水工建筑物实习报告

前言 车谷水库是中国河北省邯郸市武安市境内的一座水库 位于子牙河系南茗河上 建于 1973 年 水库正常库容为 1300 万立方米 集雨面积为 124 平方千米 海拔为 696 8 米 口上水库建于 1966 至 1969 年 最大水面 2500 亩 库容量 3200 万立方米 水工建筑物是本专业的基础知识 课上学到的知识 若不能与实际结合起来 那么 我们在工作中就不会运用 实践出真知 只有通过观察水利枢纽 研究水利工程 深 入其中 才能够比较好的了解水利工程 可以更加容易地让我们学好农业水利工程 打好基础 实习总体进行地很成功 老师一直在认真地为我们讲解 给我们解惑 让 我们对书本上没有的东西也有了深刻的认识 感谢两位老师的悉心教导 让我们得到 了收获 也感谢同学们的认真好学 让我感受到了轻松快乐的学习氛围 感谢这次收 获颇丰的实习之途 1 实习目的 1 通过对水利工程的现场参观和老师的讲解 了解我国及河北省水利工程的历史 2 了解水利在国民经济中的重要性 了解传统水利与现代水利 可持续发展水利 的含义 了解已建和在建的著名的水利工程 了解水利工程的运用情况和除险加固情 况 3 熟悉土石坝 水闸 渡槽 渠道 倒虹吸 堤防等水工建筑物工程的作用 布 置 组成及对当地经济发展的影响 了解工程施工及组织管理情况和招 投标的情况 4 使同学们增加水利工程的感性认识 巩固学生的专业思想 让学生领会专业的 培养目标 为下一步学习专业知识打下良好的基础 通过实习 还培养学生热爱祖国 水利事业 乐于从事水利工程建设的决心和信心 二 实习时间 2017 年 5 月 16 日 三 实习地点 武安市车谷水库 四 实习单位和部门 车谷水库维修与管理处 五 实习内容 车谷水库 又称朝阳沟水库 位于武安市西北部馆陶乡车谷村北的南名河上游 是 海河流域漳卫河系漳河上的一个控制工程 自 1969 年 11 月始建 1974 年 8 月竣工 水库设计总库容 3799 万 m3 枢纽工程等级为 等 主要建筑物为 3 级 次要建筑物为 4 级 车谷水库大坝设计洪水标准为 100 年一遇 校核洪水标准为 1000 年一遇 20 年一 遇洪水标准河道控泄 110 立方米每秒 1 车谷水库水利枢纽概况 挡水建筑物 主要包括重力坝和堆石坝 右侧堆石坝厚度大于左侧重力坝 且高度 略大于重力坝 外层由石砌而成 且修有马道 内部由岩石混凝土灌注而成 重力坝 全部由石砌而成 外部呈阶梯式 溢洪道 位于两坝之间 基础以第三纪沙层为主 局部为粘土或砾岩 为开敞式陡槽型溢洪道 进口闸共 2 孔 闸门为两扇平板钢闸门 启闭机为卷扬式启闭机 泄洪洞 由两个泄水管道组成 为坝下埋管式 位于溢洪道下面 位于第四纪胶结 不良砾岩上 纯粹的重力坝 或者纯粹的堆石坝 还是不多的 基本上都要混合着 因为各有各 的优点各有各的缺点 可能以长补短 互相辅佐这样的要好些吧 老师带我们从车谷水库右岸沿着坝顶徐徐向左岸走去 老师介绍从右岸到左岸距离 约 300 多米 坝体由重力坝和堆石坝组成 右侧为堆石坝其厚度大于左侧重力坝 且 高度略大于重力坝 外层由石砌而成 且修有马道 我们下去观察了马道 也对自己 的认识有了体会 内部由岩石混凝土灌注而成 左侧重力坝全部由石砌而成 外部呈 阶梯式 溢洪道位于两坝之间 