洪水标准及工程施工等级的划分.docx

1、洪水标准及工程施工等级的划分第2章 水利工程根底知识本章要求：一了解洪水标准和工程等级的划分；二了解水库的特征水位和水库特征库容；三熟悉水工建筑的分类及特点；四了解水建筑物失事的主要原因；五掌握施工导流概念、导流标准、导流根本方法；六掌握施工围堰的类型，围堰施工技术；七熟悉截流的技术与方法。2.1 洪水标准及工程等级的划分2.1.1 洪水标准在水利水电工程设计中不同等级的建筑物所采用的按某种频率或重现期表示的洪水称为洪水标准，包括洪峰流量和洪水总量。永久性水工建筑物所采用的洪水标准，分为设计洪水标准和校核洪水标准两种情况。临时性水工建筑物的洪水标准，应根据建筑物的构造类型和级别，结合风险度综合

2、分析，合理选择， 对失事后果严重的，应考虑超标准洪水的应急措施。各类水利水电工程的洪水标准应按?水利水电工程等级划分及洪水标准?SL2522000确定。1.永久性水工建筑物的洪水标准水利水电工程永久性水工建筑物的洪水标准，应按山区、丘陵区和平原、滨海区分别确定。江河采取梯级开发方式，在确定各梯级永久性水工建筑物的洪水标准时，还应结合江河治理和开发利用规划，统筹研究，相互协调。.山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物的洪水标准，应按表2-1确定。表2-1 山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物的洪水标准重现期年工程水工建筑物级别12345设计1000500500100100505030302

3、0校核土石坝可能量大洪水PMF100005000500020002000100020001000300200混凝土坝、浆砌石坝50002000200010001000500500200200100(2)平原地区永久性水工建筑物洪水标准， 应按表2-2确定。表2-2 平原区水利水电工程永久性水工建筑物的洪水标准重现期年工程永久性水工建筑物级别12345水库工程设计300100100505020201010校核200010001000300300100100505020拦河工程设计1005050303020201010校核3002002001001005050303020(3)潮汐河口和滨海地区水

4、利水电工程永久性水工建筑物的洪水标准，应按表2-3确定。表2-3 潮汐河口段和滨海地区水利水电工程永久性水工建筑物的潮水标准永久性水工建筑物级别1234及5设计潮水位重现期年1001005050202010当山区、丘陵地区的水利水电工程永久性水工建筑物的挡水高度低于15m，且上下游最大水头差小于10m时，其洪水标准宜按平原、滨海区标准确定。当平原、滨海地区的水利水电工程其永久性水工建筑物的挡水高度高于15m，且上下游最大水头差大于10m时，其洪水标准宜按山区、丘陵地区标准确定。2.临时性水工建筑物的洪水标准临时性水工建筑物的洪水标准，应在表2-4的幅度，考虑风险度综合分析，合理选用。表2-4

5、临时性水工建筑物洪水标准 重现期年临时性建筑物类型临时水工建筑物级别345土石结耕50202010105混凝土坝、浆砌石结耕2010105532.1.2 工程等级的划分1水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 2522000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、五等，适用于不同地区、不同条件下建立的防洪、灌溉、发电、供水和治涝等水利水电工程，见表2-5。表2-5 水利水电工程分等指标工程等级工程规模水库总库容108m3防洪治涝灌溉供水发电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1

6、04kW大型10特别重要500200150特别重要120大型101.0重要5001002006015050重要12030中型1.00.10中等100306015505中等305小型0.10.01一般30515350.5一般51小型0.010.001530.51注：1水库总库容指水库最高水位以下的静库容。2治涝面积和灌溉面积指设计面积。对于综合利用的水利水电工程，当按各综合利用工程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。2水工建筑物的级别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平安要求。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

7、性水工建筑物级别水利水电工程的永久性水工建筑的级别应该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，见表2-6。表2-6 永久性水工建筑物级别工程等别主要建筑物决要建筑物工程等别主要建筑物次要建筑物1345235534堤防工程水工建筑物的级别，应该按照?堤防工程设计规?GB5028698确定。2临时性水工建筑物级别对于水利水电工程施工期使用的临时性挡水和泄水建筑物的级别，应根据保护对象的重要性、失事造成的后果、使用年限和临时建筑物的规模，按表1-7确定。对于同时分属于不同级别的临时性水工建筑物，其级别应按照其中最高级别确定。但对于3级临时性水工建筑物，符合

