水利水电工程与实务.ppt

水利水电工程管理与实务 主讲 梁建林Emai liangjl008 1 前言水利水电工程一级建造师是以水利水电专业技术作为依托 以工程项目管理为主 懂管理 懂技术 懂经济 又懂相关法律法规的综合能力较强的执业人员 受聘后可以担任水利水电建设工程总承包或施工管理的项目经理 从事其他施工管理活动 从事法律法规或国务院建设行政主管部门规定的其他业务 水利水电工程管理与实务 主要涉及三个部分的内容 水利水电工程技术 水利水电工程相关法律和法规 水利水电工程项目管理实务 其中第一部分注重技术基础 特别是施工技术 第二部分注重工程项目管理中能力的应用 第三部分注重工程建设相关的法律法规知识 2 3 水利水电工程管理与实务知识点分布 3 解决问题能力 1 工程施工技术基础 23条 2 项目管理实务 18条 7条 4 法规及相关知识 8条 4 水利水电工程管理与实务 科目试卷模式卷面采用160分制 考试时间4小时 题型有三种 单项选择题 多项选择题和案例分析题试题分布 1 单项选择题有20个小题 每小题1分 共20分 2 多项选择题有10个小题 每小题2分 共20分 3 案例分析题有5个小题 其中20分的3个题 30分题2个题 共120分 5 第一部分 水利水电工程技术基础本部分主要涉及水利水电工程技术知识 特别是施工技术要求 包括工程概论 导流工程 地基处理 土石方工程 土石垻工程 混凝土土垻工程 堤防及疏浚工程 水电站与泵站 水闸和渠系建筑物等项目 一 工程概论 一 水力载荷1 水力学的基本概念 1 作用于平面上的的静水总压力a 作用于矩形平面上的静水总压力 6 作用点 通过矩形平面的对称轴上和压强分布图的形心点b 作用于任意平面上的静水总压力 2 作用于曲面上的静水总压力 7 矩形平面壁上的静水总压力的图解法 静水总压力的大小 静水总压力的方向的作用点 静水总压力的方向必然垂直并指向受压平面 大小 方向 作用点 8 静水总压力的大小 作用于平面壁上的静水压力 任意形状平面壁静水总压力的解析法 大小 方向 作用点 静面矩之和 9 作用于曲面壁上的静水总压力 1 静水总压力的水平分力 2 静水总压力的铅直分力 10 曲面壁上的静水总压力 作用于曲面壁上的静水总压力 11 3 扬压力 各种混凝土垻 水闸等建筑物由于与地基接触面之间存在孔隙 而地基和混凝土本身也有一定的透水性 因而在一定的上下游静水头作用下 形成一个渗流场 在此渗流场内 某一计算平面以上的垻体部分就会承受渗流场导致的扬压力 a 垻底扬压力 由某一水面下游产生的浮托力和上下游水位差产生的渗透压力合成 减少扬压力的措施 在垻蹱附近的垻基中灌浆 形成防渗帷幕 并在防渗帷幕后设置排水孔幕 b 垻体扬压力 作用于各计算截面上的扬压力 产生的原因 垻身本身排水管幕有降低渗压的作用 4 浪压力 波浪对水工建筑物临水面形成的压力 与波浪的波高 波长 波速等几何要素有关 当波前水深大于波长时 称为深水波 当波前水深大于临界水深 小于波长时 称为浅水波 当波前深度小于临界水深时 称为破碎波 而对于波高和波长在 水工建筑物荷载设计规范 和 重力垻设计规范 中均有严格的规定和推荐 12 a 铅直坝面上浪压力 b 当坝面与水平面有交角的浪压力 交角大于45度时 与铅直时接近交角小于45度时 按斜坡上的浪压力考虑 5 动水压力溢流坝泄水时 在溢流面上作用有动水压力 一般在坝顶曲线段和直线段上的动水压力很小 在反弧段上的根据水流的动量方程求解动水压力 6 冰压力 包括静冰压力和动冰压力静冰压力 在寒冷的冬季 当水面结冰厚度自数厘米至1m以上时 随温度的回升 冰盖膨胀对建筑物表面产生的冰压力 动冰压力 冰改解冻后 冰块随水流飘移 撞到建筑物上产生撞击力 13 2 水流形态及能量转换 1 水流形态a 恒定流与非恒定流恒定流 在流场的任何空间上所有的运动要素都不随时间而改变的水流 在恒定流情况下 任一空间点上 无论哪一个液体质点通过 其运动要素保持不变 其只是空间坐标的连续函数 与时间无关 非恒定流 在流场中任何空间上的任何一个运动要素随时间而改变的水流 b 均匀流和非均匀流均匀流 当水流的流线为相互平行的直线时 该水流为均匀流 均匀流的过水断面为平面 且形状和尺寸沿程不变 在均匀流中 同一流线上的不同点的流速应相等 从而各过水面上的流速分布相同 断面平均流速相等 均匀流同一过水面上的各点测压管水头为一常数 非均匀流 水流的流线不是相互平行的直线 该水流称为非均匀流 c 渐变流与急变流 14 渐变流 水流的流线虽然不时相互平行支线 但几乎近似于平行支线的水流 急变流 水流的流线之间夹角很大或流线曲率半径很小的水流 d 层流与紊流层流 流速很小 各流层的液体质点有条不紊地运动 互不混掺的水流 紊流 流速较大 各流层的液体质点形成涡体在流动过程中互相混掺的水流 2 能量转换 根据能量守恒定律 恒定水流的能量方程为 上式表示两个断面间能量守恒 其中表示两断面间的能量损失 其余三项分别代表单位质量水体的机械能 分别为位能 压能和动能 上式也表明 流体的位能 压能和动能之间可以相互转化 能量方程使用注意事项 a 基准面是可以任意选择的 但不同的断面必须选择同一基准面 b 压能计算中 必须选择相同的标准 绝对压强或相对压强 c 计算位能与压能之和时 可以选取过水断面上的任意一点计算 d 对渐变流 多数情况可令不同断面上的动能修正系数等于1 