水工概论2_水工概论

2020-02-28 其他范文下载本文

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第一节施工导流的任务

水利水电枢纽工程中的主体建筑物一般都是在河流中兴建并在干地上施工，需采取相应的工程措施。

形成基坑——使用临时建筑物（围堰）挡水，围护基坑，把基坑内的水抽干；原有河水（洪水）下泄——将水流引向预定的临时（永久）泄水建筑物泄向下游；

施工期间水的综合利用——施工期的水运、下游给水、度汛，施工后期临时泄水建筑物的封堵。

施工导流的作用——

对原河流各个时期的流水采取导、截、拦、蓄、泄等施工措施，为建筑物施工创造必要的条件，并尽可能少地影响国民经济各部门

对用水的需要。

施工导流方案——

根据水文变化规律（枯水期/洪水期），分期建筑，采取相应的导流措施，各期导流措施的总和就是工程的施工导流方案。

施工导流方案设计需解决的主要问题——

确定设计标准，选择施工导流方案

确定导流建筑物的型式、尺寸和布置方式确定截流方案

制定封孔蓄水计划并进行封堵设计第二节施工导流的设计标准

我国规定导流标准采用频率法——根据河流水文特性及工程的具体条件，合理确定施工时段，按各施工时段相应频率的最大洪峰流量进行设计。导流标准高低的影响——

标准高了，导流工程量大，延长工期，成本高；

标准低了，虽工程量小，但来水较大时，有可能危及施工安全，发生事故反而拖延工期，抬高成本。

第三节施工导流的方式

按水利工程的修建过程，导流一般分两个阶段：

第一阶段（初期）——修筑围堰与泄水建筑物，使水流绕过全部或部分拟建工程宣泄；第二阶段（后期）——利用永久建筑物挡水，水流通过或绕过建成或即将建成的建筑物宣泄。

一、第一阶段的导流方式分一次断流和分期导流两种。

一次断流（全段围堰法、河床外导流）——在河床上修筑围堰将河流一次截断，利用位于河床之外的泄水建筑物宣泄施工流量。

优点：工作面大，河床内的建筑物在一次性围堰的围护下建造，如能利用水利枢纽中的永久泄水建筑物导流，可大大节约工程投资。可利用围堰沟通两岸交通，创造有利的施工条件。缺点：需修筑临时泄水建筑物，推迟了主体工程的开工日期，对原河流的航运有较大影响。适用于河谷狭窄、流速大的山区河道及土石坝工程。