基础以第三纪沙层为主 局部为粘土或砾岩 为开敞 式陡槽型溢洪道 进口闸共 2 孔 闸门为两扇平板钢闸门 启闭机为卷扬式启闭机 泄洪洞 由两个泄水管道组成 为坝下埋管式 位于溢洪道下面 位于第四纪胶结不 良砾岩上 接下来有老师分别带领进行参观 介绍了闸门的基本情况以及闸门的设计和闸门桥 的横纵梁的设计 分析了梁的受力情况为点荷载 在老师的带领下我们进入了启闭机房 最先看到的是水电站进水口的启闭机 上到 二楼是两个闸门的启闭机 都是卷扬式启闭机 随后我们沿着坝体的道路下到了廊道口 我们进入其中 廊道分为横纵 进入后首 先看到的是一个又大又高的通气孔 接着看到的是两个泄洪洞的闸门 为螺杆式的闸 门 后来每位同学分别有下到了下面一层 参观了泄洪洞的整体构造 最后我们进入了位于泄洪洞消力池左侧的电站 电站由两台卧式水轮发电机组成 因为其主要包括重力坝和堆石坝 所以接下来对重力坝和堆石坝各自进行分析 了 解其优缺点 2 重力坝 重力坝是用混凝土或砌石建成的水坝 用材料本身的重量来抵抗水要往下流的水平 压力 重力坝的设计是使坝身的每一部分不需其他坝身的支持 本身即可稳定 重力坝原理 重力坝是用坝体本身的重量去抵抗水因为重力要下游流动的力 水坝中的水会产 生往下游的横向压力 设法要让水坝沿着其坝堤底 水坝往下游处最底部的一点 旋 转 水坝结构的重量要和此力对抗 也就是产生往另一方向旋转的力 水坝设计者需 确保水坝重量够重 其产生力矩可以比水的横向压力产生的力矩要大 在工程中 只 要重力作用在坝体上的力及水压作用在坝体上的力 其合力作用在在坝堤底上游即可 而且 设计者需要考虑坝体的造形 使得若坝体往上游那一面 不会受到往上的 张力 此原因是因为在实务上 最好是让坝体的材料堆积起来即可 不要考虑让坝体 材料紧实 还需要考虑垂直的张力 上述消除坝体上游面张力的外形 也避免了需平衡坝体下游面压缩力的需求 因 此也较经济 不过这类的重力坝 就需要有不渗透 且有高强度的坝基 当设置在适当的地点 重力坝会比其他种类水坝要适合 若在一个仔细研究过的 坝基上修筑 重力坝可能是水坝最好的范例 在许多地区对洪水的恐惧是很有力的诉 求 可能有些地区其他种类水坝会比较适合且经济 但却因为对洪水的恐惧而修筑了 重力坝 优点 重力坝之所以得到广泛应用 是由于有以下优点 相对安全可靠 耐久性好 抵抗 渗漏 洪水漫溢 地震和战争破坏能力都比较强 设计 施工技术简单 易于机械 化施工 对不同的地形和地质条件适应性强 任何形状河谷都能修建重力坝 对地 基条件要求相对来说不太高 在坝体中可布置引水 泄水孔口 解决发电 泄洪和 施工导流等问题 缺点 重力坝的缺点是 坝体应力较低 材料强度不能充分发挥 坝体体积大 耗用 水泥多 施工期混凝土温度应力和收缩应力大 对温度控制要求高 分类 重力坝可以依其结构高度分类 1 低 最高到 30 米 2 中等高度 30 到 100 米 3 高 超过 100 米 重力坝按筑坝材料的不同分为 混凝土重力坝和浆砌石重力坝 重力坝按其结构形式分为 实体重力坝 宽缝重力坝 空腹重力坝 重力坝按泄水条件可分为非溢流坝和溢流坝两种剖面 实体重力坝因横缝处理的方式不同可分为三类 悬臂式重力坝 横缝不设键槽 不灌浆 铰接式重力坝 横缝设键槽 但不灌浆 整体式重力坝 横缝设键槽 