水工建筑物

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摘要水利工程中常常采用一系列独特功能和类型的建筑物,以调控水流,满足各个领域对水资源的不同需求。这些建筑物被称为水工建筑物,它们的修建旨在兴利水源、防治水害。这一系列建筑的设计和布局,旨在最大程度地优化水资源的利用,确保其对各个部门的需求都能够得到有效满足。 水工建筑物分类 1、按功...

水利工程中常常采用一系列独特功能和类型的建筑物,以调控水流,满足各个领域对水资源的不同需求。这些建筑物被称为水工建筑物,它们的修建旨在兴利水源、防治水害。这一系列建筑的设计和布局,旨在最大程度地优化水资源的利用,确保其对各个部门的需求都能够得到有效满足。

水工建筑物分类

1、按功能分类

水工建筑物按功能可分为挡水建筑物、泄水建筑物、输水建筑物、取水建筑物、整治建筑物和专门性水工建筑物等。

(1)挡水建筑物。挡水建筑物是指用以拦截江河,形成水库或壅高水位的建筑物,如各种类型的拦河坝和水闸,修筑于江河两岸的堤防、施工围堰等。

(2)泄水建筑物。泄水建筑物是指排泄水库、湖泊、河渠等多余水量,以保证挡水建筑物和其他建筑物安全,或为必要时降低库水位乃至放空水库而设置的建筑物,如设于河床的溢流坝、泄水闸、泄水孔,设于河岸的溢洪道和泄水隧洞等。

(3)输水建筑物。输水建筑物是指为灌溉、发电、城市或工业给水等需要,将水输送至用水处的建筑物。其中直接自水源输水的也称引水建筑物,如引水隧洞、引水涵管、渠道、渡槽、倒虹吸管、输水涵洞等。

(4)取水建筑物。取水建筑物是指引水建筑物的上游首部建筑物,如取水口、进水闸、泵站等。

(5)整治建筑物。整治建筑物是指用以改善河道水流条件,调整河势,稳定河槽,维护航道和保护河岸的各种建筑物,如丁顺坝、潜坝、导流堤、防波堤、护岸等。

(6)专门水工建筑物。专门水工建筑物是指为完成水利工程中某些单项任务而修建的建筑物,如专用于水电站的前池、调压室、压力管道、厂房;专用于通航过坝的船闸、升船机,鱼道、筏道;专用于给水防沙的沉沙池等。与专门水工建筑物相对应,前面五类建筑物也可统称为一般水工建筑物。

2、按使用时间分类

水工建筑物按使用的时间长短,可分为永久性建筑物和临时性建筑物两类。

(1)永久性建筑物。永久性建筑物指工程长期使用的建筑物,根据其在工程中的重要性又分为主要建筑物和次要建筑物。主要建筑物是指该建筑物失事后将造成下游灾害或严重影响工程效益的建筑物,如闸、坝、泄水建筑物、输水建筑物及水电站厂房等;次要建筑物系指失事后不致造成下游灾害和对工程效益影响不大,且易于检修的建筑物,如挡土墙、导流墙、工作桥及护岸等。

(2)临时性建筑物。临时性建筑物指仅在工程施工期临时使用的建筑物,如围堰、导流建筑物等。

水工建筑物分类的重要性在于,确定了工程(枢纽)的建筑物组成后,要根据其功能先定工程(枢纽)等别,再定各建筑物级别。级别不同则相应的水利工程设计7个主要方面的安全要求(①洪水标准;②安全超高;③稳定与强度;④防火;⑤抗震;⑥抗冰冻;⑦劳动安全)等均不同。建筑物级别是工程设计的根本依据。

水工建筑物特点

水工建筑物和一般工业与民用建筑物相比,除了工程量大、投资多、工期长外,还具有以下特点。

1.工作条件

复杂水工建筑物在水中工作,其工作条件较复杂,主要表现在:水工建筑物将受到静水压力、风浪压力、冰压力等推力作用,会对建筑物的稳定性产生不利影响;在水位差作用下,水将通过建筑物及地基向下游渗透,产生渗透压力和浮托力,可能发生渗透破坏而导致工程失事。另外,对泄水建筑物,下泄水流集中且流速高,将对建筑物和下游河床产生冲刷,高速水流还容易使建筑物产生振动和空蚀破坏。

2.施工条件

艰巨水工建筑物的施工比其他土木工程困难和复杂得多,主要表现在:①水工建筑物多在河流中建设,必须进行施工导流;②由于水利工程规模较大,施工技术复杂,工期比较长,且场地狭窄,又受截流、度汛的影响,工程进度紧迫,施工强度高、速度快;③施工受气候、水文地质、工程地质等方面的影响较大,如冬、雨期施工、地下水排除以及重大的复杂的地质情况等。

