第7章水工結構工程土木工程概論

7.1水工結構工程概述7.2防洪工程7.3農田水利工程7.4水力發電及地下電站工程7.5港口航道工程

?土木工程概論第7章水工結構工程7.1水工結構工程概述為更合理、有效的利用和調配水資源，就需要興建水工結構工程優點：水資源豐富，可開發利用的水能資源居世界首位缺點：水資源在時間和地域上的分布經常與對它的需要不一致水工結構工程按服務于多目標的通用性，水工結構可分為：擋水結構、泄水結構、取水結構、輸水結構、整治結構按服務于單目標的專門性，水工結構通常包括：防洪結構、農田水利工程、水力發電及地下電站工程、港口航道工程、海岸工作?土木工程概論第7章水工結構工程水工結構因受水的影響而有別于其他建筑物或構筑物其特點如下：水工結構與其相應河流的水利工程是一個系統的綜合體同一流域的水工結構和水利工程不能單獨分割出來孤立存在，它們是相輔相成、互相影響和制約的水工結構工作條件復雜，施工技術難度大（受水文、氣象、地址、地形等復雜條件的影響）水的作用使得水工結構工作條件特殊，除一般荷載外，還要承受水壓力、浪壓力、冰壓力、滲透力、凍脹力等水工結構地質條件復雜多變，需對地基進行細致周密的處理和研究水工結構施工受氣候、溫度等影響大大型水工結構不僅對社會、經濟有很大影響，對自然環境、生態環境也會產生很大的影響通過防洪、農田水利、水力發電、港口、航運等為人類造福改變自然面貌，對自然環境產生影響（可能是積極的也可能帶來災難）?都江堰工程防洪工程分洪工程丹江口水利樞紐?葛洲壩水利樞紐江都水利樞紐三峽大壩高弗瑞·丹佛壩?7.2防洪工程土木工程概論第7章水工結構工程防洪工程是預防、控制洪水或冰凌成災所修建的工程。

主要包括：擋水結構工程、河道整治工程、分洪工程和水庫等

它的作用可分為：阻擋洪水侵襲、增加泄洪能力、攔儲調節洪水7.2.1擋水結構擋水結構是為阻擋洪水泛濫、海水入侵而修建的水工建筑，

是防洪工程中最常用、最重要的組成部分，如堤、壩攔河閘等?鋼筋混凝土堤石堤土堤堤是沿河、渠、湖、海岸邊緣修建的擋水結構，主要是防御洪水

對保護對象的侵襲。按材料分，有土堤，石堤，鋼筋混凝土堤等土木工程概論第7章水工結構工程?壩是建在河流中截斷水流、抬高水文、形成水庫的擋水結構，

也具有泄洪、發電等功效。

按材料分為：土石壩、混凝土壩；

按結構特點和力學性能分為：重力壩、拱壩、支墩壩等，如圖土木工程概論第7章水工結構工程重力壩支敦壩拱壩?土木工程概論第7章水工結構工程土石壩土石壩是一種古老的壩型，目前仍是數量最多的壩型。

土石壩是土壩、堆石壩及土石混合壩的總稱，它是用壩址附近的

土料、石料和砂礫堆筑起來的，也稱當地材料壩。

土石壩的優點：就地取材、節約建筑材料、對自然條件有廣泛的

適應性、抗震性能好、結構簡單、壽命較長、施工管理維護等較

簡便，設計理論、施工技術、施工機械化程度高

土石壩斷面形式簡單，多為梯形或復式梯形

主要組成部分有：壩體、防滲體、排水設備和護坡

按施工方法分為：碾壓式土石壩、水力充填壩、水墜壩、

水中填土壩、土中灌水壩、定向爆破堆石壩等土木工程概論第7章水工結構工程土石壩?土木工程概論第7章水工結構工程混凝土重力壩重力壩：主要是依靠自身重量在地基上產生摩擦力和壩與地基之