但在某些特殊情况下 应根据具体情况酌定 15 3 渗透系数及渗透变形a 渗透系数 反映土的渗透特性的一个综合指标 主要取决于土的颗粒形状 大小 不均匀系数及水温 测定方法主要有经验法 室内测定法和野外测定法 b 渗透变形 又称渗透破坏 是指在渗透水流的作用下 土体遭受变形或破坏的现象 其形式及其发展过程 与土料的性质 水流条件及防渗排渗等因素相关 C 类型主要有管涌 流土 接触冲刷 接触管涌或接触流土等破坏性的渗透变形能够导致是工建筑物的失事d 防止渗透变形的工程措施 a 设置水平与垂直防渗体 增加渗径的长度 降低渗透坡降或截阻渗流 b 设置障碍排水沟或减压井 以降低下游渗流口处的渗透压力 并且有计划的排除渗水 c 在有可能发生管涌的地段 应铺设反滤层 对有可能发生流土的地段 应增加渗流口处的盖重 并在盖重与保护层之间铺设反滤层 16 a 管涌 在渗流作用下 非黏性土土体内沿着粗大颗粒间的孔隙通道移动或被渗流带出 致使土层中形成孔道而产生集中涌水的现象 管涌可发生在垻基的内部 也可能发生在渗流的下游出口处 管涌只是某类土的特性 对于黏性土 一般不会发生管涌 管涌的允许渗透坡降 J 是衡量管涌是否发生的重要参数 它等于临界坡降除以安全系数 按照建筑物级别和非黏性土性质安全系数可取2 3 对于正常级配的土 按不均匀系数确定允许渗透坡降 J 0 20 J 0 10对于大中型工程 由管涌试验来确定临界坡降的大小 b 流土 在渗流作用下 非黏性土土体内的颗粒发生移动的现象 或者黏性土土体内发生隆起 断裂和浮动等现象 都称为流土 流土现象主要发生在黏性土及较均匀的非黏性土土体的渗流出口处 包括黏性土和非黏性土 都可能在一定的渗透坡降的作用下产生流土现象 流土的允许坡降 J 监视衡量是否发生流土现象的重要参数 它的大 17 等于流土的破坏坡降除以安全系数 安全系数的确定按以下原则 对于黏性土 安全系数取1 5对于非黏性土的I II级垻 安全系数取2 5对于非非黏性土的III级以下的垻 安全系数取2 0流土的破坏坡降一般取0 8 1 2之间的值 c 接触冲刷 当渗流沿着两种颗粒不同土层交界面流动时 在交界面处的土壤颗粒被冲动而产生的冲刷现象 d 接触流土和接触管涌接触流土 在两种不同介质 至少一种为颗粒材料 的接触面上 有渗透水作用下发生的流土现象 接触管涌 在两种不同介质 至少一种为颗粒材料 的接触面上 有渗透水作用下发生的管涌现象 18 3 工程基础知识 1 洪水标准 不同等级建筑物所采用的按某种频率或重现期表示的洪水称为洪水标准 包括洪峰流量和洪水总量 永久性水工建筑物采用的洪水标准分为设计洪水标准和校核洪水标准 临时性水工建筑物的洪水标准根据建筑物的结构类型和级别 结合风险度综合分析 合理选择 对失事后果严重的 应考虑超标准洪水的应急措施 各类水利水电的洪水标准应按 水利水电工程等级划分及洪水标准 SL252 2000 确定 a 永久性水工建筑物的洪水标准 按照山区 丘陵区 平原 滨海区分别确定 江河采用梯级开发方式 确定各梯级洪水标准时 结合考虑江河治理和开发利用规划 19 b 临时性水工建筑物的洪水标准 根据建筑物的结构类型和级别 结合风险度综合分析 合理选择 2 工程等级划分a 水利水电工程等级划分根据 水利水电工程等级划分及洪水标准 SL252 2000 的规定 按水利水电工程的规模 效益以及在国民经济中的重要性 划分为I II III IV V五各等级 而对于综合利用的水利水电工程 当按各综合利用项目确定的等别不同时 以其中最高等别确定 b 水工建筑物的级别水工建筑物的级别反映了工程对水工建筑无的技术要求和安全要求 应根据所属工程的等别及其在工程中的作用和重要性分析确定 永久性水工建筑物级别 根据建筑物所在工程的级别 以及建筑物的重要性确定为五级 分别为1 2 3 4 5级 临时性水工建筑物级别 对于水利水电工程施工期使用临时性挡水和泄水建筑物的级别 根据保护对象的重要性 失事造成的后果 使用年限和临时建筑物的规模确定 20 对于分属于不同级别的临时性建筑物 其级别按其中最高级别确定 对于3级临时性水工建筑物 符合级别规定的指标不得少于两项 永久性水工建筑物级别的提高 对于2 5级的 若失事后造成巨大损失 或对水利水电工程造成十分严重影响的 经论证报批后可提高一级 水库大坝规定为2级 3级的 如果大坝高超过规定的指标 其级别可提高一级 但洪水标准不予提高 当工程地质条件复杂 基础参数不易准确确定 或采用新型结构的 对2 5级的建筑物 其级别可提高一级 临时性水工建筑物级别的提高 利用临时性水工建筑物挡水发电 通航时 经技术经济论证 3级以下的可提高一级 水工建筑物级别的降低 对于失事后造成损失不大的水利水电工程 其1 4级主要永久性建筑物的级别经论证并报批后可降低一级 21 1 1 3水利工程等别几建筑物级别1 工程等别 1 应根据其工程规模 效益及在国民经济中的重要性确定 2 对综合利用的水利水电工程 当按各综合利用项目的分等指标确定的等别不同时 其工程等别应按其中最高等别确定 3 拦河水闸工程的等别 应根据其过闸水流量确定 4 灌溉 排水泵站的等别 应根据其装机流量与装机功率确定 2 水工建筑物级别 1 永久性水工建筑物的级别 应根据其所在工程的等别和建筑物的重要性确定 2 失事后损失巨大或影响十分严重的水利水电工程的2 