并进行灌浆 按照混凝土的施工方式 分为常态混凝土重力坝 碾压混凝土重力坝 其中碾压 混凝土重力坝由于施工方便 技术经济指标优越 近年来得到了迅速的发展 3 堆石坝 堆石坝的主体是用石料填筑 配以防渗体建成的坝 它是土石坝的一种 这种坝 的优点是可充分利用当地天然材料 能适应不同的地质条件 施工方法比较简便 抗 震性能好等 其不足是一般需在坝外设置施工导流和泄洪建筑物 分类 按防渗体设置的部位 施工方法及运用方式 堆石坝的形式主要有以下几种 心墙堆石坝 心墙堆石坝 防渗体位于坝轴线处 两侧为堆石体 防渗体可以为土料 沥青混凝 土 钢筋混凝土 1978 年香港地区建成的高岛 东 沥青混凝土心墙堆石坝 坝高 107m 钢筋混凝土心墙的受力条件比较复杂 容易产生裂缝 抗震性能也较差 现已很 少采用 如土心墙的位置稍偏向上游 且其上下游坡都倾向上游时 称为斜心墙堆石 坝 斜墙斜墙 或面板或面板 堆石坝堆石坝防渗体位于堆石体上游 材料有土料 钢筋混凝土 沥青混凝 土 木材等 防渗土体可以放在堆石体上游 也可在土斜墙上设置较厚的堆石层 瑞 士 1967 年建成的马特马克坝 高 120m 防渗斜墙用砾质土填筑 上游坡较陡为 1 1 7 1 2 1 钢筋混凝土斜墙钢筋混凝土斜墙 或面板或面板 堆石坝堆石坝 坝的上下游坡都接近堆石的自然坡 早期的钢筋 混凝土斜墙坝 在斜墙下部干砌一层片石做垫层 以防止面板出现裂缝漏水 60 年代 以后发展的碾压钢筋混凝土面板堆石坝 面板下一般设置一层垫层料和一层过渡层 靠近面板的垫层料要求渗透系数为 10 10cm s 当面板出现裂缝或止水破坏时 可防 止大量漏水 钢筋混凝土面板可以做成只设竖向缝或分设竖向缝和水平缝 沥青混凝 土可采用单层或双层 1936 年阿尔及利亚建成埃尔格里卜沥青混凝土面板堆石坝 坝 高 72m 木材做防渗体 现已经很少采用 定向爆破堆石坝 定向爆破堆石坝 当河谷狭窄 山体较厚 岸坡高陡 地质条件比较简单时 在两 岸或一岸的山体中预挖药室 放置炸药 一次或分次爆破 使岩体按照一定的方向抛 掷到河谷中 堆积成坝 然后再用一般方法填筑并修整到预定的断面和高度 并在上 游设置防渗层 重力墙式堆石坝重力墙式堆石坝 坝上游用混凝土 浆砌石或干砌石筑一重力式墙 下游为堆石体 在干砌石的上游用钢筋混凝土或沥青木板防渗 香港地区坝高 84m 的新民坝 四川坝 高 51m 的狮子滩坝均采用这种坝型 过水堆石坝 过水堆石坝 于坝顶和下游坡采用钢筋混凝土或浆砌石等护面 并对坝脚加以防护 以防止水流冲刷基 现已建成的过水堆石坝的高度和溢流量均不大 4 水闸 水闸是建在河道 渠道及水库 湖泊岸边 具有挡水和泄水功能的低水头水工建 筑物 关闭闸门 可以拦洪 挡潮 抬高水位 以满足上游取水或通航的需要 开启 闸门 可以泄洪 排涝 冲沙 取水或根据下游用水需要调节流量 水闸由闸室 上游连接段和下游连接段组成 闸室是水闸的主体 设有底板 闸门 启闭机 闸墩 胸墙 工作桥 交通 桥等 闸门用来挡水和控制过闸流量 闸墩用以分隔闸孔和支承闸门 胸墙 工 作桥 交通桥等 底板是闸室的基础 将闸室上部结构的重量及荷载向地基传递 兼有防渗和防冲作用 闸室分别与上下游连接段和两岸或其他建筑物连接 上游连接段由防冲槽 护底 铺盖 两岸翼墙和护坡组成 