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水利工程概论

时间:2022-04-12 09:46:56 浏览次数:

摘 要:水库是我国水利工程中一个重要的部分,它整体质量的提高,对其工程的发挥及使用寿命都有着明显的促进作用。在我国经济的发展过程中,各个领域对于水资源的需求量不断增多,因此,水库工程的数量也越来越多。在这样的形势下,只有有效的保障水库工程的质量,才能够更好的为人们的生产和生活提供服务。

关键词:水库;水闸;工程施工

1水工建筑物——大坝

1.1大坝概念

挡水建筑物的代表形式就叫坝。可分为土坝、重力坝、混凝土面板堆石坝、拱坝。

堤坝式水电站中的主要壅水建筑物,又称拦河坝。其作用是抬高河流水位,形成上游调节水库。坝的高度取决于枢纽地形、地质条件,淹没范围,人口迁移,上、下游梯级水电站的关系以及动能指标等。大坝可分为混凝土坝和土石坝两大类。大坝的类型根据坝址的自然条件、建筑材料、施工场地、导流、工期、造价等综合比较选定。

1.2大坝的分类

混泥土坝分为重力坝、拱坝和支墩坝3种类型。

①重力坝:依靠坝体自重与基础间产生的摩擦力来承受水的推力维持稳定。

重力坝的优点是结构简单,施工较容易,耐久性好,适宜于在岩基上进行高坝建筑,便于设置泄水建筑物。但重力坝体积大,水泥用量多,材料强度未能利用。

②拱坝:为一空间壳体结构,平面上呈拱形,凸向上游,利用拱的作用将所承受的水平载荷变为轴向压力传至两岸基岩,两岸拱座支撑坝体,保持坝体稳定。拱坝具有较高的超载能力。拱坝对地基和两岸岩石要求较高,施工上亦较重力坝难度大。在两岸岩基坚硬完整的狭窄河谷坝址,特别适于建造拱坝。一般把坝底厚度T与最大坝高H的比值(T/H)小于0.1 的称为薄拱坝;在0.1~0.3间的称为拱坝;在 0.4~0.6间的称为重力拱坝。若T/H 值更大时, 拱的作用已很小,即近于重力坝。

③支墩坝:由倾斜的盖面和支墩组成。支墩支撑着盖面,水压力由盖面传给支墩,再由支墩传给地基。支墩坝是最经济可靠的坝型之一,与重力坝相比具有体积小、造价低、适应地基的能力较强等优点。按盖面形式,支墩坝主要可分为3种:盖面为平板状的称为平板坝;盖面为拱形的称为连拱坝;盖面由支墩上游端加厚形成的称为大头坝。支墩坝一般为混凝土或钢筋混凝土结构。和重力坝比较,支墩坝具有如下特点:上游盖面常做成倾斜状,盖面上水重可帮助稳定坝体;支墩的侧向刚度较小,设计时应对侧向地震时支墩的工作条件进行验算;支墩坝对地基条件的要求较重力坝高。

土石坝包括土坝、堆石坝、土石混合坝等,又统称为当地材料坝。它具有就地取材、节约水泥、对坝址地基条件要求较低等优点。一般当地材料坝由坝体、防渗体、排水体、护坡等4部分组成。

①坝体:坝的主要组成部分。坝体在水压力与自重下主要靠坝体自重维持稳定。

②防渗体:主要作用是减少自上游向下游的渗透水量,一般有心墙、斜墙、铺盖。

③排水体:主要作用是引走由上游渗向下游的渗透水,增强下游护坡的稳定性。

④护坡:防止波浪、冰层、温度变化和雨水径流等对坝体的破坏。

2水利工程施工

2.1土石坝施工技术

利用土、砂、石等当地材料填筑堤坝,有着悠久的历史,施工经验也相当丰富。土石坝的施工方法很多,应用最早,采用最广泛的是分层压实法(见图),以后又相继应用水力冲填法筑坝、振动碾压法筑坝以及定向爆破筑坝等。由于岩土力学理论的发展和新技术、新设备的采用,土石坝的施工技术不断提高。主要表现在:①施工机械化程度日益提高,许多工程从料场开采、运输、上坝到铺散、压实的全过程实现了机械化联合作业,上坝强度高,用人少,工期短,填筑质量可以保证;②筑坝材料使用范围扩大,重型压实机具的采用使劣质当地材料得到合理利用;③高土石坝的比重逐步上升。