5级主要永久水工建筑物 经过论证并报主管部门批准 可提高一级 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 经过论证并报主管部门批准 可降低一级 3 水库大坝按规定为2级 3级的永久性水工建筑物 如坝高超过指标 其级别可提高一级 但洪水标准可不提高 22 就高不就低原则 4 当永久性水工建筑物基础的工程地质条件复杂或采用新型结构时 对2 5级建筑物可提高一级设计 但洪水标准不予提高 5 堤防工程的级别 应按GB50286 98 堤防工程设计规范 确定 穿堤水工建筑物的级别 按所在堤防工程的级别和与建筑物规模相应的级别中高的级别确定 6 水利水电工程施工期使用的临时性挡水和泄水建筑物的饿级别 应根据保护对象的重要性 失事后果 使用年限和临时性建筑物规模确定 7 当临时性水工建筑物根据指标分属不同级别时 其级别应按其中最高级别确定 8 利用临时性水工建筑物挡水发电 通航时 经过技术经济论证 3级以下临时性水工建筑物的级别可提高一级 23 水利水电工程分等和水工建筑物分级 按其规模 效益及其在国民经济中重要性 按其所属工程的等别和重要性 执行国家政策 达到安全与经济 分等 分级 建筑物级别高 对设计及施工要求高 目的 特点 SL252 2000 水利水电工程等级划分及洪水标准 工程分等和水工建筑物分级 24 水利水电工程分等和水工建筑物分级 水利水电工程分等指标 25 永久性水工建筑物分级指标 工程分等和水工建筑物分级 26 临时性水工建筑物分级指标 27 拦河闸工程规模 28 三门峡水利枢纽工程 29 云南小湾工程 30 3 水库特征水位及水库特征库容a 水库特征水位校核洪水位 水库遇大坝的校核洪水位时在坝前达到的最高水位 设计洪水位 水库遇大坝的设计洪水位时在坝前达到的最高水位 防洪高水位 水库遇下游保护对象的设计洪水位时在坝前达到的最高水位 防洪限制水位 汛前限制水位 水库在汛期允许兴利的上限水位 也是水库汛期防洪运用时的起调水位 正常蓄水位 正常高水位 设计蓄水位 兴利水位 水库在正常运用的情况下 为满足设计的兴利要求在供水期开始时应蓄到的最高水位 死水位 水库在正常运用的情况下 允许消落到的最低水位 b 水库的的特征库容静库容 坝前某一特征水位平面以下的水库容积 总库容 校核洪水位以下的水库静库容 防洪库容 防洪高水位至防洪限制水位之间的水库库容 31 调洪库容 设计洪水位至防洪限制水位之间的水库库容 兴利库容 有效库容 调节库容 正常蓄水位至死水位之间的水库容积 共用库容 重复利用库容 结合库容 正常蓄水位至防洪限制水位之间的汛期用于蓄洪 非汛期用于兴利的水库容积 死库容 死水位以下的水库容积4 水工建筑物的分类及特点 1 水工建筑物分类a 按其作用分 挡水建筑物 泄水建筑物 输水建筑物 取 进 水建筑物 整治建筑物 专门为灌溉 发电 过坝需要而兴建的建筑物 b 按其用途分 一般性水工建筑物 专门性水工建筑物 c 按照使用时期分 永久性建筑物和临时性建筑物 2 水工建筑物的特点水工建筑物的特点主要有 工作条件复杂 施工难度大 环境影响大 失事的后果严重 32 5 水工建筑物失事的主要原因水工建筑物失事的主要原因一般包括设计质量 施工质量 控制云用 工程维护管理 以及超标准洪水 地震等 但不同的建筑物工程特点不同 失事的主要姻缘不尽相同 1 土石坝事故原因主要有防洪标准低 出现贯穿防渗体的裂缝 由于抗剪强度不足出现大滑坡 护坡出现破坏 产生坝身渗漏及绕坝渗漏 2 混凝土坝事故原因主要有抗滑稳定性不够 表面损坏 裂缝等 3 拱坝的事故原因主要有温度变化 洪水漫顶 库内外岸坡岩体崩塌等 4 堤防工程的事故原因主要有漫溢 冲决 溃决 凌汛险情等 5 水工隧洞事故原因主要有脉动压力 空化 空蚀 水工隧洞塌方等原因 6 溢洪道事故原因 主要有溢洪道泄流能力不足 闸门启闭设备问题 岸坡滑坡堵塞等 33 三 水工建筑材料应用1 水工建筑主要材料的类型 1 按其物理化学性质分 无机非金属材料 金属材料 有机质材料 另外还有两种及两种以上材料复合而成的复合材料 2 按材料来源分 天然建筑材料和人工材料 3 按功能分 结构材料 防水材料 胶凝材料 装饰材料 防护材料 隔热保温材料等2 水工主要建筑材料的应用条件 1 筑坝用土石料 主要包括土坝 体 壳用土石料 防渗体用土石料和排水设施和砌石护坡用石料 a 土坝 体 壳用土石料 土料 砂质黏土和壤土 要求具有一定的抗渗性和强度 心墙坝和斜墙坝多用粒径级配较好的中砂 粗砂 砾石 卵石及其他透水性较高 抗剪强度参数较大的混合料 砾石土和风化料也可作为坝壳的材料 但必须尽心适当的布置和处理 34 b 防渗体用石料 一般的黏土 砂壤土 壤土 黏质土均可 c 排水设施和砌石护坡用石料 可用块石 其饱和抗压强度不小于40 50MPa 岩石孔隙率不大于3 吸水绿 按孔隙体积比计算 不大于0 8 此外还可以使用碎石 卵石 不宜使用风化岩石 2 建筑石材a 火成岩 主要有花岗岩 闪长岩 辉长岩 辉绿岩 玄武岩等b 水成岩 主要有灰岩 砂岩等c 变质岩 主要有片麻岩 大理岩和石英岩等 3 水泥水泥是水硬性胶凝材料 是水利工程中最重要的材料 常用来拌制混凝土 砂浆 也常作为灌浆材料 一般品种有 硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥 火山会质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥等a 硅酸盐水泥密度一般为3100 3200kg m3 在0 80mm方孔筛上的色余量不得超过12 比表面积为2500 3500cm2 g 标准稠度用水量 一般在24 30 之间 初凝时间不得早于45min 终凝时间不得迟于12h 安定性要合格 试块抗压强度不得低于规定的指标 35 b 在应用中 应根据工程所处的环境 建筑物的特点及混凝土所处的部位 选择适当的水泥品种 c 水泥强度的选用原则是 应根据混凝土的性能要求来考虑 高强度的水泥 适用于要求高强度的混凝土或对早强有特殊需要的构筑物 低强度的水泥 适用于配置低强度的混凝土或砌筑砂浆等 4 水泥砂浆新拌砂浆的和易性包括流动性和保水性两个方面a 流动性 沉入度大的砂浆 流动型号 通常 砌砖用的砂浆沉入度可为7 10cm 砌石用的砂浆沉入度可为5 7cm 气温高且干燥时用大值 气温低且潮湿时用小值b 保水性 分层度大于2cm的砂浆易泌水 而分层度接近于零的砂浆 虽保水性好 但因胶凝材料用量太多 又容易发生干缩裂缝 所以砂浆的分层度以1 2cm为宜 5 水泥混凝土a 水泥混凝土拌合物的和易性包括流动性 黏聚性 保水性 参数坍落度的大小反映了混凝土拌合物的和易性 36 b 混凝土的强度根据立方体抗压强度标准值的大小 可以分为不同的强度等级 混凝土的抗拉强度 一般约为抗压强度的7 14 有抗裂要求的结构 除需要对混凝土提出抗压强度要求外 还需对抗拉强度提出要求 强度影响因素 水灰比 骨料种类及级培 养护条件及龄期等 c 混凝土的耐久性 混凝土要有一定的抗渗性 抗冻性 抗侵蚀性 抗冲耐磨性 抗风化性 抗碳化性等 统称为耐久性 d 混凝土的配合比 混凝土的配合比设计的任务是将水泥 粗细骨料和水等各项组成材料合理地配合 使所得混凝土满足技术指标 符合经济原则 6 建筑钢材a 钢结构用钢材 b 钢筋混凝土用钢筋及钢丝 主要有热轧钢筋 冷拉钢筋 冷轧带肋钢筋 热处理钢筋 钢丝主要有不同规格的预应力混凝土用钢丝及钢绞线 c 在一般建筑中 大量使用的是普通碳素钢 普通低合金结构钢及钢筋混凝土用热轧钢筋 37 四 水利水电工程勘察设计基本知识1 工程地质及水文地质勘察工作的程序 方法 1 工程地质及水文地质勘察工作的程序主要分为规划选点 可行性研究 初步设计和施工图设计等四个阶段 对于大型工程还将初步设计分为第一期和第二期 其中第一期为初步设计阶段 第二期为技术设计阶段或扩大初步设计阶段a 规划选点的主要任务是了解河流或河段的工程地质条件 初步查明近期可能开发工程和控制性工程的主要工程地质问题 为选定河流 段 规划方案和近期开发工程所需要的地质资料 b 可行性研究阶段的主要任务是选定工程建筑物的具体地址 如库址或坝址 一般选择几个比较方案 详细调查分析各方案的主要地质问题 从工程地质角度对比分析各方案的优劣 选出最佳方案 c 初步设计阶段的主要任务是在已选定的坝址区或库区等地 进一步查明与建筑物有关部门的工程地质条件 或在规划选点阶段选定的近期开发工程地段上 或在可行性研究阶段确定的基础上 查明与坝址和其他枢纽建筑物方案有关部门的地质问题 并对其作出定量评价 为选定坝址和其他建筑物的轴线 形式 布置及施工提供资料和评价 38 d 施工图设计阶段的主要任务是查明初步设计或技术设计在审批后 新提出或新发现的地质问题 或者是查明施工临时建筑工程 附属工程布置地段的地质条件等 2 勘察的基本方法主要有工程地质测绘及遥感技术 工程地质勘探技术 试验和长期观测技术等 2 工程地质与水文地质的条件分析 1 水工建筑物的工程地质条件主要内容是 土石类型及其性质 地质结构 地形地貌 水文地质地质 自然 物理 地质和天然建筑材料6个方面 2 水利水电工程地质问题分析主要对坝基 边坡 底下洞室围岩和水库等工程的地质问题进行分析a 坝基岩体的工程地质分析 了解各类坝型的工作特点 特别是了解不同坝型对地质条件的适应性和对工程地质条件的要求 渗透稳定问题 是坝基岩体中的渗透水引起的 渗流对坝基的影响 可使坝基岩体软化 泥化 溶蚀 降低其强度外 还表现在 39 产生扬压力 削减了坝基的垂直荷重 产生动水压力 引起坝基沉陷变形甚至破坏 沉降稳定问题 是坝基岩体产生过大垂直压缩变形引起 特别是发生不均匀沉降时 可导致坝体裂缝 倾斜 甚至失稳破坏 抗滑稳定问题 混凝土坝最重要的的的工程地质问题 往往发生在坝体育用与基岩接触面附近或坝下基岩内部 常见的破坏形式有表层滑动 浅层滑动和深层滑动 坝基的渗漏 大坝建成后 坝上游水位抬高 在上 下游水位差的作用下 库水通过坝基或坝肩岩层中孔隙 裂隙 破碎带向下游渗漏 形成坝基渗漏和绕坝渗漏 渗流可能破坏坝基岩体或使其强度降低 从而危及大坝安全 b 边坡的工程地质分析边坡变形破坏的类型主要有松弛张裂 蠕动变形 崩塌 滑坡四种类型 此外尚有塌滑 错落 斜倒等过渡类型 还有泥石流也是一种 c 地下洞室围岩稳定性的工程地址分析 包括地下工程位置选择的工程地质评价和地下洞室围岩的变形与破坏 其中变形与破坏类型有脆性破裂 块体滑动和塌方 层状弯折与拱曲 塑性变形与膨胀等 40 3 水库工程地质问题分析水库有两类 地面水库和地下水库 水库蓄水后 其水文条件 库周的水文地质条件都会发生剧烈的变化 