8、该级规定的指标不得少于两项。临时性水工建筑物级别级别保护对象失事后果使用年限年临时性水工建筑物规模高度m库容108m33有特殊要求的1级永久性水工建筑物淹没重要城镇、工矿企业、交通干线或推迟总工期及第一台批机组发电，造成重大灾害和损失3501.041、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31.550151.00.153、4级永久性水工建筑物淹没期坑，但对总工期及第一台批机组发电影响不大，经济损失较小1.5151.03水工建筑物级别的提高1永久性水工建筑物级别的提高对于25级的永久性水工建筑物，假设失事后造成巨大损失，或者对水利水电

9、工程造成十分严重影响的，经过论证并报主管部门批准，其级别可提高一级。水库大坝按表1F411021-6规定为2级、3级的永久性水工建筑物，如果坝高超过规定的指标，其级别可提高一级，但洪水标准不予提高。当永久性水工建筑物根底的工程地质条件复杂时，其根底设计参数不易准确确定，或者采用新型构造，对于25级的建筑物，其级别可以提高一级，但洪水标准不予提高。2临时性水工建筑物级别的提高利用临时性水工建筑物挡水发电、通航时，经过技术经济论证，3级以下临时性水工建筑物的级别可以提高一级。4水工建筑级别的降低对于失事后造成损失不大的水利水电工程，其14级主要永久性水工建筑物的级别，经过论证并报主管部门批准，可降

10、低一级。2.1.3 水库特征水位及水库特征库容1水库特征水位1校核洪水位。水库遇大坝的校核洪水时在坝前到达的最高水位。2设计洪水位。水库遇大坝的设计洪水时在坝前到达的最高水位。3防洪高水位。水库遇下游保护对象的设计洪水时在坝前到达的最高水位。4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。5正常蓄水位正常高水位、设计蓄水位、兴利水利。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场时应蓄到的最高水位。6死水位。水库在正常运用的情况下，允许消落到的最低水位。2水库特征库容1静库容。坝前某一特征水位水平面以下的水库容积。2总库容。校核洪水位以下的

11、水库静库容。3防洪库容。防洪高水位至防洪限制水位之间的水库容积。4调洪库容。设计洪水位至防洪限制水位之间的水库。5兴利库容有效库容、调节库容。正常蓄水位至死水位之间的水库容积。6共用库容重复利用库容、结合库容。正常蓄水位至防洪限制水位之间汛期用于蓄洪、非汛期用于兴利的水库容积。7死库容。死水位以下的水库容积。2.2水工建筑的分类及特点与失事原因2.2.1 水工建筑物的分类及特点1水工建筑物的分类水工建筑物一般按它的作用、用途和使用时期等来进展分类。1水工建筑物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

12、物。1挡水建筑物。是用来拦截江河,形成水库或雍高水位的建筑物，如各种坝和水闸以及抗御洪水，或沿江河海岸修建的堤防、海塘等。2泄水建筑物。是用于宣泄多余洪水量、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平安的建筑物。如各种溢流坝、坝身泄水孔、岸边溢洪道和泄水隧洞等。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、引水涵盖、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进水闸、扬水站等。5整治建筑物。是用以改善河流的水流条件，调整河流水流对河床及河岸的作用以及为防护水库、

13、湖泊中的波浪和水流对岸坡冲刷的建筑物，如丁坝、顺坝、导流堤、护底和护岸等。6专门为灌溉、发电、过坝需要而兴建的建筑物。如专为发电用的引水管道、压力前池、调压室、电站厂房；专为灌溉用的沉沙池、冲砂闸、渠系上的建筑物；专为过坝用的升船机、船闸、鱼道、过木道等。2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、水闸等。2专门性水工建筑物，仅用于某一个水利工程，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。3按使用时期分类水工建筑物按使用时期分为永久性建筑物和临时性建筑物。1永久性

14、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。主要水工建筑物是指失事后将造成下游灾害或严重影响工程效益的建筑物，如大坝、水闸、泄洪建筑物、输水建筑物及电站厂房等；次要水工建筑物是指失事后将不致造成下游灾害，或者对工程效益影响不大并易于修复的建筑物，如挡土墙、导流墙、工作桥及护岸等。2临时性建筑物是指工程施工期间使用的建筑物，如围堰、导流明渠等。2.水工建筑物的特点1工作条件复杂水工建筑物的地基有岩基，也有土基，情况往往比拟复杂。在岩基中经常会遇到节理、裂隙、断层、破碎带、软弱夹层等地质构造；在土基中，可能会遇到压缩性大的土层，也可能会遇到流动性较大的细砂