中国水利资源大部分集中在西部,大多处于交通不便,地质条件复杂的地区,开发水电的自然条件和施工条件越来越差。土石坝较易适应复杂的地质条件,能就地取材,节约水泥,且减少场外运输,降低工程造价。需要解决的技术问题是:①深覆盖层的处理;②施工导流及渡汛措施;③大流量、高流速的泄洪设施;④在缺乏粘土或多雨地区,采用混凝土面板或沥青混凝土等防渗措施。

2.2混凝土坝施工技术

中国绝大部分混凝土坝的施工方法基本上沿袭30年代的柱状浇筑法,只是在部分工艺上有所进展,如:①在混凝土内掺粉煤灰和外加剂以降低水泥用量,减少水化热;②使用组合钢模板,减少木材用量和减少模板安装工时;③人工生产砂石骨料,优化混凝土级配;④引进和研制混凝土施工专用设备(混凝土拌和楼、混凝土泵车、平仓振捣机等)。在中国混凝土坝施工中,投产较快的是新安江水电站,坝高105m,坝体方量175m3,从开工到第一台机组发电仅用3年时间(1957~1960);浇筑强度最大的是葛洲坝水利枢纽,年最大浇筑强度203万m3,最高月浇26万m3。1986年在福建修建的坑口坝,是中国第一座全碾压式混凝土坝,坝高56.8m。对一些水利水电工程的部分坝段以及围堰采用了碾压混凝土的施工方法。

2.3施工管理

施工管理是在水利工程施工中对各项工序进行组织、检查、协调与控制的工作。其目的是以最少的人力、物力和资金,按照设计要求,确保工程质量和安全,使工程如期或提前竣工投入生产,发挥效益。施工管理的内容主要包括:①计划管理,这是管理工作的核心;根据施工组织设计,按施工阶段编制施工进度计划和作业计划,通过施工调度,开展工作,以保证任务如期完成。②技术管理,其中心内容是通过技术革新,改进施工方法和施工工艺,促进劳动生产率的提高,并为保证质量和安全制定相应的技术规程。③物资设备管理,指按质、 按量、 按施工进度供应所需的物资和机械设备,并改进物资设备的运输、保管和使用,以节约资金。④劳动工资管理,指合理安排人员编制、劳动组织、职工培训、 劳动保护、 工资奖励等工作。⑤工程定额管理,即对人力物力的消耗进行控制。它是计划管理的基础,通过计时观测和调查研究,掌握现行定额执行情况,并为制定新定额提供原始资料,不断提高定额水平。⑥财务管理,包括成本核算,减少建设费用,合理使用资金,从经济上控制施工全过程,保证施工任务的完成。

2.4水利工程施工展望

第二次世界大战以来,水利工程不断发展,工程规模越来越大,加以一些条件优越的地点已经开发,将来许多高坝大库只能修建在人烟稀少的高山峡谷地区,面临地质条件复杂和交通不便等情况。由此带来一系列施工技术问题需要解决。如复杂地基处理、抗高速水流冲刷磨蚀、高坝快速施工、大跨度地下工程和长隧洞的快速掘进等。为了保证工程的施工质量,缩短建设周期,降低工程造价,水利工程施工技术的发展趋势是:①采用大容量、高效率并且配套的施工机械;②广泛采用新技术(如液压、电子、激光、声波等技术)、新材料(如高分子合成材料)和新工艺(如振动碾压、高压喷射、锚喷支护、快速掘进等),并不断发展;③运用系统工程的理论和电子计算机技术,进行水利工程施工的科学组织与管理。

参考文献:

1)金文良,毛建平主编.水利水电工程施工.土石坝工程出版社:黄河水利水电出版社.125页

2)钟汉华主编.水利水电工程施工技术.混凝土工程、灌浆工程.出版社:中国水利水电出版 100页

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