用以引导水流平 顺地进入闸室 延长闸基及两岸的渗径长度 确保渗透水流沿两岸和闸基的抗渗 稳定性 下游连接段一般由护坦 海漫 防冲槽 两岸翼墙 护坡等组成 用以引导 出闸水流均匀扩散 消除水流剩余动能 防止水流对河床及岸坡的冲刷 水闸大 多建在平原地区的软土地基上 地基土壤承载能力 抗冲能力低 抗渗稳定性差 压缩性大以及水头低而水位变幅大是水闸的主要工作特点 水闸设计包括 选择 闸址和闸孔形式 确定闸孔尺寸 拟定消能防冲 防渗 地基处理 闸室布置方 案 进行稳定 沉降 结构计算等 水闸按其功用可分类为 节制闸 用以调节上游水位 控制下泄流量 建于河道上的节制闸也称拦河 闸 进水闸 又称渠首闸 位于江河 湖泊 水库岸边 用以控制引水流量 分洪闸 建于河道的一侧 用以将超过下游河道安全泄量的洪水泄入湖泊 洼地等分洪区 及时削减洪峰 排水闸 建于排水渠末端的江河沿岸堤防上 既可防止河水倒灌 又可排除 洪涝渍水 当洼地内有灌溉要求时 也可关门蓄水或从江河引水 具有双向挡水 有时兼有双向过流的特点 挡潮闸 建于河口地段 涨潮时关闸 防止海水倒灌 退潮时开闸泄水 具 有双向挡水的特点 冲沙闸 用于排除进水闸或节制闸前淤积的泥沙 常建在进水闸一侧的河道 上与节制闸并排布置 或建于引水渠内的进水闸旁 修建在河道和渠道上利用闸门控制流量和调节水位的低水头水工建筑物 关闭闸 门可以拦洪 挡潮或抬高上游水位 以满足灌溉 发电 航运 水产 环保 工业和 生活用水等需要 开启闸门 可以宣泄洪水 涝水 弃水或废水 也可对下游河道或 渠道供水 在水利工程中 水闸作为挡水 泄水或取水的建筑物 应用广泛 5 启闭机 启闭机用于各类大型给排水 水利水电工程 用于控制各类大 中型铸铁闸门及钢 制闸门的升降达到开启与关闭的目的 是一种大型水利机械产品闸门启闭机关系到水 工建筑物的正常运行 除应满足一般起重机械的设计要求外 工作安全可靠和操作灵 活方便具有特殊的意义 结构特点 1 启闭机包括电机 启闭机 机架 防护 罩等组成 采用三级减速方式 用国旋付传动 输出转距更大 启闭机配套钢架克服土建不平整 以减少整机噪声及振动 2 采用户外型长时工作制电机 防护等级 IP155 行程控制机构采用十进制计数器原理 控制行程的误差 0 5 转距保护控制是通过蜗杆 产生轴向位移触动微动开关 来达到保护电器的原理 3 操作维护简便 可实现现场和远控操作 闸门系列 使用安全 结构合理 性 能良好 泄水量符合国家标准 并且调试维护方便 启闭设备 启闭灵活 经久耐用 封闭性能最佳 自动化程度较高 可广泛用于水利水电工程 河道治理工程 各类给排水工程以及城市污水处理工 程中的闸门 堰门 提拔阀 排泥阀及检修门的升降调节 均得到了国家水利部及质 量检验部门的许可 6 溢洪道 溢洪道 系指水坝或堰的构造物 功能在于排除宣泄超过水库容量之多余洪水 防止溢顶而破坏坝体 以确保水坝的安全 依照溢流泄方式之不同 溢洪道可区分为自由溢流式溢洪道及闸门控制式溢洪道 又依照泄水构造物形式 可分为隧道式溢洪道 陡槽式溢洪道 钟口型溢洪道 又 称为喇叭形溢洪道 侧槽溢洪道 管流式溢洪道 虹吸式溢洪道 坝堰式溢洪道等 溢洪道并不一定建造在坝身建筑物上 亦可在坝址附近另行兴建溢洪道 例如侧槽溢 洪道即离开坝身 用于宣泄规划库容所不能容纳的洪水 