間的凝聚力來抵抗壩前的水推力以保持抗滑穩定，其斷面一般呈

三角形，直立或向上游面傾斜，利用部分水重增加壩的穩定性，

它是混凝土壩中最早出現的壩型。

混凝土重力壩的優點：適用于從壩頂溢流，施工期間也易于通過

較低的壩塊或底孔泄流，壩體結構簡單，易澆筑，便于機械化施

工，適合在各種氣候條件下修建，設計、建造經驗豐富，工作可

靠，使用年限較長，養護費用較低等

混凝土重力壩的缺點：壩體體積大，材料強度不能充分發揮，澆

筑時水泥水化熱消散困難，由于降溫收縮易產生裂縫，破壞壩體

的整體性和強度。?土木工程概論第7章水工結構工程分類（按斷面形式）圖例優點缺點實體重力壩施工簡單散熱條件差寬縫重力壩將橫縫的中部加寬，節省混凝土，改善了澆筑的散熱條件施工復雜模板用量多空腹重力壩壩內設置大型縱向空腔，可減小壩底揚壓力，節約混凝土施工困難鋼筋用量多預應力重力壩利用受拉鋼筋或鋼桿對壩體施加預應力以增加壩身穩定，有效改善壩身應力分布，節約混凝土施工困難鋼筋用量多?土木工程概論第7章水工結構工程拱壩拱壩是通過拱作用將壩體承受的荷載傳遞到兩岸基巖上并利用兩端

推力維持壩體穩定的水工結構。它是一種空間殼體結構，如圖所示

當河谷寬高比較大時，懸臂梁體系承擔大部分荷載，當河谷寬高比

較小時，水平拱則承擔大部分荷載。拱壩充分利用了材料的強度，

因此其體積只有重力壩的30-80%。由于拱壩是整體性空間結構，壩

體輕韌，彈性好，只要基巖穩定，其抗震能力較好。拱壩平面和剖面示意圖?土木工程概論第7章水工結構工程支墩壩支墩壩是由一系列擋水面板和支撐面板的支墩組成按結構形式分為：平板壩：面板簡支與支墩上的鋼筋混凝土壩，一般用于修建中低壩大頭壩：將支墩上游部分向兩側擴大形成懸臂大頭相互貼緊，起擋

水作用，用于修建高中壩連拱壩：面板是一系列斜倚在支墩上的拱筒，用于修建高中壩支墩壩的幾種形式?土木工程概論第7章水工結構工程四川二灘雙曲拱壩——最大壩高240m，拱冠頂部厚度11m，拱冠梁底部厚度55.74m，拱端最大厚度58.51m，拱圈最大中心角91.5。，拱頂弧長774.69m，為中國已建成的最高壩。?土木工程概論第7章水工結構工程三峽攔江重力大壩——軸線全長2309.47m，壩頂高程185m，最大壩高181m，設有23個泄洪深孔，底高程90m，深孔尺寸為7m×9m，其主要作用是泄洪。?土木工程概論第7章水工結構工程青海龍羊峽大壩——壩高178m，裝機128萬千瓦，水庫庫容247億立方米，為當時中國內地最高的大壩。?土木工程概論第7章水工結構工程黃河小浪底土石壩——壩高154m，總填筑量5185萬立方米，是我過迄今為止最大的土石壩，該工程可控制流域面積69.4萬平方公里，占黃河流域總面積的92.3%，控制黃河輸沙量的100%，為國家發展和經濟建設起到了極大的促進作用。?土木工程概論第7章水工結構工程7.2.2河道整治河道整治是為穩定河勢、改善水流流態、河流邊界條件等在河床兩岸

修建的工程

河道整治的目的是防洪、航運、引水、城鎮防護及綜合開發和治理等河道整治工程按材料和使用年限分類：臨時性整治工程：古代的竹筏、沉排等永久性工程：土、石、混凝土等修建的重型實體建筑物，用于調整水流方向、固灘護堤按與水流的關系分類：丁壩、順壩、潛壩、鎖壩、環流、透水、不透水等主要是改變水沙運動方向，控制河床沖淤變化，改善不利河灣，起到穩定灘岸、固定河勢流路的作用?土木工程概論第7章水工結構工程分洪工程是為保障保護地區安全，將超額洪水分流的工程。