15、层。这些地质条件必需认真进展地基处理。水工建筑物的形式，受地形、地质、水文、施工等条件的影响，因此，每个水工建筑物都有其自身的特定条件，都具有一定的个别性。由于上、下游存在水位差，水工建筑物一般要承受相当大的水压力作用，因此水工建筑物及其地基必须具有足够的强度、稳定性。高水头的泄水在做好消能防冲工作的同时，还应防止高速水流产生的气蚀、磨损等破坏；另外，渗流不仅增加了建筑物荷载，也可能造成建筑物失事。在多泥沙河流中，水工建筑物将长期受泥沙淤积产生的淤沙压力作用，同时在泄洪或发电时，还会受到泥沙的磨损作用，严重时将影响建筑物的正常工作甚至影响其寿命。2施工难度大在河道中修建的水工建筑物，需要首先解

16、决好施工导流和截流工作，施工技术复杂，施工难度大。截流、导流、渡汛需要抢时间，争进度，而且往往是在水中施工，施工程度、施工强度和施工组织出现丝毫疏漏，将延误工期，并造成损失。水工建筑物的工程量一般都比拟大，建筑物往往需要开挖一定深度的基坑，还要做一些相当复杂的根底处理。另外，水工建筑物中的大体积的混凝土构造，面临必须解决混凝土的施工及大体积混凝土的温度控制措施问题。水工建筑物往往是水下工程、地下工程多，施工条件差，施工干扰多，施工期限长，施工场地狭窄，交通运输困难，施工难度相当大。3环境影响大水工建筑物，尤其是大型水利枢纽，具有显著的经济效益、社会效益和环境效益，但也会对环境造成负面影响，如蓄

17、水区的土地淹没、移民、水生生态系统的破坏、建筑物上游泥沙淤积、下游河道冲刷、诱发地震等问题，需要进展严格的环境影响评价，并采取有效措施，保护环境。4失事的后果严重作为蓄水、挡水的水工建筑物，其破坏和失事，往往会给和社会造成巨大灾害和损失。2.2.2水工建筑物失事的主要原因水工建筑物失事的主要原因，一般包括设计质量、控制运用、工程维护管理，以及超标准洪水、地震等。但不同的建筑物，由于工程的特点，失事的主要原因不尽一样。1.土石坝事故原因1防洪标准低。由于规划、设计时对洪水估计偏低，致使坝顶高程缺乏或溢洪道设计能力太小，造成坝顶漫水直至溃坝的严重事故。2出现贯穿防渗体的裂缝。由于散粒体构造土体颗粒

18、间存在孔隙，在荷重的作用下，孔隙将被压缩，而构造本身将产生深陷。往往引起坝体的裂缝， 并进而造成严重的渗漏和滑坡事故。裂缝按其生成的原因，可以分为四类：干缩或冻融引起的裂缝；坝体变形引起的裂缝；水力劈裂作用引起的裂缝；地震引起的裂缝。3由于抗剪强度缺乏出现大滑坡。由于岸坡逐渐推动稳定而产生滑动，出现崩坍，对水工建筑物和水库下游造成严重危害。4护坡出现破坏。干砌块石护坡砌筑质量差；块石粒径偏小，重量不够；在城石下面没有垫层级配不好以及块石风化等原因，使得护坡破坏。5产生坝身渗漏及绕坝渗漏。坝身渗漏及绕坝渗漏严重时，将使岸坡软化，形成集中渗流通道；甚至引起岸坡塌陷和滑坡。2.混凝土坝事故原因1抗滑

19、稳定性不够。当坝基存在软弱夹层时，坝和地基的抗滑稳定性不够，常常成为一种常见的最危险的病害现象。2外表损坏。由于设计、施工、 管理或其他方面的原因，引起不同程度的表层损坏，有蜂窝、麻面、骨料架空外露、表层裂缝、钢筋锈蚀以及表层混凝土松软、脱壳和剥落等。3裂缝。当混凝土坝由于温度变化、地基的不均匀沉陷有他原因引起的应力和变形超过了混凝土的强度和抵抗变形的能力时，将产生裂缝。3.拱坝的事故原因1温度变化。在运行期周围环境温度的变化，会在坝引起温度应力。当考虑不周或者在设计组合之外运行，将有可能因拉应力过大而引起开裂事故。2洪水漫顶。如果设计洪水误差过大，泄洪能力过小，造成洪水漫项；如假设坝基和坝座

