浇筑，小型水闸可用浆砌块石砌筑，但门槽部位需用混凝土浇筑。 3工作桥。工作桥的作用是安装启闭机和供管理人员操作启闭机之用，为钢筋混凝土简支梁或整体板梁结构。桥的高度必须满足闸门能提出门槽检修的要求。 4胸墙。作用是挡水，以减小闸门的高度。跨度在5m以下的胸墙可用板式结构，超过5m跨度的胸墙用板梁式结构；胸墙与闸墩的连接方式有简支和固结两种。 (二)上

15、游连接段 上游连接段由铺盖、护底、护坡及上游翼墙组成。 1铺盖。作用主要是延长渗径长度以达到防渗目的，应该具有不透水性，同时兼有防冲功能。常用材料有黏土、混凝土、钢筋混凝土等，以混凝土铺盖最为常见。 混凝土铺盖常用Cl5混凝土浇筑，厚度0204m，铺盖与底板接触的一端应适当加厚，并用沉降缝分开，缝内设止水，如图2F3110132所示。2护底与护坡。它的作用是防止高速水流对渠(河)底及边坡的冲刷，长度一般为35倍堰顶水头。材料有干砌石、浆砌石或混凝土等。 3上游翼墙。它的作用是改善水流条件、挡土、防冲、防渗等。其平面布置形式有圆弧形翼墙、扭曲面翼墙、八字形翼墙和隔墙式翼墙等；结构形式有重力式、悬

16、臂式、扶壁式和空箱式等。 (1)重力式翼墙。如图2F3110133所示，依靠自身的重量维持稳定性，材料有浆砌石或混凝土，适用于地基承载力较高、高度在56m以下的情况，在中小型水闸中应用很广。 (2)悬臂式翼墙。挡土墙是固结在底板上的悬臂结构，由钢筋混凝土筑成。适用于高度在69m左右、地质条件较好的情况。 (3)扶壁式翼墙。扶壁式翼墙是由直墙、底板和扶壁组成的钢筋混凝土结构。适用于高度在89m以上、地质条件较好的情况。 (4)空箱式翼墙。空箱式翼墙是扶壁式翼墙的特殊形式。由顶板、底板、前墙、后墙、隔墙与扶壁组成。适用于高度较高、地质条件较差的情况。 (三)下游连接段 下游连接段通常包括护坦、海漫

17、、下游防冲槽(齿墙)以及下游翼墙与护坡等。 1护坦。承受高速水流的冲刷、水流脉动压力和底部扬压力的作用，因此要求护坦应具有足够的重量、强度和抗冲耐磨能力，通常用混凝土筑成，也可采用浆砌块石。为了防止不均匀沉降而产生裂缝，护坦与两侧翼墙底板及闸室底板之间，均应设置沉陷缝。缝的位置如在闸基防渗范围内，缝中应设止水。 2海漫与防冲槽。在消力池后面应设置海漫与防冲槽，如图2F3110134所示。其作用是继续消除水流余能，调整流速分布，确保下游河床免受有害冲刷。 海漫构造要求：表面粗糙，能够沿程消除余能；透水性好，以利渗流顺利排出；具有一定的柔性，能够适应河床变形。海漫材料一般采用浆砌或干砌块石。 在海

18、漫末端与土质河床交接处可能会遭受冲刷，因此在海漫末端设置防冲槽与下游河床相连，以保护海漫末端不受冲刷破坏。 3下游翼墙与护坡。与上游翼墙与护坡基本相同，护坡要做到防冲槽尾部。下游八字形翼墙的总扩散角在1524之间。2F311014熟悉混凝土坝的构造及作用 混凝土坝的主要类型有重力坝、拱坝和支墩坝三种，它们的结构特点和类型如下。 一、重力坝的结构特点和类型 1重力坝的结构特点 重力坝主要依靠自身重量产生的抗滑力维持其稳定性。重力坝用混凝土或浆砌石筑成，坝轴线一般为直线，并有垂直于坝轴线方向的横缝将坝体分成若干段，横剖面基本上呈三角形，如图2F3110141所示。 2重力坝的类型 (1)按坝体高度

19、分为高坝、中坝和低坝。坝高大于70m的为高坝，小于30m的为低坝，介于两者之间的为中坝。 (2)按筑坝材料分为混凝土重力坝和浆砌石重力坝。重要的重力坝及高坝大都用混凝土浇筑，中低坝可用浆砌块石砌筑。 (3)按泄水条件分为溢流重力坝和非溢流重力坝段。 (4)按坝体的结构分为实体重力坝、空腹重力坝和宽缝重力坝。 (5)按施工方法分为浇筑混凝土重力坝和碾压混凝土重力坝。 二、重力坝的构造及作用 (一)坝顶构造 1非溢流坝段。坝顶上游常设置防浪墙，以降低坝体的高度，墙身采用与坝体连成整体的钢筋混凝土结构，并应有足够的厚度以抵挡波浪及漂浮物的冲击。墙身高度一般为12m，浇筑混凝土坝顶最小宽度为3m，碾压

