水利工程中采用的各种建筑物统称为水工建筑物。其功能多样,型式各异,种类繁多。
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分类
1.按用途及作用分类
水工建筑物按用途可分为多种用途的一般建筑物和专门用途的专门建筑物两大类。
(1)一般建筑物按作用分类有:
1)挡水建筑物。用以拦挡水流,壅高水位、调蓄水量的各种水工建筑物。如各种坝、闸和堤防等。
2)泄水建筑物。用以宣泄水库或河渠的多余水量,以确保工程安全的各种水工建筑物。如各种溢洪道、泄洪隧洞、涵管和泄水闸等。
3)取水建筑物。用以从水库或河流引水、放水、提水的各种水工建筑物。是输水建筑物的首部,如进水闸、抽水站、各类深式取水口等。
4)输水建筑物。用以将水流输送到用水地点的各种水工建筑物。如河渠中的隧洞、涵洞、渡槽、倒虹吸管、管道等。
5)整治建筑物。为改善水流状态,防止水道冲淤破坏的各种水工建筑物。如丁坝、顺坝、导流堤、防浪堤、护岸、护底等。
(2)专门建筑物按作用分类:
用于供水、输水、排水的专用建筑物、抽水站;用于水力发电的厂房、调压井(塔);用于航运的船闸、升船机;用于漂木、过鱼用的筏道、鱼道;施工用的导流围堰;进行泥沙处理的沉沙池;进行环境水处理的净化池;专用给水、排水建筑物等。
按使用期限及重要性进行分类
按建筑物的使用期限分类,可分为永久性建筑物和临时性建筑物。
(1)永久性建筑物,是工程运行期间长期使用的建筑物。依其重要性又分为:
1)主要建筑物。在工程中起主要作用、失事后将造成严重灾害或严重影响工程效益。如挡水坝(闸)、泄洪建筑物、取水建筑物及电站厂房等。
2)次要建筑物。在工程中作用相对较小,失事后影响不大的水工建筑物。如挡土墙、分流墩及护岸等。
(2)临时性建筑物。仅在工程施工和维修期间使用的建筑物,如施工围堰、导流建筑物、临时房屋等。
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。
特点
1.工作条件复杂
主要由于水的作用所产生的各种作用力,使水工建筑物的工作条件变得复杂。如挡水建筑物,承受着水的巨大推力和风浪压力、地震惯性力、地震动水压力、浮托力、渗透压力、冰压力等,这些力对建筑物的稳定性影响极大。渗入建筑物内部和地基中的渗流,还会产生侵蚀和渗透破坏。泄水建筑物承受水流的动水压力,高速水流还可能产生气蚀、掺气、脉动和振动等影响,同时对河床产生冲刷。由于有些作用力尚难以精确计算,故进行水工建筑物设计时,除根据理论和经验拟定建筑物的轮廓、尺寸和构造外,还须参照已建类似工程和借助模型试验进行验证和修改,并在可能条件下开展原型观测研究,以改进和提高设计水平。
2.施工任务艰巨
在河流上修建水利枢纽,施工的关键问题之一是导流,要求施工期间既要保证建筑物能在干地施工,又要使原河流顺利下泄并安全度汛。施工期还要保证航运和竹、木浮运等不中断。而且工程量大、工期较短,又受气象、水文等多种自然条件的制约,还常需水下施工。所以与陆地上建筑物相比,具有施工强度大、难度高、技术复杂、相互干扰、条件艰苦等特点,故要求采用先进的施工技术、严密的施工组织和科学的管理机制。
3.影响范围很大
大型水利枢纽甚至一般水利工程的建设,对于改变流域或区域自然面貌,促进国民经济的发展都会有重大影响。对调节径流、防洪灌溉、开发能源、发电供水、改善航运条件等都能发挥巨大作用。但水库蓄水后会对附近地区会产生淹没和浸没等不良影响,还可能破坏库区原有的生态平衡,尤其工程一旦失事,将会对下游人民的生命财产和国家建设带来巨大的灾难和损失。
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。
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。
表0-2 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 |
Ⅰ | 1 | 3 | Ⅳ | 4 | 5 |
Ⅱ | 2 | 3 | V | 5 | 5 |
Ⅲ | 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。
表0-3 水库大坝提级指标
级别 | 坝型 | 坝高/m | 级别 | 坝型 | 坝高/m |
2 | 土石坝 | 90 | 3 | 土石坝 | 70 |
混凝土坝、浆砌石坝 | 130 | 混凝土坝、浆砌石坝 | 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。
表0-4 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。
表0-5 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。
表0-6 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。
表0-7 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。
表0-9 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。
表0-10 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,按表0-11确定。
表0-11 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 | 临时性挡水 建筑物规模 |
|
围堰高度 /m |
库容 /(10°m) |
||||
3 | 有特殊要求的l级永久性水工建筑物 | 淹没重要城镇、工矿企业、交通干线或推迟工程总工期及第一台(批)机组发电,推迟工程发挥效益,造成重大灾害和损失 | ≥3 | >50 | ≥1.0 |
4 | 1级、2级永久性水 工建筑物 |
淹没一般城镇、工矿企业或影响工程总工期和第一台(批)机组发电,推迟工程发挥效益,造成较大经济损失 | ≤3, ≥1.5 |
≤50, ≥15 |
≤1.0, ≥0.1 |
5 | 3级、4级永久性水 工建筑物 |
淹没基坑,但对总工期及第一台(批)机组发电影响不大,对工程发挥效益影响不大,经济损失较小 | <1.5 | <15 | <0.1 |
(2)当临时性水工建筑物根据表0-11中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。