水工建筑物介绍

水工建筑物第1章绪论第2章水工建筑物设计综述第3章岩基上的重力坝第4章拱坝第5章土石坝第6章水闸第7章岸边溢洪道第8章水工隧洞第9章闸门第10章过坝建筑物、渠首及渠系建筑物和河道整治建筑物第11章水利工程设计第12章水工建筑物管理1.1水与水利工程1.1.2水利工程水资源受气候影响，在时间空间上分布不均。为了控制和利用水，就需要修建水利工程。对自然界的地表水或地下水进行控制和调配，以达到兴水利（灌溉、供水、发电、航运、养殖、旅游、维护生态环境等）、除水害（防洪、排涝）目的而修建的各类工程，称为水利工程。第1章绪论水利工程按承担的任务分类：防洪工程、农田水利工程、水力发电工程、城市供水及排水工程、航道及港口工程、环境水利工程等。一项工程常常兼有几种任务，称为综合利用水利工程。水利工程按对水的作用分类：蓄水工程、排水工程、取水工程、输水工程、提水工程、水质净化和污水处理工程等。1.2水利枢纽与水工建筑物1.2.1水利枢纽水工建筑物：为了提供或满足防洪、灌溉、发电、供水、航运等方面的效益，需要在河流的适宜地段修建不同类型的建筑物，用来控制和分配水流，这些建筑物称为水工建筑物。（水工建筑物可以称为水利工程的“硬件”）如图1-1所示的水利工程中，有多种水工建筑物。水利枢纽：不同类型水工建筑物组成的综合体，称为水利枢纽。水利枢纽类型：按功能分类：单一功能水利枢纽；综合利用水利枢纽。按所在区域分类：平原地区水利枢纽；山区水利枢纽。按水头大小分为：高水头水利枢纽；中水头水利枢纽；低水头水利枢纽。水利枢纽规划与布置原则：统筹安排，合理开发利用，充分发挥效益。1.2.2水工建筑物的类别（1）挡水建筑物（壅水建筑物）：闸、坝、堤防、海塘（塘：堤岸、堤防之意）等。（2）泄水建筑物：溢流坝、坝身泄水孔、岸边溢洪道、泄水隧洞等。（3）输水建筑物：引水隧洞、引水涵管、渠道、渡槽等。（4）取（进）水建筑物：引水隧洞的进口段、灌溉渠首、进水闸、扬水站等。（5）整治建筑物：丁坝、顺坝、导流堤、护底、护坡等。（6）专门建筑物。水电站压力前池、调压室、电站厂房；灌渠沉沙池、冲沙闸；过坝用船闸、升船机、鱼道、过木道等。本课程将学习重力坝、拱坝、土石坝、水闸、岸边溢洪道、水工隧洞、过坝建筑物、渠首及渠系建筑物、河道整治建筑物等10种左右的建筑物。（这些是主要和常见的水工建筑物。）本课程学习这些建筑物的特点和设计方法。水电站建筑物在“水电站”课程中学习，不作为“水工建筑物”课程的内容。1.2.3水利工程的特点与一般土建工程相比，除了工程量大、投资多、工期长外，还经常有下面几个特点：1.工作条件复杂（复杂的地基条件；水压力作用；渗流问题；水流冲刷问题；高速水流问题；泥沙淤积问题；地震作用等。）2.受自然条件制约，施工难度大（存在施工导流；大体积混凝土温度控制；复杂地基处理；地下水下施工；交通运输比较困难等问题。）3.效益大，对环境影响也大（水利工程的效益常常是比较大的，尤其是大型综合水利枢纽工程；对环境影响也是很大的，产生库区淹没，人口迁移，地下水位上升，库区周围气候改变，诱发地震等。4.失事后果严重（水库、堤防垮坝决口，可能造成严重生命财产损失。）1.3水利建设与可持续发展1.3.1我国水利建设的主要成就人类修建水利工程，从久远的古代就开始了。我国古代建设的著名水利工程：（1）黄河堤防；（2）京杭大运河；（3）都江堰。有资料介绍，公元前2900年前后，古埃及在尼罗河上修建了水坝，距今有4900年的历史。（有兴趣的同学可以查阅中外水利工程发展历史一类的文献资料）现代仍然要进行水利工程建设。水利工程的作用和效益、建设规模、设计方法和施工手段等，在不断发展进步。新中国水利建设成就概要（可概括为7个方面）：1.新建、整修了堤防、水库、水闸、分洪区、灌区等大量的水利工程，用于防洪、灌溉、供水等。