3.建筑物独特

水工建筑物的型式、构造及尺寸与地形、地质、水文、建筑功能等因素密切相关。特别是地质条件的差异对建筑物的影响更大,这就形成了各式各样的水工建筑物。除一些小型渠系建筑物外,一般都应根据其特性,进行单独设计。

4.与周围环境相关

水利工程可防止洪水灾害,并能发电、灌溉、供水,但同时其对周围自然环境和社会环境也会产生一定影响。工程的建设和运用将改变河道的水文和小区域气候,对河中水生生物和两岸植物的繁殖和生长产生一定影响,即对沿河的生态环境产生影响。另外,由于占用土地、开山破土、库区淹没等而必须迁移村镇及人口,会对人群健康、文物古迹、矿藏造成影响。

5.对国民经济影响巨大

水利工程建设项目规模大、综合性强、组成建筑物多。因此,其本身的投资巨大,尤其是大型水利工程,大坝高、库容大,担负着重要防洪、发电、供水等任务,一旦出现堤坝溃决等险情,将对下游工农业生产造成极大损失,甚至对下游人民群众的生命财产带来灭顶之灾。所以,必须高度重视主要水工建筑物的安全性。

水工建筑物地基

水工建筑物要求地基具有:

①足够的强度、抗压缩和整体均匀性,能承受建筑物的压力,保证抗滑稳定,且不产生过度的位移和沉陷;

②足够的抗渗、耐久性,减少扬压力和渗漏量,不在长期侵蚀下恶化。天然地基一般较难满足上述要求,故需进行地基处理。地基处理,就是为提高地基的承载、抗渗能力,防止过量或不均匀沉陷,以及处理地基的缺陷而采取的加固、改进措施。

地基处理的方法因具体的地基情况和建筑物对地基的要求而不同,水工建筑物地基处理的目的主要是防渗和加固。

坝基经处理后应符合下列要求:

①具有足够的强度,以承受坝体的压力;

②具有足够的整体性和均匀性,以满足坝体抗滑稳定和减小不均匀沉陷;

③具有足够的抗渗性,以满足渗透稳定,控制渗流量,降低渗透压力;

④具有足够的耐久性,以防止坝基性质在水的长期作用下发生恶化。

水工建筑物级别

水工建筑物按所在工程的等别、作用和其重要性划分级别。

1.一般规定

(1)水利水电工程永久性水工建筑物的级别,应根据工程的等别或永久性水工建筑物的分级指标综合分析确定。

(2)综合利用水利水电工程中承担单一功能的单项建筑物的级别,应按其功能、规模确定;承担多项功能的建筑物级别,应按规模指标较高的确定。

(3)失事后损失巨大或影响十分严重的水利水电工程的2~5级主要永久性水工建筑物,经论证并报主管部门批准,建筑物级别可提高一级;水头低、失事后造成损失不大的水利水电工程的1~4级主要永久性水工建筑物,经论证并报主管部门批准,建筑物级别可降低一级。

(4)对2~5级的高填方渠道、大跨度或高排架渡槽、高水头倒虹吸等永久性水工建筑物,经论证后建筑物级别可提高一级,但洪水标准不予提高。

(5)当永久性水工建筑物采用新型结构或其基础的工程地质条件特别复杂时,对2~5级建筑物可提高一级设计,但洪水标准不予提高。

(6)穿越堤防、渠道的永久性水工建筑物的级别,不应低于相应堤防、渠道的级别。

2.水库及水电站工程永久性水工建筑物级别

(1)水库及水电站工程的永久性水工建筑物级别,应根据其所在工程的等别和永久性水工建筑物的重要性。

永久性水工建筑物级别:

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 V 5 5
3 4

(2)水库大坝按第(1)条规定为2级、3级,如坝高超过表0-3规定的指标时,其级别可提高一级,但洪水标准可不提高。

水库大坝提级指标

坝的原级别 坝高/m
土石坝 混凝土坝、浆砌石坝
2 90 130
3 70 100

(3)水库工程中最大高度超过200m的大坝建筑物,其级别应为1级,其设计标准应专门研究论证,并报上级主管部门审查批准。

(4)当水电站厂房永久性水工建筑物与水库工程挡水建筑物共同挡水时,其建筑物级别应与挡水建筑物的级别一致按表0-2确定。当水电站厂房永久性水工建筑物不承担挡水任务、失事后不影响挡水建筑物安全时,其建筑物级别应根据水电站装机容量按表0-4确定。

水电站厂房永久性水工建筑物级别

发电装机容量/MW 主要建筑物 次要建筑物 发电装机容量/MW 主要建筑物 次要建筑物
≥1200 1 3 <50,≥10 4 5
<1200,≥300 2 3 <10 5 5
<300,≥50 3 4

3.拦河闸永久性水工建筑物级别

(1)拦河闸永久性水工建筑物的级别,应根据其所属工程的等别按表0-2确定。

(2)拦河闸永久性水工建筑物按表0-2规定为2级、3级,其校核洪水过闸流量分别大于5000m3/s、1000m3/s时,其建筑物级别可提高一级,但洪水标准可不提高。