以至影响库区及邻近地段的地质环境 从而产生各种工程地质问题 水库渗漏 水库浸没 水库塌岸 水库淤积 水库诱发地震等 3 水利水电工程设计阶段划分及其任务 1 初步设计 根据批准的可行报告和必要而准确的资料 对设计对象进行系统研究 阐明拟建工程在技术上的可行性和在经济上的合理性 规定项目的各项基本技术参数 编制项目总概算 根据 水利试点工程初步设计报告编制规程 编制 2 技术设计 针对初步设计中的重大技术问题而进一步开展设计工作 在科学研究 设备试制后取得可靠数据和资料的基础上 具体明确初步设计中所采用的工艺 土建结构等方面的主要技术问题 并编制修正概算 3 施工图设计 按初步设计和技术设计所确定的设计原则 结构方案和控制尺寸 根据建筑安装工作的需要 分期分批编制施工详图的设计 同时编制施工图预算 41 流域规划 前期阶段 项目建议书 可行性研究报告 初步设计 机会研究 初步可行性研究 最终可行性研究 投资估算 工程实施阶段 施工准备 建设实施 招标标底 施工详图设计 竣工投产阶段 生产准备 竣工验收交付使用 项目后评价 设计概算 项目管理概算 施工图预算 工程决算 报价 42 施工详图是工程施工依据 也是工程承包和工程结算的依据为了适应招投标合同管理体制的需要 完成初步设计后 需要增加招投标设计 4 水利水电枢纽布置枢纽布置是研究枢纽中各种水工建筑物的相互位置 1 进行枢纽布置时 应遵循的原则是 a 枢纽布置应保证各建筑物在各种设计工况条件下都能正常工作 b 枢纽布置应使枢纽的总造价与年运转费用较低 c 充分发挥枢纽的综效益 尽量使一个建筑物发挥多种用途 d 枢纽布置应与施工导流 施工方法和施工进度综合考虑 使施工方便 尽可能缩短工期 e 尽可能使枢纽中的部分建筑物早日投产 提前发挥效益 f 考虑远景规划 应对远期扩大装机容量留有余地 还应考虑分期开发 g 枢纽的外观与周围环境相协调 可能条件下尽量注意美观 43 2 各类建筑物在枢纽布置中的具体要求a 挡水建筑物 除拱坝外 挡水建筑物应布置为一条直线 课时坝轴线最短 坝身体积最小 对建筑物的受力状态有利 便于与相邻建筑物的连接 在手地质条件和地形条件限制时 可以布置为折线 b 泄水建筑物 溢流坝应尽可能位于坚硬完好的岩基上 溢流前缘与上游来水主流方向垂直 下游出口方向与与原河道主河槽水流方向一致 河岸式溢洪道尽量布置在高程较低的天然垭口处 进口水流应平顺 出口水流尽量减少对其他建筑物的影响及干扰 c 输水 取水建筑物 考虑地形 地质的要求外 关键是要保证运行可靠 d 水电站建筑物 保证电站运用可靠 水头损失小 要求进口水流顺直 尾水能通畅排出 e 通航 过鱼 过木等建筑物 满足其适用的要求 3 枢纽布置的步骤 首先确定枢纽中有哪些水工建筑物 再研究规划和各设计中对工作深度的要求 应由浅入深 最后确定枢纽布置 进行各部分结构和细部构造设计 提出施工详图 并做不要的局部修改 44 5 主要建筑物设计的基本原理 1 首先计算主要载荷 2 进行载荷组合根据不同设计状况下可能同时出现的作用 按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行作用效应组合 并采用各自最不利的组合进行设计 3 抗滑稳定分析采用整体宏观的半经验法 4 应力分析应力分析是校核强度和稳定的前提 其方法归纳为理论计算和模型试验两大类 中 小型工程一般采用理论计算 重要的工程或在情况复杂时可进行模型试验 5 渗透分析主要包括确定渗透压力 确定渗透坡降 确定渗流量等内容 6 抗震设计 采用动力法或拟静力法计算地震载荷的大小 45 二 导流工程 一 施工导流的概念与导流方式1 施工导流的概念 1 施工导流是指在河床中修筑围堰围护基坑 并将河道中各时期的上游来水按预定方式导向下游 以创造干地施工的条件 施工导流贯穿于于整个工程施工的全过程 是工程总设计的重要组成部分 是选定枢纽不止 永久建筑物形式 施工程序和施工总进度的重要因素和前提 2 施工导流所采用的导流方法通常不是单一的 而是几种导流方法组合应用 将不同导流时段不同导流方法的组合成为称为导流方案 施工导流设计的主要任务就是分析自然条件 工程特性和其他行业对水资源的需求 划分导流时段 选定导流标准及导流设计流量 确定导流建筑物 拟定导流建筑物的施工方法 选择合理的导流方案 3 施工道流标准 划分导流建筑物的级别 确定相应的洪水标准 4 施工导流程序 先修建导流泄水建筑物 然后进行河道截流修筑围堰 再进行施工工程中的基坑排水 46 主体建筑修到一定高程度时 最后对导流泄水建筑物进行封堵 2 施工导流的基本方式 1 分段围堰法导流 也称分期导流 主要又有两段两期 三段两期 三段三期等几种具体的方法 在工程时间中 两段两期导流采用最多 适用于流量较大的平原河道或河谷较宽的山区河流 较易满足通航 过木 排冰等要求 2 全段围堰法导流 其主要类型有明渠导流 隧洞导流 涵管导流等 在实际工程中也采用明渠隧洞等组合方式导流 其中明渠导流主要适用于岸颇平缓或有一岸具有较宽的台地 垭口或古河道的地形 隧洞导流适用于河谷狭窄的山区河流 涵管导流适用于流量较小的河流或只用来担负枯水期的导流 二 围堰施工技术1 围堰的类型 1 土石围堰 土石填筑而成 施工工艺简单 需要做好溢流面 堰址下游基础和两岸接头的防冲保护 其防渗结构有土质心墙 混凝土心墙 斜墙 