水庫工程知識

2022-08-03 09:39:04 字數 4782 閱讀 5637

(一)基本概念

大(一)型水庫:是指總庫容大於10億立方公尺的水庫。

大(二型)水庫:總庫容為1—10億立方公尺的水庫。

中型水庫:總庫容大於1000萬立方公尺,小於1億立方公尺的。

小型水庫:總庫容大於10萬立方公尺,小於1000萬立方公尺的水庫。總庫容100—1000萬立方公尺為小㈠型。10—100萬立方公尺為小㈡型。總庫容小於10萬立方公尺的為塘壩。

「水庫三大件」:是指大壩、溢洪道、放水建築物。

壩坡:大壩臨水的一面稱為迎水坡或叫內坡。背水面稱背水坡或叫做外坡。

一類壩: 實際抗禦洪水標準達到部頒規範規定。大壩性態正常,能按設計要求發揮功能,或者存在某些問題,不影響大壩整體安全,能按設計正常執行的壩。

二類壩:實際抗禦洪水標準不低於部頒近期運用標準,大壩性態正常,能按設計正常執行,或者工程存在某些質量問題,但不影響大壩整體安全的壩。

三類壩:實際抗禦洪水標準低於部頒標準,或者是工程存在較嚴重的質量問題,影響大壩整體安全,不能正常執行的壩。

集雨面積:在分水線範圍的流域面積稱集雨面積或來水面積。

死水位和死庫容:水庫在正常運**況下,允許消落的最低水位叫死水位。在死水位以下的庫容叫死庫容。

興利水位和興利庫容:在正常情況下,蓄水位至滿庫時的水位,稱興利水位或正常蓄水位,興利水位與死水位之間的庫容稱興利庫容或有效庫容。

最高洪水位和滯洪庫容:按設計洪水位確定的洪水位,稱為設計洪水位;按校核洪水位確定的最高洪水位,稱為校核洪水位,在正常蓄水位之間的庫容,稱為滯洪庫容。

總庫容:是指校核洪水位以下的庫容。

(二)土石壩

1、結構形式

①均質土質

均質土壩壩體由透水性較小,性質基本相近的粘性土料築成,通常採用壤土或砂質粘土。因為土料本身具有較高防滲性,所以不再設防滲體。

②心牆壩

心牆壩是在壩體中部設定有粘土做的心牆作為防滲體,兩側壩殼則為透水性較大的土料(如砂礫料、石碴料、風化料等)碾壓而成或塊石堆築(砌築)而成。在心牆與壩殼兩種不同的材料之間設定有反濾過渡層。

③斜牆壩

斜牆壩是將粘土防滲體築在壩體上游側,斜臥在壩坡上,構成斜牆。

④多種土料壩

築壩土料在兩種以上,通常將透水性小,顆粒小的土料放在壩體上游,土料的透水性能則由上游面向下游逐漸增大;也有把透水性小的土料放在壩體中部,透水性自中部向兩側逐漸增大。

2、壩的斷面設計

小型水庫土壩斷面設計的目的是要達到經濟安全。即要求土石方數量最小,施工方便,節省人工,還必須滿足下列要求:

① 壩頂不能被洪水浸溢;

② 壩的迎水坡和背水坡都要有足夠的穩定坡度,不致造成滑坡

③壩基壩身不致發生穿漏和管湧現象;

④流徑壩體的滲水在到達背水坡的出水面時,壓力和速度要小於不足以對壩身或壩基的土料造成沖蝕;

⑤迎水坡能抗禦風浪的沖刷,背水坡要能避免雨水的侵蝕。

根據以上要求,土壩有關斷面設計尺寸為:

1)壩頂寬度:(不作為主要交信道路)見下表:

2)壩的高度確定:

壩的總高度(h)=壩基至溢洪道高度(h1)+溢洪道最大過水深度(h2)+波浪爬公升高(h3)+安全超高(h4)

式中:h3= h4 ——壩頂至庫內最高水位之間的垂直距離,稱為淨出水高;

h2+h3 +h4 ——壩頂至溢洪道底(即正常水位)之間的垂直距離,稱為總出水高;

3)壩坡:

壩坡的穩定主要取決於以下幾個因素:

a、基礎情況:基礎較好(岩基)壩坡要陡;基礎鬆軟(如粘土)壩坡則要平一些;

b、土料情況:土料較好,抗剪強度大,碾壓密實,土壤的幹容量大,壩坡要陡,反之則坦。

c、排水裝置情況:如心牆壩加做稜柱體排水裝置,則浸潤線低,下游壩坡可較陡一些,如做臥式排水裝置的壩應較平坦一些。

d、壩高情況:特別是指粘土,壩越高,壩坡應逐段放緩。因些,較高的土壩採用多級壩坡,上部要陡些,下部逐段平緩。

(具體壩坡標準見有關設計規程)

(三)溢洪道

1、溢洪道結構型式:

溢洪道有組成部分主要由進口段、控制段、陡坡段、消能段和退水段五部分組成。其中控制段陡坡段、消能段是溢洪道的主體。

2、溢洪道的工作特點:

溢洪道的任務就是將汛期或水庫攔截蓄不了的多餘洪水或徑流從上游一定高程安全地洩放到下游的河床中去,從進水口到出水口段相當於一段縮短距離的人工河道,落差較大。因此,各組成部分有各自有工作特點。

(1)進口段:進口段的作用是將渲洩水流平順地引向控制段。若斷面突然收縮,則水流急劇變化,因此為使水流平穩,在平面上應有漸變段。

(2)控制段:控制段是控制溢洪道洩流能力大小的建築物。控制段溢流堰的堰型直接影響到過水能力的大小,因此,控制段的過水能力就代表溢洪道的過水能力。

寬頂堰、實用堰以及明渠等都有各自的特點。

①、寬頂堰:寬頂堰的構造簡單,施工方便,小型水庫比較常用。

②、實用堰:實用堰的過水能力較大。實用堰比寬頂堰施工工藝複雜,但流量係數較大。

若增大洩洪能力需擴寬控制斷面。如開挖工程量特別大時,往往採用改變堰型為實用堰。這比採用寬頂堰開挖寬度要小得多。

③、明渠式:控制段未設堰,其過水能力與明渠一樣。此種形式的過水能力比寬頂堰小得多,一般只在水頭大、洩勁流量很小、進口段與控制段地形平緩時,為了減少開挖量而採用。

當核算溢洪道的過水能力葉,特別是小型水庫,往往容易將明渠流當作寬頂堰對待,用寬頂堰的公式計算,往往造成工程的實際過水能力遠遠未達到設計要求。

(3)陡坡段:陡坡段的作用是將經過控制段的水流迅速輸送到下游河道。陡坡段的坡度是由地形地質和襯護料等因素綜合決定。

陡坡段在平面上應布置成直段,盡量避免彎道。已成工程中,陡坡段布置成彎道的,彎道上砌石往往被沖壞。

(4)消能段:陡坡段下洩的水流具有很大的能量,因此在陡坡段末端設定消能工(起消能作用的建築物),消除水流的余能使之平穩的進入退水渠或下游河道。常用的消能形式有消力池和挑流鼻坎。

小型水庫的溢洪道多採用消力池的形式。

(四)、放水建築物

1、基本要求

①小型水庫輸水洞(放水涵洞)大都是為灌溉農田放水設定的,所以設計管徑必須滿足灌溉用水的要求。

②小型水庫放水涵洞,一般都埋在土壩的底部,所以必須放在牢固的基礎上,以防止斷裂。否則不但影響灌溉,還會危及壩體的安全。

③放水涵洞是運用頻繁的建築物,要求啟閉靈活、可靠,防止人不損壞和凍害。

2、輸水洞幾種形式

小型水庫放水涵洞的下列幾種形式:

①混凝土涵管。可就地澆注一次成形,但抗壓強度低。

②鋼筋混凝土涵管。具有抗壓和防斷裂的優點,是較通用的一種型式,其管徑可隨意選擇。

③石砌方涵和石砌拱涵。可就地取材,但漿砌結構埋在壩下,受力不均易斷裂。

④鑄鐵管和鋼管。一般適用於口徑較小,輸水量不大的小㈡型水庫。

涵管進口採用閘門臥管笛子豆刂木(砼)塞做啟閉裝置。壩較高、庫容較大水庫的啟閉裝置,應選用閘門控制。庫容小、低壩多用臥管笛了豆刂木塞或砼塞控制,也可用閘門控制。

閘門控制。運用方便、易於維修和管理,但應做好止水防水閘門漏水。

臥管笛子豆刂木塞控制。運用方便、易於維修,放出的水的水溫對作物生長適宜,但不易管理和止水。

閘閥控制嚴密,很少漏水現象,操作比較方便,但閘閥容易凍裂,使操作失靈。

3、放水涵管拼接

壩下放水涵管除落在較堅固基礎上以防止斷裂外,管接頭也很重要,如搭接不好會發生漏水現象,水庫修成後漏水處理難度很大。

鋼筋混凝土涵管有分節預製後拼接的和整體澆注的兩種。分節預製的優點是節省模板,施工養護條件好的,適宜於小管徑涵管。每節1.

0~1.5m左右。整體澆注需模板多,完整性好,工期較長,兩者視工期及施工條件綜合考慮加以選擇。

但都必須先做好管座(或稱底板),然後在管座上安放預製管或進行整體澆注,為了防止管身伸縮,一般管座與管身之間用刷瀝青及鋪油氈分離。

放水涵管預製後,拼接有套接和環接兩種。

①套接法。將承管愉壁和插管外壁先鑿毛,沖洗乾淨並敷設水泥砂漿,對準承口推入,使兩管擠緊,然後在管內外置縫中嵌入石棉水泥或瀝青麻絲(用30%石棉纖維、70%水泥配製,加水量為水泥重量的10%左右)嵌入打緊,待管道全部拼接後,逢口外包厚3cm,寬10cm的水泥砂漿,混凝土管徑先澆20cm厚平底,待管子套接包逢後,再加澆混凝土包角,使涵管與管座緊密結成一體。

②環節法。承接安裝與套接法相同,為保證介面的堅固性,在管節接縫口外包寬40cm,厚40cm鋼筋混凝土套環。

為了避免就地澆注的管道因溫度變化而產生裂縫,應沿管道每15m做一伸縮縫,預製分節管道也應每15m做乙個伸縮縫。伸縮縫外加圓套環,與環節法相同,不過套環與管壁之間需鋪一層油毛氈,塗二層瀝青,以防收縮造成漏水。

4、放水涵洞基礎與壩體的結合

(1)放水涵洞基礎

為了防止放水涵洞洞體斷裂,必須有乙個堅固的基礎。實踐證明,小型水庫放水涵洞完全座落在岩石上是不可能的,有條件的地方,應充分利用有利地形,使放水涵洞座落在岩體上,這樣不但牢固可靠,而且還會節省大量資金。沒有條件的必須採取措施改善地基條件,其措施如下:

①如放水涵洞基礎是風化嚴重岩石,須將表面的破碎岩石清除,上部澆注10cm厚混凝土墊層,待達到一定強度後就可安裝管身,其目的是便於施工放線和安裝。

②遇到較堅硬的土基(坡積土和殘積土)時,須平整後,澆注厚20cm的混凝土底板,即可安裝或澆注管體。

③較軟土層(自然狀態)則需做厚30cm的砌塊石基礎,上部再澆注厚20cm的混凝土底板,也可不做漿砌石基礎,在土基上澆注鋼筋混凝土底板,增加地基承載力。

5、如遇到人工回填或棄渣,必須徹底挖除,用漿砌石或混凝土回填。

(2)放水涵洞與壩體結合

小型水庫輸水洞多採用下埋管型式,值得注意的是,除要防止不均勻沉陷造成管身斷裂外,還要注意與壩體結合,防止水流沿管體側滲流。實踐證明,已建成小型水庫中有不少由於沿管壁滲漏而不能蓄水。防止措施:

採用止水環,就是沿管身每6—10cm做止水環,使水流不能直接沿管壁流過。止水環多用混凝土或鋼筋砼做成,漿砌石不宜採用,如用鑄鐵管或鋼管則需用鋼板做成,板厚不能薄於管壁,並與管身一樣,須做防腐處理。

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