4.防洪工程永久性水工建筑物级别

(1)防洪工程中堤防永久性水工建筑物的级别应根据其保护对象的防洪标准按表0-5确定。当经批准的流域、区域防洪规划另有规定时,应按其规定执行。

堤防永久性水工建筑物级别

防洪标准/
[重现期(年)]
≥100 <100,≥50 <50,≥30 <30,≥20 <20,≥10
堤防级别 1 2 3 4 5

(2)涉及保护堤防的河道整治工程永久性水工建筑物级别,应根据堤防级别并考虑损毁后的影响程度综合确定,但不宜高于其所影响的堤防级别。

(3)蓄滞洪区围堤永久性水工建筑物的级别,应根据蓄滞洪区类别、堤防在防洪体系中的地位和堤段的具体情况,按批准的流域防洪规划、区域防洪规划的要求确定。

(4)蓄滞洪区安全区的堤防永久性水工建筑物级别宜为2级。对于安置人口大于10万人的安全区,经论证后堤防永久性水工建筑物级别可提高为1级。

(5)分洪道(渠)、分洪与退洪控制闸永久性水工建筑物级别,应不低于所在堤防永久性水工建筑物级别。

5.治涝、排水工程永久性水工建筑物级别

(1)治涝、排水工程中的排水渠(沟)永久性水工建筑物级别,应根据设计流量按表0-6确定。

排水渠(沟)永久性水工建筑物级别

设计流量/(m3/s) 主要建筑物 次要建筑物 设计流量/(m3/s) 主要建筑物 次要建筑物
≥500 1 3 <50,≥10 4 5
<500,≥200 2 3 <10 5 5
<200,≥50 3 4

(2)治涝、排水工程中的水闸、渡槽、倒虹吸、管道、涵洞、隧洞、跌水与陡坡等永久性水工建筑物级别,应根据设计流量,按表0-7确定。

排水渠系永久性水工建筑物级别

设计流量/(m3/s) 主要建筑物 次要建筑物 设计流量/(m3/s) 主要建筑物 次要建筑物
≥300 3 <20,≥5 4 5
<300,≥100 2 3 <5 5 5
<100,≥20 3 4

(3)治涝、排水工程中的泵站永久性水工建筑物级别,应根据设计流量及装机功率按表0-8确定。

表0-8 泵站永久性水工建筑物级别

设计流量/(m3/s) 装机功率/MW 主要建筑物 次要建筑物
≥200 ≥30 3
<200,≥50 <30,≥10 2 3
<50,≥10 <10,≥1 3 4
<10,≥2 <1,≥0.1 4 5
<2 <0.1 5 5

6.灌溉工程永久性水工建筑物级别

(1)灌溉工程中的渠道及渠系永久性水工建筑物级别,应根据设计灌溉流量按表0-9确定。

灌溉工程永久性水工建筑物级别

设计灌溉流量/(m3/s) 主要建筑物 次要建筑物 设计灌溉流量/(m3/s) 主要建筑物 次要建筑物
≥300 1 3 <20,≥5 4 5
<300,≥100 2 3 <5 5 5
<100,≥20 3 4

(2)灌溉工程中的泵站永久性水工建筑物级别,应根据设计流量及装机功率按表0-8确定。

7.供水工程永久性水工建筑物级别

(1)供水工程永久性水工建筑物级别,应根据设计流量按表0-10确定。供水工程中的泵站永久性水工建筑物级别,应根据设计流量及装机功率按表0-10确定。

供水工程的永久性水工建筑物级别

设计流量/(m3/s) 装机功率/MW 主要建筑物 次要建筑物
≥50 ≥30 3
<50,≥10 <30≥10 2 3
<10,≥3 <10,≥1 3 4
<3,≥1 <1≥0.1 4 5
<1 <0.1 5 5

(2)承担县级市及以上城市主要供水任务的供水工程永久性水工建筑物级别不宜低于3级;承担建制镇主要供水任务的供水工程永久性水工建筑物级别不宜低于4级。

8.临时性水工建筑物级别

(1)水利水电工程施工期使用的临时性挡水、泄水等水工建筑物的级别,应根据保护对象、失事后果、使用年限和临时性挡水建筑物规模。

(2)当临时性水工建筑物根据指标分属不同级别时,应取其中最高级别。但列为3级临时性水工建筑物时,符合该级别规定的指标不得少于两项。

(3)利用临时性水工建筑物挡水发电、通航时,经技术经济论证,临时性水工建筑物级别可提高一级。

(4)失事后造成损失不大的3级、4级临时性水工建筑物,其级别经论证后可适当降低。

水利水电工程中常包括通航、过木、桥梁和渔业等建筑物,这些建筑物的级别划分,还应符号国家现行的其他有关标准。

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