20、混凝土为5m。 2溢流坝段。溢流坝段上部结构应根据运用要求布置。一般应有闸墩、工作桥、闸门、启闭设施、胸墙及交通桥等。 (二)重力坝的防渗与排水设施 在混凝土重力坝坝体上游面和下游面水位以下部分，多采用一层具有防渗、抗冻和抗侵蚀的混凝土，作为坝体的防渗设施。防渗层厚度一般为120110水头，但不小于2m。 为了减小坝体的渗透压力，靠近上游坝面设置排水管幕，排水管幕与上游坝面的距离一般为作用水头的115125，且不小于20m。排水管间距23m。 (三)重力坝的分缝与止水 为了满足施工要求，防止由于温度变化和地基不均匀沉降导致坝体裂缝，在坝内需要进行分缝。 1横缝。横缝与坝轴线垂直，有永久性的和临

21、时性的两种。将坝体分成若干个坝段，横缝间距一般为1520m。永久性横缝可兼作沉降缝和温度缝，缝面常为平面。当不均匀沉降较大时，需留缝宽12cm，缝问用沥青油毡隔开，缝内须设置专门的止水；临时性横缝缝面设置键槽，埋设灌浆系统。 2纵缝。纵缝是平行于坝轴线方向的缝，其作用是为了适应混凝土的浇筑能力、散热和减小施工期的温度应力。竖向纵缝的间距为1530m，缝面应设置三角形键槽。 为了保证坝段的整体性，沿缝面应布设灌浆系统，纵缝与坝面应垂直相交。待坝体温度冷却到稳定温度，缝宽达到05mm以上时再进行灌浆。一般进浆管的灌浆压力可控制在035045MPa，回浆管的压力可控制在02025MPa。 3水平施工

22、缝。水平施工缝是新老混凝土的水平结合面。每层浇筑块的厚度约为1540m，基岩表面约0751.0m，以利散热。同一坝段相邻浇筑块水平施工缝的高程应错开，上、下浇筑块之间常问歇37d。混凝土浇筑前，必须清除老混凝土面浮碴，并凿毛，用压力水冲洗，再铺一层23cm的水泥砂浆，然后浇筑。 (四)坝内廊道 为了满足帷幕灌浆、排水、观测和检修坝体的需要，须在坝内设置各种廊道和竖井，构成廊道系统。廊道内应设置通风和照明设备。 1基础灌浆廊道。基础灌浆廊道设置在上游坝踵处。廊道上游侧距上游坝面的距离约为00501倍水头，且不小于45m，廊道底面距基岩面不小于15倍廊道宽度，廊道断面一般采用城门洞形，其宽度一般为

23、2530m，高度一般为3035m。当廊道低于下游水位时，应设集水井及抽排设施。 2坝体检修和排水廊道。为了便于检查坝体和排除坝体渗水，在靠近坝体上游面沿高度每隔1530m设一检查兼作排水用的廊道。廊道断面形式多为城门洞形，廊道最小宽度为12m，高度22m。各层廊道在左、右两岸至少应各有一个通向下游的出口，各层廊道之间用竖井连通。如设有电梯井时，则各层廊道均应与电梯井相通。 三、拱坝的结构特点和类型 1拱坝的结构特点 拱坝的轴线为弧形，能将上游的水平水压力变成轴向压应力传向两岸，主要依靠两岸坝肩维持其稳定性；拱坝是超静定结构，有较强的超载能力，受温度的变化和坝肩位移的影响较大。 2拱坝的类型 (

24、1)定圆心等半径拱坝：圆心的平面位置和外半径都不变的一种拱坝。 (2)等中心角变半径拱坝：拱坝坝面自上而下中心角不变而半径逐渐减小。 (3)变圆心变半径双曲拱坝：圆心的平面位置、外半径和中心角均随高程而变的坝体形式。 四、支墩坝的结构特点和类型 支墩坝是由一系列顺水流方向的支墩和支承在墩子上游的挡水面板所组成，如图2F3110142。按挡水面板的形式，支墩坝可分为平板坝、连拱坝和大头坝，其结构特点如下： 1平板坝是支墩坝中最简单的形式，其上游挡水面板为钢筋混凝土平板，并常以简支的形式与支墩连接，适用于40m以下的中低坝。支墩多采用单支墩，为了提高支墩的刚度，也有做空腹式双支墩。 2连拱坝是由支