保证坝体安全的开敞式或带有胸墙进水口 的溢流泄水建筑物 溢洪道一般不经常工作 但却是水库枢纽中的重要建筑物 溢洪 道按泄洪标准和运用情况 分为正常溢洪道和非常溢洪道 前者用以宣泄设计洪水 后者用于宣泄非常洪水 按其所在位置 分为河床式溢洪道和岸边溢洪道 河床式溢 洪道经由坝身溢洪 岸边溢洪道按结构形式可分为 正槽溢洪道 泄槽与溢流堰正交 过堰水流与泄槽轴线方向一致 侧槽溢洪道 溢流堰大致沿等高线布置 水流从溢流堰泄入与堰轴线大致平行的 侧槽后 流向作近 90 转弯 再经泄槽或隧洞流向下游 井式溢洪道 洪水流过环形溢流堰 经竖井和隧洞泄入下游 虹吸溢洪道 利用虹吸作用泄水 水流出虹吸管后 经泄槽流向下游 可建在岸 边 也可建在坝内 岸边溢洪道通常由进水渠 控制段 泄水段 消能段组成 进水 渠起进水与调整水流的作用 控制段常用实用堰或宽顶堰 堰顶可设或不设闸门 泄 水段有泄槽和隧洞两种形式 为保护泄槽免遭冲刷和岩石不被风化 一般都用混凝土 衬砌 消能段多用挑流消能或水跃消能 见消能工 当下泄水流不能直接归入原河 道时 还需另设尾水渠 以便与下游河道妥善衔接 溢洪道的选型和布置 应根据坝 址地形 地质 枢纽布置及施工条件等 通过技术经济比较后确定 7 消力池 消力池促使在泄水建筑物下游产生底流式水跃的消能设施 消力池能使下泄急流 迅速变为缓流 一般可将下泄水流的动能消除 40 70 并可缩短护坦长度 是一种 有效而经济的消能设施 过水跃 将泄水建筑物泄出的急流转变为缓流 以消除动能的消能方式 因其 主流位于渠槽底部 故又称 底流消能 水跃消能主要靠水跃产生的表面旋滚及 旋滚与底流间的强烈紊动 剪切和掺混作用 它具有流态稳定 消能效果较好 对 地质条件和尾水变幅适应性强 尾水波动小 维修费用省等优点 但 护坦较长 土石方开挖量和混凝土方量较大 工程造价较高 上游水位到跃首断面的落差大 故该处流速高 当弗劳德数 Fr 低时 消散的动能少 即余能多 而余能主要就是跃 后水深表达的位能 水跃消能应用很广 适于高 中 低水头 大 中 小流量 各类泄水建筑物 分类 消力池的型式通常有下降式 消力槛式和综合式等 3 种 1 下降式 降低护坦高程形成的消力池 用以加大尾水深度 促使下泄急 流在池中产生底流式水跃 2 消力槛式 在护坦上 一般在末端 设置消力槛而形成的消力池 多用 于水跃淹没度略感不足 或开挖消力池有困难的情况 3 综合式 既降低护坦高度又设置消力槛而形成的消力池 多用于尾水深 度与第二共挑水深相差较大的情况 8 水电站 水力发电是运用水的势能转换成电能的发电方式 其原理是利用水位的落差 势能 在 重力作用下流动 动能 例如从河流或水库等高位水源引水流至较低位处 流的水流 推动轮机使之旋转 带动发电机发电 高位的水来自太阳热力而蒸发的低位的水分 因此可以视为间接地使用太阳能 由于技术成熟 是目前人类社会应用最广泛的可再 生能源 以水力发电的工厂称为水力发电厂 简称水电厂 又称水电站 以大坝储水形式发电的水力发电是否属可再生能源存在争议 随着长时研究 以 大坝储水发电所造成的问题慢慢地被发现 这种发电方式造成的问题包括大坝造成的 环境会产生强烈的温室气体甲烷 而大坝对原有环境的破坏是永久性的 不可逆转的 但发电功能的寿命却是有限 水力发电分类 