钢板桩心墙等形式 2 混凝土围堰 常态混凝土或碾压混凝土建筑而成 宜建在岩石地基上 其结构形式有重力式 拱形等 47 3 草土围堰 一种草土混合结构 能就地取材 施工方便 造价低 防渗性能好 适用于水深不大于6m 流速小于3m s的中小型工程 4 木笼围堰 由圆木或方木叠成的多层框架 填充石料组成 施工方便实用性广 具有断面抗水流冲刷能力强的优点 常作分期导流的纵向围堰 可在10 15m深水中修建 5 竹笼围堰 用内填块石的竹笼堆叠而成 在迎水面一般用木板 混凝土面板或用填黏土阻水 使用年限为1 2年 最大高度为15m 6 钢板桩格形围堰 由彼此相连的格体形成外壳 内填土料构成 具有回收率高 边坡垂直 断面小 占地少 安全可靠的优点 其平面形式有圆形格形围堰 鼓形各形围堰 花瓣形格形围堰等几种 2 围堰施工技术 1 土石围堰a 施工 分水上和水下两部分 水上部分施工采用分层填筑 碾压施工 并适时安排防渗墙施工 水下部分采用进占法 也可采用各种驳船抛填水下材料 b 接头处理 土石围堰与岸坡的接头处理 采用扩大接触面和嵌入岸坡的方法 延长塑性防渗体的接触 防止集中绕渗破坏 与混凝土纵向围堰接头处理 采用刺墙形式插入土围堰的塑性防渗体中 并将接头的防渗体断面扩大 48 c 拆除 在运用期的最后一个汛期过后 随上游水位下降 逐层拆除围堰背水坡和水上部分 方法有挖掘机开挖 爆破开挖或人工开挖 2 混凝土围堰a 混凝土围堰多为重力式 其施工与混凝土坝相似 b 一般在低土石围堰保护下干地施工 也可创造条件水下浇筑混凝土或预填骨料灌浆 c 拆除 一般只能用爆破法炸除 但必须使主体建筑物或其他设施不受爆破危害 3 草土围堰a 多用捆草法修建 循环实施堰体压草 铺散草和铺土作业 b 撤除 比较容易 水上部份人工拆除 水下部分可在堰体挖一缺口 让其过水冲毁或用爆破作业法炸除 4 钢板桩格形围堰a 采用同一尺寸标准格体 沿直线或曲线布置 迎水面必须打进基岩0 3 0 6m 一般在迎水侧板桩外面浇0 5m厚的水下混凝土或用水泥砂袋封底 格体不需要专门防渗措施 采用灌浆处理基岩渗漏 49 b 应考虑板桩横向锁口抗拉强度 可以不考虑长度方向的弯曲强度 c 格体内部填料要求 必须具有较高抗剪强度 应是不可压缩的 能自流排水 耐冲刷 具有一定的抗滑重度 d 施工 工序为定位 打设模架支柱 支柱就位 安插钢板桩 打设钢板桩 填充料渣 取出模架及其支柱 填充料渣到设计高度 e 拆除 首先用抓斗或吸石器将填料清除 然后用拔桩机起拔钢板桩 三 截流的基本方法1 截流的基本方法主要有抛投块料截流 爆破截流 下闸截流 其他还有木笼 钢板桩 草土 杩槎堰 水力冲填法截流等方法 1 抛投块料截流按不同的合龙方法可分为平堵 立堵 混合堵三种 适用于大流量 大落差的河道截流 2 爆破截流适用于峡谷地区 岩石坚硬 岸坡陡峻 交通不便或缺乏运输设备的情况 3 下闸截流 在泄水道中预先修建闸墩 最后采用下闸的方式截流 50 2 减少截留难度的主要技术措施截流工程的难易程度取决 河道流量 泄水条件 龙口的落差 流速 地形地质条件 材料供应情况及施工方法 施工设备等因素减少截流工程难度的主要技术措施 1 加大分流量 改善分流条件 2 改善龙口水力条件 a 双戗截流b 三戗截流c 宽戗截流d 平抛垫底 3 增大抛投料的稳定性 减少块料流失 4 加大截流施工强度等 51 三 地基处理 一 地基处理的基本要求及方法1 地基基础的基本要求 1 水工建筑物的地基分类a 岩基 又称硬基 由岩石构成 b 软基 由淤泥 壤土 砂 砂砾石 砂卵石构成 可细分为砂砾石地基 软土地基 2 各种类型水工建筑物对地基基础的要求a 具有足够的强度 能够承受上部结构传递的应力 b 具有足够的整体性和匀一性 能够防止基础的滑动和不均匀沉陷c 具有足够的抗渗型 以免发生严重渗漏和渗透破坏d 具有足够的耐久性 以防止底下水长期作用下发生侵蚀破坏 2 地基的基本处理方法 1 地基处理基本方法 52 a 开挖b 灌浆 主要有固结灌浆 帷幕灌浆 接触灌浆 化学灌浆 高压喷射灌浆等方式c 防渗墙d 置换法e 排水法f 挤实法 2 各类地基处理方法a 岩基处理方法 主要有开挖 灌浆等处理方法b 砂砾石地基处理方法 主要有开挖 放渗墙 桩基 帷幕灌浆 设水平铺盖 设排水通道等 c 软土地基处理方法 主要有开挖 桩基础 置换法 排水法 挤实法 固结法等 二 灌浆和防渗墙施工技术1 灌浆施工技术 53 1 灌浆材料a 用固体颗粒的灌浆材料 主要有水泥 黏土 膨胀土 砂等 b 化学灌浆材料 主要有硅酸盐 环氧树脂 聚氨酯 丙凝等c 工程中常用浆液类型 水泥浆 水泥黏土浆 黏土浆 水泥黏土砂浆等d 灌浆材料应用 岩石地基固结灌浆和帷幕灌浆以水泥基浆液为主 特殊地质条件 使用水泥浆液难以达到预期效果时 可采用化学灌浆材料作为补充 砂砾石地基帷幕灌浆多以水泥黏土浆为主大坝的防渗帷幕在使用水泥黏土浆灌注后 可再用硅酸盐浆液或丙凝进行附加灌浆 大坝基础中的细砂层 常采用化学灌浆材料 2 灌浆方式a 按灌注流动方式分为纯压式和循环式灌浆 54 b 按灌浆孔中的灌浆程序分可分为一次灌将和分段灌浆 3 各类灌浆的具体技术2 防渗墙施工技术防渗强基本形式有 槽孔形混凝土墙 桩柱形混凝土墙 1 混凝土墙体材料a 刚性材料 普通混凝土 掺黏土混凝土 掺粉煤灰混凝土等b 柔性材料 固化灰浆 塑性混凝土等 