2.有效治理了黄河、淮河、海河的洪涝灾害，解决了几千年来都没有解决的问题。3.修建了若干大型水利工程和高坝。如长江三峡水利枢纽是世界上最大的水利工程，一些高坝在世界上名列前茅或居于首位。4.水电开发得到很大发展。2006年水电装机总容量1.28亿kW。水电设备制造、安装取得很大进步。5.建设了若干大规模调水工程。跨流域的南水北调工程已开工。6.制定和完善了水利水电建设的法律、法规、规程、规范和建设计划。7.培养和建成了一支素质可靠的水利水电建设事业的队伍，包括勘测、设计、施工、管理、科研、教学等各个分支。1.3.2当今世界水利建设发展概况(11个较突出的方面)1.世界大型水库库容在1000亿m3以上的大水库有7座。2.已建和在建的各类型最高坝详见表1-1。最高的混凝土重力坝285m（瑞士）；最高的土石坝300m（塔吉克斯坦）；最高混凝土拱坝305m、最高的碾压混凝土重力坝216.5m、最高的碾压混凝土拱坝132m、最高的混凝土面板堆石坝233m（均在中国）。3.碾压混凝土坝和混凝土面板堆石坝，发展很快，是有发展潜力的两种坝型。4.水电站规模。巴西巴拉圭合建的伊泰普水电站设计装机容量达1260万kW，我国三峡水电站设计装机容量达1820万kW。5.泄洪建筑物的总泄流量与单宽泄流量。葛洲坝水利枢纽总泄洪流量达到110000m3/s。单宽泄流量已经超过300m3/s。6.在峡谷河段、高地应力区、强地震区建设高水头、长引水隧洞、大型地下厂房的水电站枢纽。7.出现了高度机械化的隧洞掘进机（TunnelBoringMachine，TBM），为大型地下工程和长隧道开挖提供了有力的施工手段。8.地基防渗处理方面。最深的地基混凝土防渗墙达131m（加拿大马尼克3级坝）;最深的灌浆防渗帷幕达110m。9.处理软弱夹层和加固大坝、边坡，广泛采用了预应力锚索加固技术。10.大坝抗震分析与设计。采用计算机和有限元法，已经从拟静力法分析进入动力分析阶段，并能考虑结构、地基、库水之间的相互作用。模型试验和原型观测也有相应的发展。11.计算机在水利水电工程建设中得到广泛应用。1.3.3我国水利水电建设应走可持续发展之路（我国水利水电建设的原则）自行阅读、仅供参考和思考。1.全面规划，统筹兼顾，标本兼治，综合治理2.节流优先，治污为本，开源节流并重，开发保护并举，建设节水型社会3.建设水资源“南水北调”和“西电东送”工程4.加强生态环境建设，合理安排生态环境用水5.加强水资源统一管理，形成水资源合理配置的格局1.4本课程的特点和解决水工问题的方法1.4.1本课程的特点涉及知识范围广、综合性强涉及多门基础课和专业基础课土力学、水力学、材料力学、结构力学、弹性力学、钢筋混凝土、建筑材料、土工试验、工程地质、水文学、地震工程、结构可靠度理论、结构设计优化理论等等。如水压力、泄流量、消能防冲计算用到水力学理论；坝体应力计算采用材料力学、结构力学、弹性力学理论；土压力、地基承载力、边坡坝坡稳定性采用土力学公式；大体积混凝土结构温度场和温度应力采用弹性力学理论；抗震分析用到结构动力学理论；重力坝极限状态设计法来自概率论和工程结构可靠度理论。经验性强。水工建筑物设计，既依据理论又要依靠经验。水工建筑物的很多尺寸、构造、工序等是根据经验确定的。[EdwardL.Wilson(美.土木工程教授)在《结构静力与动力分析》一书扉页中写道：结构工程是这样的一种艺术：使用的材料，这些材料属性只能估算；建立真实的结构，这些真实结构只能近似分析；来承受外力，这些力不能准确得知；以满足我们对公众安全职责的要求。——改编自一位不知名作者]1.4.2解决水工问题的方法常用的解决水工问题的方法：（1）理论分析（2）数值分析（有限元数值方法等）（3）实验研究（4）原型观测与监测（5）工程经验