水库式水力发电 又称堤坝式水力发电 是以堤坝储水形成水库 其最大输出功 率由水库容积及出水位置与水面高度差距决定 此高度差称为扬程又叫落差或水头 而水的势能与扬程成正比 川流式水力发电 又称引水式水力发电或径流式水力发电 川流式水力发电站的 堤坝相当小 有的甚至没有堤坝 流经的水若不用作发电就会即时流走 在美国 这 种方式的电站产能相当该国耗电量的 13 7 2011 年计 调整池式水力发电是界于水库式水力发电及川流式水力发电之间的发电方式 和 水库式水力发电一様会兴建拦水坝 形成的湖泊称为调整池 但调整池只容纳一天的 水量 因此规模比一般水库要小 潮汐发电是以因潮汐引致的海洋水位升降发电 一般都会建水库储内发电 但也 有直接利用潮汐产生的水流发电 全球适合潮汐发电的地方并不多 英国有八处地适 合 估计其潜能促以满足该国 20 的电力需求 抽水蓄能式水力发电 是一种储能方式 但并不是能量来源 当电力需求低时 多出的电力产能继续发电 推动电泵将水泵至高位储存 到电力需求高时 便以高位 的水作发电之用 此法可以改善发电机组的使用率 在商业上非常重要 6 实习总结 这次实习让我受益匪浅 有很多东西是书本上学不到的 而经过了这次实习 我 们查阅了很多资料 让我们对这门课程 这门专业都有了更深的理解 比如水电站的 优缺点 优点 发电时无污染物排放发电时无污染物排放 营运成本低及稳定营运成本低及稳定 以三峡水电站为例 若 连续以最大发电量发电计 出售 5 至 8 年电力就可以收回建造成本 可按需供电可按需供电 发发 电以外的其他用途电以外的其他用途 水库有储水功能 可以控制水流量 有一定程度的上下游水量分 布调节能力 故可以降低洪水泛滥造成的损失及蓄备灌溉用水 在某些地理环境下 水库能降低河水流速 改善航运 缺点 缺点 寿命有限寿命有限 大部分其他发电方式只要更换新 装置就可以延长发电寿命 但水力发电由于水库内淤泥堆积 寿命有限 由 50 至 200 年不等 一般约为 100 年 淤泥堆积的速率视乎水库大小与沉积物多少 在美国 大 型水库平均每年减少 0 2 的容量 而中国的主要水库平均每年减少 2 3 的容量 投投 资巨大资巨大 破坏生态环境破坏生态环境 能源依赖水流能源依赖水流 以前觉得水电站嘛 肯定要依赖水啊 但是以前觉得水电站嘛 肯定要依赖水啊 但是 通过了这门课程的学习之后 才发现不是我想的那样简单 通过了这门课程的学习之后 才发现不是我想的那样简单 水力发电虽然不需燃料 但需要水源 当一个地区重度依赖水力发电供电后 若发生天旱而水流减小时 该地 区就会发生供电不足的情况 若发电与生活用水都依赖同一水源 情况就更严重 全球气候变化也导至发生水流短缺可能性增加 有研究指出 每当全球气温上升 2 度 就会减少 10 降雨量 有可能导至河流水量下跌 40 巴西的水力发电量也预计 在本世纪末会因此而减少 7 人口迁移人口迁移 上游居住在将被淹盖的土地上的人口需被迁 移 2000 年 全球因此而被迁移的人口有 4 千至 8 千万 位置受限位置受限 并不是任何地点 都适合建水库 除需在适合的水源及地形外 还需考虑一系列因素 包括地质结构 对自然环境影响 对当地居民影响等 当然 这个我觉得还好 至少我们还有得选择 只要选择得当 不会对环境造成负面影响 而工程