20、岩体的抗冲能力缺乏，将会造成严重破坏事故。3库外岸坡岩体崩塌。水库蓄水后，水位的变化和地表水的渗入会引起岩体抗滑能力下降，促使岩层由蠕动而滑崩。4.堤防工程的事故原因1漫溢。由于堤防防洪标准较低，或者遇到超标准的特大洪水时，水位陡涨，堤防来不及培厚加高，洪水将漫越堤防顶部。漫溢也可能是由于堤防局部地段塌陷等险情和风暴潮袭击所致使。漫溢将会直接导致堤防溃决。2冲决。堤身临近河岸、汛期可能由于大溜顶冲随河岸的坍塌而失事，称为冲决。冲决多发生在弯道水流的凹岸一侧，因为此处受水流顶冲和横向弯道环流的作用较强，尤其是凹岸的顶点稍下位置，是最危险的地段，有可能出现冲堤塌岸事故。3溃决。在汛期高水位时，由于

21、堤身隐患而造成堤防产生渗漏、管涌、沉陷、滑坡等险情。当抢险不及时或抢护方法不当，将可能发生堤防塌陷而形成决口，称为溃决。4凌汛险情。在北方结冰的河流，当开河解冻，冰块下泄过程中，出现冰块聚集堵塞河道的冰坝现象称为凌汛。冰坝雍高上游水位，可造成洪灾；冰坝突然溃决，可能出现垮坝洪水。5水工隧洞事故原因1脉动压力、空化、空蚀。高速泄水隧洞中，由于水流部脉动压力，促使水流发生空化，可能引起建筑物的振动。高速水流的泄水隧洞由于体形不良、施工缺陷、运行不当而发生空蚀破坏。2水工隧洞的塌方。由于地质和水文地质条件不好；施工方法的不当；设计考虑不周造成隧洞发生塌方。6溢洪道事故原因1溢洪道泄流能力缺乏。由于实

22、际过水能力低于设计能力，使得溢洪道泄流能力缺乏或病害而导致水库的溃决。2闸门启闭设备问题。当溢洪道的闸门动力不能得到保证、或管理不善造成启闭设备损坏，造成洪水漫顶或出现险情。3岸坡滑坡堵塞。由于岸坡开挖过陡，破坏了自然稳定状态，造成岸坡大面积滑坡，溢洪道因被边坡坍滑体的堵塞而不起作用，致使洪水漫坝，导致水库溃决。2.3施工导流根本知识2.3.1 施工导流的概念1施工导流施工导流是指在河床中修筑围堰围护基坑，并将河道中各时期的上游来水量按预定的方式导向下游，以创造干地施工的条件。施工导流贯穿于整个工程施工的全过程，是水利水电工程总体设计的重要组成局部，是选定枢纽布置、永久建筑物形式、施工程序和施

23、工总进度的重要因素。2施工导流方案为了解决好施工导流问题，必须作好施工导流设计。施工导流设计的任务是分析研究当地的自然条件、工程特性和其他行业对水资源的需求来选择导流方案，划分导流时段，选定导流标准和导流设计流量，确定导流建筑物的形式、布置、构造和尺寸，拟定导流建筑物的修建、撤除、封堵的施工方法，拟定河道截流、拦洪渡汛和基坑排水的技术措施，通过技术经济比拟，选择一个最经济合理的导流方案。水利水电枢纽工程施工中所采用的导流方法，通常不是单一的，而是几种导流方法组合起来配合运用，这种不同导流时段不同导流方法的组合称为导流方案。3施工导流标准施工导流的标准是根据导流建筑物的保护对象、失事后果、使用年

24、限和工程规模等指标，划分导流建筑物的级别级，再根据导流建筑物的级别和类型，并结合风险度分析，确定相应的洪水标准。洪水标准确实定，还应考虑上游梯级水库的影响和调蓄作用。施工导流标准还包括坝体施工期临时渡汛洪水标准和导流泄水建筑物封堵后坝体渡汛洪水标准。4导流时段导流时段就是按照导流的各个施工的阶段划分的延续时间。导流时段的划分，实际上就是解决主体建筑物在整个施工过程中各个时段的水流的水流控制问题，也就是确定工程施工顺序、施工期间不同时段宣泄不同的导流流量的方式，以及与之相左适应的导流建筑物的高度和尺寸。因此，导流时段确实定，与河流的水文特征、主体建筑物的布置与形式、导流方案、施工进度有关。土坝、