2 槽孔形防渗墙施工a 施工程序 包括平整场地 挖导槽 做导墙 安装挖槽机械设备 制备泥浆注入导槽 成槽 混凝土浇筑成墙等b 导墙施工 a 导墙是控制防渗墙各项指标的基准 b 钢筋混凝土导墙常用现场浇筑法 其施工顺序是 平整场地 测量位置 挖槽与处理弃土 绑扎钢筋 支模板 灌注混凝土 拆模板并设计横撑 回填导墙外侧空隙并碾压密实 55 c 泥浆护壁施工d 成槽方法 射水法 抓斗开挖槽孔 冲击钻造槽孔 回转钻造槽孔 锯槽法等 e 墙体施工 混凝土防渗墙体施工主要采用逐段施工法混凝土防渗墙是在泥浆下进行混凝土浇筑 常用方法为直升导管法f 防渗墙的质量检查与控制 在施工中应对槽孔几何尺寸和位置 岩土性质和深度 槽段接头 清孔泥浆的质量及孔底淤积厚度 混凝土浇筑时导管的位置以及导管埋深 浇筑速度和浇筑高程 混凝土原材料等进行检查和控制 同时对混凝土的坍落度 和易性 扩散度等技术指标进行严格检查和控制 3 桩柱体防渗墙施工主要采用高压旋喷注浆成墙 多头小直径深层搅拌桩成墙施工 56 四 土石方工程 一 土石方工程施工基础知识1 土石方工程施工内容与土石分级 1 土石方工程施工内容a 分为挖方和填方两种类型b 挖方又分为明挖 露天开挖 和洞挖 底下工程开挖 两类 2 土石分类级按开挖方法 开挖难易 坚固系数等依据 土分 4级 石分12级2 洞室开挖的围岩分类 1 I类 稳固围岩 2 II类 基本稳固围岩 3 III类 稳定性较差的围岩 4 IV类 稳定差的围岩 5 V类 极不稳定围岩 57 3 土石方平衡调配原则 1 土石方调配的方法 土石方调配是否合理的主要判断指标是运输费用 费用花费最少的方案即最好成绩方案 土石方调配可按线规划进行对于基坑和弃料场不太多时 可用简便的 西北角分配法 求解最佳调配数值 2 土石方平衡调配的原则 在进行土石方调配时要做到料尽其用 时间匹配和容量适度 a 开挖土石料可作为坝体和堰体的填料 混凝土骨料或平整场地填料 b 时间匹配指开挖与用料时间上尽可能匹配c 容量适度指堆料场和弃料长设置应容量适度 尽可能少占地 二 土石方开挖技术1 露天土 石方开挖方法 1 开挖方式 自上而下开挖 上下结合开挖 先河槽后岸坡开挖和分期分段开挖等方式 2 土方开挖 58 a 机械开挖 挖掘机 装载机 铲运机等机械b 人工开挖c 土方开挖的一般技术要求合理不止开挖工作面和出土线路 确定开挖分层 分段 以冲分发挥劳力 设备的生产能力 使开挖效率达到最优 合理选择和布置出土点和弃土点 开挖边坡 要防止塌滑 保证开挖安全 底下水位以下土方的开挖 应根据施工方法的要求 切实做好排水工作 3 石方开挖a 露天石方开挖的方法 普遍采用钻孔爆破松动 挖掘机或装载机配自卸汽车出渣的开挖方法常用爆破方法有浅孔爆破法 深孔爆破法 洞室爆破法等爆破法开挖石方的基本工序是钻孔 装药 起爆 挖装和运卸等b 露天石方爆破开挖的技术要求岩基上部除结构要求外均应按梯段爆破方式开挖 在邻近鉴赏基面预留保护层 保护层按要求开挖 采用减震爆破技术 以确保岩基完整 59 确保开挖边坡稳定 保证开挖形状符合设计要求 对爆破进行有效控制 防止损害邻近建筑物和已浇混凝土或已完成的灌浆地段 保护现场设备和人员安全 力求爆后块度均匀 爆堆集中 以满足挖装要求 提高挖装效率 2 地下工程施工方法 1 地下工程类型总的可分为过水和不过水两大类 按照底下工程用途分为勘探井洞 施工支洞 主体洞室 按其断面大小可分为小断面 中断面 大断面和特大断面四类 2 地下工程施工特点a 在地表以下有限空间进行 工序交叉多 互相干扰大b 采用阻挠孔爆破法开挖 在同一工作面上 钻孔 爆破 出渣只能循环进行c 岩石是开挖对象 开挖后又是支护对象 因此要充分了解和利用围岩特性 保证施工安全 节约支护工程量 d 在施工过程中 设计 施工和围岩观测始终密切结合在一起 60 e 地下工程多为隐蔽性工程 工程施工质量必须按设计和规范一次达标 f 施工过程中笔下对安全备有充分的应急措施 3 地下工程的内容包括测量放线 钻孔 通风排烟 出渣 支护衬砌以及其他辅助工作 4 地下工程开挖方法a 钻孔爆破法 开挖工作面上炮孔方法有 掏槽孔 崩落孔和周边孔三种 其中掏槽方法有斜孔掏槽法和平行直孔掏槽法 b 掘进机开挖法 TBM 5 地下工程施工方式主要有全断面开挖方式 先导洞后扩大开挖方式 台阶扩大开挖方式 分部分块开挖方式 其中分部分块开挖方式中有可采用先拱后扩大 先导洞后顶拱扩大再中下部扩大 肋拱留柱扩大 中心导洞辐射孔等方式进行 6 支护衬砌其常见形式有喷混凝土 锚杆 预应力锚固 锚索 钢筋混凝土衬砌以及联合形式 61 3 爆破技术 1 浅孔爆破法 2 深孔爆破法 3 洞室爆破法 4 预裂爆破法 5 光面爆破法4 锚固技术 1 锚固受拉杆件有粗钢筋 高强丝束 纲绞线三种 2 天然地层中锚固以钻孔灌浆方式为主 人工填土中的锚固以锚定板和加筋土两种方式 3 锚固灌浆有简易灌浆 预压灌浆 化学灌浆及特殊的锚固灌浆技术 4 锚固可分为抗滑冰桩 锚洞 喷锚支护及预应力锚固 锚索 四类 5 锚固的防护 临时防护和永久性防护 6 预应力锚固施工技术及要求 造孔 压水试验 固结灌浆 编索 端头锚 对穿锚索 无粘结锚索 下索 垫座混凝土浇筑 封孔灌浆 张拉等步骤 62 五 土石坝工程 一 土石坝施工技术1 土石料场的规划 1 规划的基本内容a 空间规划 