水庫是用堰、壩、小閘等圍成的人工水域。7.2.3分洪工程、水庫為了泄放超過水庫調蓄能力的洪水，滿足放空水庫和防洪調節等要求，確保

工程安全，一般多設有泄水建筑物。

常用的泄水建筑物有：

1）壩身泄水道：溢流壩、中孔泄水孔、渾式泄水孔、壩下涵管等

2）河岸泄水量：河岸溢洪道和泄水隧洞河岸溢洪道的特點：地面開敞，具有較大的超泄能力，泄水能力隨水庫水位的升高而迅速增加，可減少泄水翻壩的可能性，檢查方便、運用安全可靠、減少開挖土石方量河岸溢洪道的形式：正槽式、側槽式、豎井式、虹吸式?土木工程概論第7章水工結構工程1.進水段.2.控制段3.泄槽4.消能防沖段5.出水渠6.非常溢洪道7.土壩1.溢流堰2.側槽1.溢流喇叭口2.豎井3.導流隧洞4.混凝土塞5.水平泄洪隧洞6.出口段7.彎道段1.通氣孔2.頂蓋3.泄水孔?土木工程概論第7章水工結構工程7.3農田水利工程農田水利是為農業生產服務的水利工程

主要任務是灌溉、排澇、改良土壤渠首的主要作用是引進河道或水庫中的水以滿足灌溉、發電、工業和生活用水需要，是農田水利工程中的重要建筑物之一。可分為：無壩渠首：不在河流中修建攔河壩引水灌溉，適用于河流水位、流量不經調節就能滿足灌區用水要求的渠首。一般由進水閘、攔沙壩、沉沙池等建筑物組成有壩渠首：是采用攔河壩抬高水位，保證水流量滿足灌溉要求的渠首。優點是閘前水位穩定、工作可靠、利于將取水口設在灌區近處組成部分：攔河壩、進水閘及沉沙槽式、人工彎道式、底部沖沙廊道式、底欄柵式等沉沙沖沙建筑物?沉沙槽式渠首：采用正面排沙、側面引水的布置形式，利用進水閘前沉沙槽使水中粗粒泥沙下沉減少入渠泥沙。優點：渠首形式簡單，施工、管理方便缺點：沉沙槽內易出現旋流，易將底沙帶入渠道，沖沙時需停止取水人工彎道式渠首：在河道內或岸邊上修建人工彎道，利用彎道環流減少入渠泥沙的取水渠首。底部沖沙廊道式渠首：將沖沙廊道設在進水閘底板下的渠首。優點：可以邊引水邊沖沙適用于來水量較豐富、用水保證率較高的情況底欄柵式渠首：在壅水壩內設置廊道取水，利用廊道頂部欄柵篩析作用防止大粒徑沙石入渠的有壩取水形式。優點：布置簡單、施工方便、造價低適用于河道流量不大、大粒徑泥沙較少的小型工程土木工程概論第7章水工結構工程?土木工程概論第7章水工結構工程沉沙槽式渠首1.進水閘2.沉沙槽3.沖沙閘4.壅水壩5.導流墻6.渠道人工彎道式渠首1.人工彎道2.進水閘3.沖沙閘4.“Γ”形攔沙坎5.渠道6.攔河閘底部沖沙廊道式渠首1.沖沙廊道2.壅水壩3.渠道