分期导流（分段围堰法或河床内导流）——将河床建筑物分期分段建造，水流通过缩窄后的河床宣泄。

优点：分期导流不需在河床以外另修其他临时泄水建筑物，对原河道通航有利；缺点：人为地把建筑物分段建造，使工作面减小。

适用于河床宽阔、流量大、施工期较长的工程，尤其在通航河流和冰凌严重的河流上

二、第二阶段的导流方式（后期）

后期导流可利用坝身内预留的临时性泄水底孔或梳齿来宣泄施工流量，待完建或坝体上升到一定高度后，用闸门封闭孔口，进行混凝土浇筑将其堵塞。

第四节导流建筑物——围堰、施工泄水道

一、围堰

用来维护基坑的一种临时性挡水建筑物。

按材料分：土石围堰、砼围堰、钢板桩格型围堰、木

笼围堰、草土围堰；

按围堰与水流方向的相对位置分：横向围堰、纵向围

堰；

按导流期间基坑是否允许淹没：过水围堰、不过水围

堰。所有围堰必须满足以下要求：

（1）结构上要求稳定、防渗、抗冲

（2）施工上构造简单，便于施工、维修、撤除方便（3）布置上使水流平顺

（4）与岸边联接要可靠，防止渗漏破坏（5）可设置抗冰凌、船筏等冲击设施

（一）土石围堰

是最广泛的一种围堰。在岩基河床或有覆盖的地基上均可建造。有以下四种断面型式：

（二）草土围堰

是一种草土混合结构，多用捆草法修建。施工简单，造价低；有一定防冲防渗及适应沉陷变形的能力，可用于软基河床。

但易于腐烂，适用期不超过两年。

（三）混凝土围堰

分为拱型混凝土围堰、重力混凝土围堰和空框式混凝土围堰。

混凝土围堰有很强的抗冲抗渗能力，挡水水头高，断面尺寸小，易和永久性建筑物相连。

若用作纵向围堰，则第一、二期可共用。

（四）其他型式的围堰

钢板桩围堰、木笼围堰、竹笼围堰、浆砌石围堰等。

（1）钢板桩围堰（格形围堰）

（2）木笼围堰

二、施工泄水道

（一）隧洞

适用于山区河流，河谷狭窄、两岸地形陡峻、山岩坚实。在山区河流上兴建的土石坝枢纽，常布置永久性泄水隧洞或放空隧洞。

隧洞导流应用很广泛。

（二）明渠

适用于岸坡平缓或有宽阔滩地的平原河道。

上下游围堰一次拦断河床形成基坑，保护主体建筑物干地施工，天然河道水流经河岸或滩地上开挖的导流明渠泄向下游的导流方式称为明渠导流。

（三）涵管

涵管导流一般在修筑土坝、堆石坝工程采用。

涵管通常事先布置在河滩或河床上，然后再修上下游全断围堰，将河水引经涵管下泄。一般采用钢筋混凝土材料，比隧洞更费水泥和钢材。

涵管外壁与大坝接触部位易漏水，地基沉降也会使之破坏，因此，对坝体与涵管的接触面及涵管各段之间的接缝、涵管的基础均应慎重处理。

（四）渡槽

当需要在狭窄的河床上修建一座中小型闸坝工程，而其水下部分可以在一个枯水期内建成时，由于流量较小，可以采用渡槽导流。

三、导流建筑物的尺寸

施工泄水道（隧洞、明渠、涵洞等）在实际工程中是通过对不同方案的技术经济比较决定的。

进口底槛高程——影响上游围堰高度、截流难易、施工

通航等。

尽量降低，使河水容易经泄水道下泄，对截流、施工、航运有利；

但却增大上下游引水渠开挖的工程量，且全线在河水位下，增加施工排水、开挖、出渣困难。

过水断面尺寸——根据宣泄的施工流量决定，也与上游围堰高度、大坝拦洪高程等有关。

越小，上游壅水位越高，上游围堰也越高。

越大，施工泄水道尺寸加大，上游围堰高度可减小。因此，上游围堰与泄水道的工程造价相互影响。用下述方法求出最经济的组合方案：

假定几个不同的泄水道断面，求出上游壅水位，确定上下游围堰的尺寸，计算其造价，绘出泄水道断面尺寸与泄水道造价、围堰造价之间的两条关系曲线，两者之和为导流建筑物的总造价曲线。