25、堆石坝、支墩坝一般不允许过水，因此当施工期较长，而洪水降临前又不能完建时，导流时段就要以全年为标准，其导流设计流量，就应按导流标准选择相应洪水重现期的年最大流量。如安排的施工进度能够保证在洪水降临前使坝身起拦洪作用，其导流时段应为洪水降临前的施工时段，导流设计流量那么为该时段按导流标准选择相应洪水重现期的最大流量。5.施工导流程序施工导流首先要修建导流泄水建筑物，然后进展河道截流修筑围堰，此后进展施工过程中的基坑排水。当主体建筑物修建到一定高程后，再对导流泄水建筑物进展封堵。2.3.2施工导流的根本方式施工导流的根本方式可分为分段围堰法导流和全段围堰法导游两类。1.分段围堰法导流分段围堰法导流

26、，也称分期导法，分期束窄河床修建围堰，保护主体建筑物干地施工。导流分期数和围堰分段数由河床特性，枢纽及导流建筑物布置综合确定。段数分得越多，施工越复杂；期数分得越多，工期拖延越长。工程实践中，两段两期导流采用得最多，如图2-1所示。在流量较大的平原河道或河谷较宽的山区河流上修建混凝土坝枢纽时，宜采用分期导流。这种导流方式较易满足通航、过木、排冰等要求。图2-1 分段围堰法导流a平面图：b下游立视图；c导流底孔纵断面图1期上游横向围堰；2期下游横向围堰；3二期纵向围堰；4预留缺口；5导流底孔；6二期上下游围堰轴线；7护坦；8封堵闸门槽；9工作闸门槽；10事故闸门槽；11已浇筑的混凝土坝体；12未

27、浇筑的混凝土坝体根据不同时期泄水道的特点，分期导流方式中又包括束窄河床导流和通过已建或在建的建筑物导流。1束窄河床导流束窄河床导流，是通束窄后的河床泄流，通常用于分期导流的前期阶段，特别是一期导流。2通过建筑物导流通过建筑物永久建筑物或临时建筑物导流的主要方式包括设置在混凝土坝体中的底孔导流，混凝土坝体上预留制品导流、梳齿孔导流，平原河道上的低水头河床式径流电站可采用厂房导游。这种方式多用于分期导流的后期阶段。2全段围堰法导流全段围堰法导流是指在河床距主体工程轴线如大坝、水闸等上下游一定的距离，修筑拦河堰体，一次性截断河道，使河道中的水流经河床外修建的临时泄水道或永久泄水建筑物下泄。全段围攻堰

28、法导流泄水建筑物的类型可分为明渠导流、隧洞导流、涵管导流等。在实际工程中也采用明渠隧洞等组合方式导流。1明渠导流明渠导流如图2-2所示是在河岸或河滩上开挖渠道，在基坑的上下游修建横向围堰，河道的水流经渠道下泄。这种施工导流方法一般适用于岸坡平缓或有一岸具有较宽的台地、垭口或古河道的地形。2隧洞导流隧洞导流如图2-3所示是在河岸边开挖隧洞，在基坑的上下游修筑围堰，施工期间河道的水流由隧洞上泄。这种导流方法适用于河谷狭窄的山区河流。图2-2明渠导流道 图2-3 隧洞导流示意图1水工建筑物轴线；2上游围堰 a隧洞导流；b隧洞导流并配合底孔宣泄汛期洪水3下游围堰；4导流明渠1上游围堰；2下游围堰；3导

29、流隧洞；4底孔；5坝轴线；6溢流坝段；7水电站厂旁3涵管导游涵管导游如图2-4所示是利用涵管进展导流。适用于导流流量较小的河流或只用来担负枯水期的导流。一般在修筑土坝、堆石坝等工程中采用。2.3.3 围堰施工技术1.围堰在类型围堰是保护大坝或厂房等水工建筑物干地施工的必要挡水建筑物，一般属临时性工程，但也常与主体工程结合而成为永久工程的一局部。围堰按材料分工石围堰、混凝土围堰、草土围堰、木笼围堰、竹笼围堰、钢板桩格形围堰等。按围堰与水流方向的相对位置分横向围堰、纵向围堰。按导流期间基坑淹没条件分过水围堰、不过水围堰。过水围堰除需要满足一般围堰的根本要求外，还要满足堰顶过水的要求。1土石围堰土石围堰由土石填筑而成。它能充分利用当地材料，对根底适应性强，施工工艺简单。土石围堰可做成过水围堰，允许汛期围堰过水，但需做好溢流面、堰址下游根底和两岸接头的防冲保护。土石围堰的防渗构造形式有土质心