25、承在支墩上连续的拱形挡水面板(拱筒)承担水压力的一种轻型坝体。支墩有单支墩和双支墩两种，拱筒和支墩之间刚性连接，形成超静定结构，温度变化和地基的变形对坝体的应力影响较大。因此，其适用于气候温和的地区和良好的基岩上。 3大头坝是通过扩大支墩的头部而起挡水作用的。其体积较平板坝和连拱坝大，也称大体积支墩坝。它能充分利用混凝土材料的强度，坝体用筋量少；大头和支墩共同组成单独的受力单元，对地基的适应性好，受气候条件影响小。因此大头坝的适应性广。2F311015熟悉泵站的布置及水泵的分类 一、叶片泵的分类及性能 (一)叶片泵的分类 叶片泵按工作原理的不同，可分为离心泵、轴流泵和混流泵三种。 1离心泵。按

26、其基本结构、形式特征又分为单级单吸式离心泵、单级双吸式离心泵、多级式离心泵以及自吸式离心泵。 2轴流泵。按主轴方向又可分为立式泵、卧式泵和斜式泵；按叶片可调节的角度不同可分为固定式、半调节式和全调节式。 3混流泵。按结构形式分为蜗壳式和导叶式。 (二)叶片泵抽水装置 由叶片泵、动力机、传动设备、管路及其附件构成的能抽水的系统称为叶片泵抽水装置。现将离心泵、轴流泵抽水装置介绍如下： 1离心泵抽水装置 水泵以电动机为动力时，电动机通过联轴器直接与水泵连接；水泵进口端接进水管路，出口端接出水管路；在进、出水管路上安装的各种管路附件。离心泵启动前泵壳和进水管内必须充满水，充水方式有：用真空泵、高位水箱

27、或人工等。 2轴流泵抽水装置 立式轴流泵叶轮安装在进水池最低水位以下，因此无需充水设备。电动机安装在水泵的上方，用联轴器与水泵直接连接。水泵出水弯管与出水管路连接。 (三)叶片泵的性能参数 叶片泵性能参数包括流量、扬程、功率、效率、允许吸上真空高度或必需汽蚀余量、转速等。其中： 1扬程。是指单位重量的水从泵进口到泵出口所增加的能量，用H表示，单位是mH2O，简略为m。水泵铭牌上所标出的扬程是这台泵的设计扬程，即相应于通过设计流量时的扬程，又称额定扬程。泵的工作扬程总是大于实际扬程(净扬程)。 2效率。水泵铭牌上的效率是对应于通过设计流量时的效率，该效率为泵的最高效率。水泵内的能量损失可分三部分

28、，即水力损失、容积损失和机械损失。 3允许吸上真空高度或必需汽蚀余量。是表征叶片泵汽蚀性能的参数，用来确定泵的安装高程，单位为m。 二、泵站进出水建筑物 泵站进出水建筑物一般包括引水渠、沉砂及冲砂建筑物、前池、进水池、出水管道和出水池。 1引水渠。当泵站的泵房远离水源时，应利用引水渠(岸边式泵站可设涵洞)将水源引至前池和进水池。泵站的引水渠分为自动调节引渠和非自动调节引渠。 2沉砂及冲砂建筑物。当水源(河流)含砂量较大时，除在进水口前设置拦砂设施外，还应增设沉砂池，以及冲砂口门，以减少高速含砂水流对水泵和管道的磨损和破坏。 3前池。是衔接引渠和进水池的水工建筑物。根据水流方向可将前池分为两大类

29、，即正向进水前池和侧向进水前池。 4进水池。是水泵(立式轴流泵)或水泵进水管(卧式离心泵、混流泵)直接吸水的水工建筑物，一般布置在前池和泵房之间或泵房的下面(湿室型泵房)。 5出水池。是衔接水泵出水管与灌溉(或排水)干渠(或承泄区)的水工建筑物，根据水流出流方向，出水池分为正向出水池和侧向出水池。 6压力水箱。是一种封闭形式的出水建筑物，箱内水流一般无自由水面，大多用于排水泵站且承泄区水位变幅较大的情况。按水流方向来分，压力水箱有正向出水和侧向出水两种。 7出水管道。水泵房至出水池之问有一段压力管道称为出水管道。出水管道的铺设方式有明式铺设和暗式铺设两种。 三、泵房的结构形式 泵房结构形式有移动式和固定式两大类。移动