第五节

施工导流的一般程序

一、土坝的施工导流一般分为四期：

第一期建造施工泄水道（隧洞、涵管或明渠），并在枯水

期开始前建成。河水仍经原河床下泄。第二期建造上下游围堰，截断河流（称截流），建造大坝

（在洪水期之前，必须建筑到拦洪水位以上）。河

水改道经施工泄水道下泄。

第三期大坝在拦洪水位以上继续升高，河水仍经施工泄水

道下泄。

第四期大坝建造到一定高程后，开始封堵施工泄水道（称

封孔）进行蓄水，以便尽早发挥水库的作用。同时

采取措施控制库内水位上升的速度直到坝建造到设

计高程（如利用永久性或临时性泄水孔放水）。施工强度——要求大坝一定在汛期达到拦洪水位，否则危及大坝安全，还危及下游安全。

当施工强度不能满足要求时，可考虑：

（1）压缩第二期的工程量（将河滩上的坝提前在第一期施工；或用临时断面拦洪）；（2）延长第二期工程的工期；（3）降低大坝拦洪水位

（如设临时溢洪道；

或加大施工泄水道

过水能力）

二、混凝土坝的施工导流

与土坝有很大的不同。土坝不能过水，但混凝土坝的顶面或坝内预留底孔可以过水。

因此混凝土坝导流容易，解决方式多。

主要导流方式分为两种：

一次断流方式——

适用于河床狭窄或覆盖层厚水深大的山区河流。

分期导流方式——

适用于河床较宽流量较大的河流。

（一）一次断流方式可以分为四期：

第一期建造施工泄水道——隧洞，同时建造围堰，尽

可能在枯水期开始时完工，以便及时截断河道

水流，使河水从导流隧洞下泄。

第二期在断流围堰的保护下，开始大坝的基础工作，力争在一个枯水期将大坝浇筑至常水位以上。第三期在大坝浇筑到高出常水位以后，继续升高，这

时围堰已失去作用。

第四期坝体高出拦洪水位以后，继续升高。

（二）分期围堰导流(如三峡大坝)特点：

第一期不是建造导流隧洞，而是把部分河床围起来，河水经过另一部分河床下泄。同时建造有底

孔或溢流坝在内的部分坝体。

第二期截断水流，让河水从底孔或溢流坝下泄。同

时浇筑第二期坝体。⒉ 自河流取水灌溉

⑴ 无坝取水——河流水位和流量均能满足灌溉取

水要求时。主要建筑物是进水闸。

⑵ 有坝取水——河流流量满足要求，但水位低于

灌区需要的高程，在下游建坝抬

高水位。主要建筑物是拦河闸坝。

⑶ 抽水站取水——如不适合建拦河闸坝时，可在河岸取水口修建抽水站，以便

扬水进入灌溉渠道自流灌溉农

田。

必须采取治山、治水、治土的综合措施，达到“蓄水固土、缓流防冲”的目的。具体措施如下：

⑴ 采取各种措施，充分利用三水（天上，地面，地下），分散蓄水，扩大水源，必要时援引外

水；

⑵ 沟、坡、田兼治，逐步实现“四化”；

⑶ 援引外来水，尽量发展自流灌溉，使控制面积

最大；

⑷ 输水系统与蓄水系统互相联系；

⑸ 地面、田面坡度较大，应防止渠道和田面发生

冲刷。

在山丘地区，宜用渠道将灌区内部的塘堰、水库、截水沟等连接起来，同时又与引水河道相接，做到库渠相通、塘库相连，使

库、塘、渠、沟、田形成一个完整的蓄、引、灌、排系统，这种方式称为 “长藤结瓜”。

（二）平原低洼易涝地区

主要分布在长江、淮河、黄河、海河、珠江等大河流的中、下游。特点：雨季农田内水分过多，常见暴雨，容易涝渍成灾。

少雨季节，雨量不能满足农作物需要。

河流上游水土流失严重，造成中、下游河床逐年淤高，农田

受到洪涝威胁。

东部沿海地带及黄、淮、海平原的局部洼地，还存在土壤盐

碱化的问题。

重点解决涝渍和部分地区的防治盐碱化问题。

灌区规划时，要求做到灌排分开，防止灌排不分或以灌夺排。作物布局合理，防止水包旱、旱包水，排水要有出路，严格控制江河和地下水位。

排涝方面做到高水高排、低水低排、洪涝分治。第八章

内河航运第一节

水运事业

一、水运特点 ⑴

运输成本低 ⑵

运输能力大 ⑶

可以综合利用

水运适宜于运距长、运输量大和不需要块运的物资，如谷物、煤炭、矿石、石油和建筑材料

二、通航水道应满足的要求 ⑴

足够深度的通航水深； ⑵

足够的航行宽度； ⑶

较大的弯曲半径；

⑷

流速不宜过大，最大流速不宜超过 2 m/s； ⑸

通航的时期长，断航的时期短； ⑹

航道中无水下障碍物；

⑺

河道上的建筑物有足够的通航净空。

如果天然河道不能满足通航要求时，应采取人工改善的措施；

如果已能满足要求，则应设导航标志，加强航道维护和管理。

三、内河船舶

有自航船舶和非自航船舶两大类。

自航船包括具有动力设备可自航的机动船和用人力或风帆行驶的非机动船。

非自航船（驳船）用来运货，行驶靠航船带动。往往将驳船编成船队：

编队方式有拖带法（上、下水）和顶推法（上水）。

四、竹、木材浮运

从上游山区森林采伐后向下游流放，一般有散放、笼放、筏排浮运三种。

散放——单根沿河流放。需要水深较小。常用在山

区溪沟段。

笼放——束捆沿河自动流放或用机动轮拖带。用于

河道较宽。

筏排浮运——编扎成筏排，沿河流送，或机动轮拖

带。适用于中下游。第二节

内河水道

分天然水道（河流、湖泊）和人工水道（运河、河网、水库及渠化河）。

一、天然水道航行条件的改善

河床在不断的变化，称河床演变。其结果使河流迂回曲折，河床剖面不规则变化，出现许多浅滩、深坑等。许多河流在天然状态下是难以完全满足航行要求的，需要改善。

⑴ 疏浚——主要措施之一。包括挖泥、爆破、清石等。是一种比较简易而收效快的方法，常用来局部改善河槽的通航条件，但不是一种彻底解决办法。

⑵ 整治——在河床中建筑专门的整治建筑物（丁坝、顺

坝、导流坝等）来影响河水中水流。还有塞支强干，截弯取直等人工干涉的办法改善河道的通航条件。⑶ 渠化——建拦河闸坝抬高水位，从而获得枯水期航运的保证深度。需建造船闸、升船机等过坝建筑物。⑷ 径流调节——利用水库调蓄能力，人为改变天然河流的径流分配，也可改善水库下游河道的航行条件。为获得合理而显著的效果，这些工程措施必须相互配合、综合使用。

二、人工水道——运河

为改善天然河流被分水岭分隔，可以开挖人工通航水道，形成彼此相通的水运交通网。此人工水道称运河。

开敞式运河——运河两端水面高程相差不大，中

间不需设水库。

设闸运河——两端水面相差较大，需分段设置船

闸，运河水面是梯级的。第三节

过船建筑物

如闸坝上下游过往船只不多，则可采取陆地转运的办法；

如过往船只较多，则上述办法成本太高，可采取建造过船建筑物的办法，将上下游连接成一个连续的航道。

一、船闸

（一）船闸的组成及工作原理

船闸由三部分组成：闸室、闸首（上闸首，下闸首）和引航道（上游引航道，下游引航道）。