对料场为止 高程恰当选择 合理布置b 时间规划 根据施工强度和坝体填筑部位的变化选择料场使用实际和填料数量 c 料场质与量的规划 质量满足设计要求 数量满足填筑要求 2 料长规划的基本要求a 应充分考虑利用永久和临时建筑物基础开挖的渣料b 应对主要料场次和备用料场分别加以考虑c 在规划料场实际可开采总量时 应考虑料长查勘的精度 料场天然重度与坝体压实重度的差异 以及开挖运输 坝面清理 返工削坡等损失 63 2 土石坝施工机械配置的原则 1 挖运机械的类型a 挖掘机械 单斗式挖掘机 多斗式挖掘机b 挖装运组合机械 推土机 铲运机 装载机c 运输机械 循环式运输机械 有轨机车 汽车 连续运输机械 带式运输机 移动式和固定式 2 施工机械配置的原则a 适应当地条件 生产能力满足施工过程要求b 机械设备性能激动 灵活 高校 低耗 运行安全 耐久可靠 c 通用性强 设备利用率高d 机械设备配套 各类设备均能充分发效率 e 设备购置及运行费用低 易于获得零配件 便于保养 管理和调度 f 开挖和运输机械的选择填料上坝强度 料长为止 填料特性 储量 分布以及可供选择的机械型号 容量 能耗等多种因素确定 64 3 土石坝填筑施工的碾压实验 1 压实机械 羊脚碾 气胎碾 振动碾 夯板 2 土料压实标准a 对于黏性土用干密度控制 对于非黏性土用相对密实度控制 控制标准随建筑物灯不同而不同b 在现场通常将相对密实度转换为对应干密度来控制施工质量 3 压实参数的确定a 参数主要有碾压机具重量 含水量 碾压遍数及铺提厚度等b 在对土料场进行充分调查 全面掌握各料场土料的物理力学指标基础上选择具有代表性的料场进行试验 作为施工的控制参数 c 首先选择具有代表性的料场 通过理论计算并参照已建类似建筑物的经验 初选几种碾压机械和拟定几组碾压参数进行试验 d 黏性土压实含水量可取土料塑限 超过2 或减少2 三种进行试验 e 选取试验铺土厚度和碾压遍数 并测定相应的含水量和干密度 作出关系曲线分析 f 对非黏性土 只嘴铺土厚度 压实遍数和干密度关系曲线并分析 65 4 土石坝填筑施工的方法 1 土石坝施工根据施工方法不同分为干填碾压 干填式 水中填土 水力冲填 包括水坠坝 和定向爆破填筑等类型施工作业包括准备作业 基本作业 辅助作业和附加作业 2 坝面作业的基本要求坝面作业可分为铺料 整平 压实三个工序a 将填筑坝面分为若干工作段或工作面b 坝面作业时 应按一定的次序进行 以免发生遗漏或过分重压 3 铺料与整平a 铺料宜平行坝轴线进行 厚度要均匀 超径料块要打碎 杂物要剔除b 按设计厚度铺料整平是保证压实质量的关键c 黏性土料含水量偏低 应在料场加水 若在坝面加水 力求 少 勤 匀 保证压实效果 66 4 碾压a 土料不同 要求密实的作用外力不同 b 不同压实机械产生压实外力不同 必须对压实机械进行选择 c 碾压方式主要有进退错距法和圈转套压法 5 接头处理a 在坝体填筑中 层与层之间分段接头应错开一定距离 同时分段条带与坝轴线平行布置 各分段之间不应形成过大高差 接坡比缓于1 3b 坝体填筑中 一般都采用土 砂平起的施工方法 一种是先土后砂 另一种是先砂后土 c 对于坝身与混凝土结构物的连接 靠近混凝土结构物部位不能采用大型机械压实时 可采用小型机械夯实或人工夯实 5 土石坝施工的质量控制要点土石坝施工的质量控制主要包括料场的质量检查和控制 坝面的质量检查和控制 67 二 混凝土面板堆石坝施工主要技术1 堆石坝坝体材料分区主要分为垫层区 过渡区 主堆石区 下游堆石区 次堆石区 2 堆石体填筑质量控制要点堆石坝填筑质量控制的关键是要对填筑工艺和压实参数进行有效控制 1 填筑工艺a 堆石体填筑可采用自卸汽车后退法或进占法卸料 推土机摊平 b 垫层料的摊铺多采用后退法 以减轻物料的分离 2 堆石体的压实参数和质量控制a 压实参数 一般堆石体最大颗粒径不超过层厚的2 3 b 堆石体的质量控制 堆石压实的质量指标用压实容重换算的孔隙率表示 采取试坑法进行测试 c 垫料层需要在界面处取样做颗分 密度 渗透性和内部渗透性检查 d 垫料层 反滤料级配控制重点是控制加工产品的级配e 过渡料主要通过在施工时清除界面上的超径石保证对垫层料的过渡性 68 f 主堆石的渗透性大 亦只作建议检查 级配的检查是供档案记录用的g 下游堆石的情况与主堆石相似 但对密度的要求相对较低 3 面板的施工要求面板的施工要求主要包括混凝土的分块 垂直缝砂浆条铺设 钢筋架立 面板混凝土浇筑 面板养护等 69 六 混凝土坝工程 一 混凝土坝的施工技术1 混凝土坝施工的分缝分块分缝分块型式主要有 纵缝分块 斜缝分块 通仓浇筑和错缝分块等四种 a 分缝分块首先沿坝轴线防线划分坝段 坝段之间的缝为横缝 b 用纵缝 斜缝 错缝将一个坝段分成若干坝块 2 混凝土的浇筑与养护工艺流程 浇筑强的准备作业 浇筑时的入仓铺料 平仓振捣和筑后养护 3 大体积混凝土温控措施 1 减少混凝土的发热量 减少水泥用量 m3 采用低发热量的水泥 2 降低混凝土的入仓温度 合理安排浇筑时间 加冰或加冰水般拌合 队骨料进行预冷 3 加速混凝土散热 采用自然散热冷却或预埋水管通水冷却 70 4 混凝土坝施工质量控制要点 1 从原材料的质量控制入手 直至混凝土的拌合 运输 入仓 平仓 振捣 养护等各环节 做大体积混凝土工程还有温度控制和冷却问题 2 混凝土浇筑结束后 进一步