底欄柵式渠首1.底欄柵壩2.金屬欄柵3.取水廊道4.溢流壩5.進水閘?水閘是用來控制閘前水位和調節過閘流量的低水頭水工建筑物，通過閘門

啟閉具有擋水和泄水或取水的雙重作用，廣泛用于防洪、灌溉、供水、發電等土木工程概論第7章水工結構工程水閘的分類：按承擔的主要任務劃分：進水閘：在河流、湖泊、等岸邊建閘引水，通常設在渠道首部，又稱渠首閘攔河閘：一般用于截斷河渠，抬高河渠水位，橫斷河流或渠首修建。排水閘：常建于江河沿岸，既可以開閘排滯，又可以防止倒灌攔潮閘：常建于入海河口附近，主要作用是攔潮、御咸、排水、蓄淡分洪閘：常建于河道一側，用于分泄河道多條洪水按閘室結構形式劃分：開敞式、胸墻式、封閉式或涵洞式開敞式和胸墻式水閘上面不填土封閉，其中不設胸墻的開敞式水閘對用于攔河閘、排水閘設胸墻的開敞式水閘多用于進水閘、排沙閘和攔潮閘封閉式或涵洞式水閘是閘身上面填土封閉的水閘?農田水利工程主要包括灌溉工程和排澇工程。土木工程概論第7章水工結構工程4%31%28%19%18%我國很多灌溉區是利用兩種或多種水源進行灌溉的，如井渠結合，引蓄堤結合

從灌溉水源來分和各自所占比例如下圖：?土木工程概論第7章水工結構工程灌溉工程蓄水工程：各種類型的水庫：按功能分為攔蓄河川徑流的、引蓄渠道余水的、提水后再蓄在庫中的、攔蓄河川潛流的、攔蓄洪水泥沙的等多種形式的小型蓄水工程：如塘堰工程、旱井、澇池、水窖等自流引水灌溉工程：我過最早的灌溉工程形式，如都江堰、鄭國渠、寶雞峽引渭灌溉工程等提水工程：指用各種農用排灌機械取水灌溉的工程。排澇工程：（從工程形式上劃分）明溝排水：一般包括干、支、斗、農、毛各級排水溝通及相應排水控制建筑物，具有施工簡單、見效快等優點，缺點是占地多、易淤積、維修工作量大暗管排水：一般包括吸水管、集水管、檢修井、排水控制設備等，優點是占地少，不影響農田耕作和交通，排水效果穩定，缺點是需要較多管材，基建投資高豎井排水：利用水井抽取地下水，降低和控制地下水位，優點是調控地下水位能力強，缺點是井點分散、管理不便，需較多機泵和動力?土木工程概論第7章水工結構工程7.4水力發電及地下電站工程水力發電是循環利用水力資源產生電能的過程。

水力發電的優點：不用燃料、不污染環境、能源可以循環利用、運行成本低我國水力開發方針是大、中、小并舉，以大型為骨干。

電站的規模的大、中、小是相對的。我國20世紀七八十年代對已建和在建水電站

裝機容量和年發電量統計時將裝機>25萬千瓦的水電站作為大型水電站。世界上

水電開發較多的國家，早期修建的水電站規模都相當小，隨著經濟、電力工業的

不斷發展，電網規模的不斷增大，水電站容量和機組容量也相應增大，對水電站

裝機容量沒有大、中、小正式規定。土木工程概論第7章水工結構工程?土木工程概論第7章水工結構工程云南石龍壩水電站——我國第一座水電站，始建于1912年，規模較小。?土木工程概論第7章水工結構工程葛洲壩水電站——電站設計裝機14臺，機組容量12.5萬千瓦。1988年

葛洲壩工程全部完成，水電站設計總裝機容量271.5萬千瓦，平均年發電

量141億千瓦時?土木工程概論第7章水工結構工程三峽水電站——三峽水電站的機組布置在大壩的后側，共安裝32臺70萬千瓦水輪發電機組，其中左岸14臺，右岸12臺，地下6臺，另外還有2臺5萬千瓦的電源機組，總裝機容量2250萬千瓦?7.5港口航道工程土木工程概論第7章水工結構工程水域部分：包括進港航道、港池和錨地，供船舶航行、運轉、停泊之用陸域部分：包括碼頭、岸上倉庫、堆場等其他輔助設施，供旅客集散、貨物裝卸、轉載之用港口分類：按所在地理位置分為：海港、河口港、湖港、水庫港按性質和用途分為：商港、漁港、軍港、工業港、避風港港口是位于江河湖海沿岸，具有一定設施和條件，供船舶靠泊、旅客上下、貨物裝卸、生活物料供應等作業的地方。包括：水域、陸域兩大部分?土木工程概論第7章水工結構工程碼頭：供旅客上下、貨物裝卸、船舶靠泊之用的地方按斷面形式分為：直立式：便于船舶停靠，是應用最廣泛的碼頭用于海港和部分河港斜坡式：用于水位變化較大的港口半直立式：用于高水時間較長而低水時間較短的港口半斜坡式：用于枯水時間較長而高水時間較短的港口按結構形式分為：重力式：依靠碼頭自身重量和其內填料重量保持穩定，在我國普遍采用方塊、沉箱、扶壁三種結構形式。方塊結構形式：最古老的結構形式，施工方便、耐久性好、節省鋼筋沉箱結構形式：沉箱形狀主要有方形、矩形、不對稱形等，廣泛應用于碼頭、筏橋墩臺等工程扶壁結構形式：多用于華南沿河地區，與沉箱相比屬輕型結構，施工方便，但整體性不如沉箱結構形式港口工程是興建港口所需的工程，主要包括港口建設的總體規劃、進港交通、地基基礎、碼頭結構、防波堤工程等，主要介紹碼頭結構、防波堤工程?土木工程概論第7章水工結構工程板樁式：依靠打入土中的板樁保持穩定，板樁較薄且承受土壓力，適用于墻高不超過10m的碼頭高樁式：主要由上部結構和樁基兩部分組成，一般適用于軟土地基上部結構：一般為現澆承臺和框架結構，或者是裝配整體式梁板結構，它們構成碼頭地面樁基：主要采用預應力混凝土空心方樁。防波堤工程：位于港口水域外圍，主要是抵御風浪，保證港內水面平穩，按斷面形式主要分為：直立式：一般適用于地基承載力較好的情況，主要有普通方塊、雙排板樁、巨型方塊、沉箱幾種類型，其中以沉箱防波堤為主斜坡式：一般適用于地基承載力較差的情況，在我國使用最為廣泛，對地基沉降不太敏感混合式：由直立式和斜坡式綜合而成的，適用于水深很大的情況，一般是在高基床上放置重型沉箱，形成上部直立、下部斜坡的混合形式?土木工程概論第7章水工結構工程上海港：全國最大的貨運和客運港，是我國主要對外輪開放的港口，為世界十大港口之一?土木工程概論第7章水工結構工程秦皇島港：全國最大的現代化煤炭輸出港，是我國重要外貿口岸，對外輪開放的港口之一?土木工程概論第7章水工結構工程大連港：全國最大的原油輸出港，是我國東北地區遼寧沿海第一大港，對外輪開放港口之一。?土木工程概論第7章水工結構工程南京港：全國最大的內河港，是沿長江僅次于上海港的第二大港具有海港功能的江海中轉樞紐，也是我國外貿口岸和對外輪開放港口之一?土木工程概論第7章水工結構工程天津港：最大的人工港?土木工程概論第7章水工結構工程青島港：最大的人工港口?土木工程概論第7章水工結構工程荷蘭鹿特丹港：始建于1328年，是世界上第一大港，具有“歐洲門戶”的巨大作用港區面積達100Km2，它不僅是世界最大的原油轉口港，也是全歐洲最大的集裝箱碼頭，兼有海港和河港的特點，鹿特丹港有400多條航運線通向世界各地，每年最少有3.8萬艘遠洋輪開進鹿特丹港，使其成為“世界貿易中心”之一。?土木工程概論第7章水工結構工程新加坡港：世界著名大港之一，是亞太地區重要的轉口港，為世界上最繁忙的商港、航運服務總匯，貨物