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工程案例
无论是治理水害或开发水利,都需要通过一定数量的水工建筑物来实现。按照功用,水工建筑物大体分为三类:①挡水建筑物;②泄水建筑物;③专门水工建筑物。由若干座水工建筑物组成的集合体称水利枢纽。
挡水建筑物
阻挡或拦束水流、拥高或调节上游水位的建筑物,一般横跨河道者称为坝,沿水流方向在河道两侧修筑者称为堤。 坝是形成水库的关键性工程。近代修建的坝,大多数采用当地土石料填筑的土石坝或用混凝土灌筑的重力坝,它依靠坝体自身的重量维持坝的稳定。当河谷狭窄时,可采用平面上呈弧线的拱坝。在缺乏足够筑坝材料时,可采用钢筋混凝土的轻型坝(俗称支墩坝),但它抵抗地震作用的能力和耐久性都较差。砌石坝是一种古老的坝,不易机械化施工,主要用于中小型工程。大坝设计中要解决的主要问题是坝体抵抗滑动或倾覆的稳定性、防止坝体自身的破裂和渗漏。土石坝或砂、土地基,防止渗流引起的土颗粒移动破坏(即所谓“管涌”和“流土”)占有更重要的地位。在地震区建坝时,还要注意坝体或地基中浸水饱和的无粘性砂料、在地震时发生强度突然消失而引起滑动的可能性,即所谓“液化现象”(见砂土液化)。
泄水建筑物
能从水库安全可靠地放泄多余或需要水量的建筑物。历史上曾有不少土石坝,因洪水超过水库容量而漫顶造成溃坝。为保证土石坝的安全,必须在水利枢纽中设河岸溢洪道,一旦水库水位超过规定水位,多余水量将经由溢洪道泄出。混凝土坝有较强的抗冲刷能力,可利用坝体过水泄洪,称溢流坝。 修建泄水建筑物,关键是要解决好消能和防蚀、抗磨问题。泄出的水流一般具有较大的动能和冲刷力,为保证下游安全,常利用水流内部的撞击和摩擦消除能量,如水跃或挑流消能等。当流速大于每秒10~15米时,泄水建筑物中行水部分的某些不规则地段可能出现所谓空蚀破坏,即由高速水流在临近边壁处出现的真空穴所造成的破坏。防止空蚀的主要方法是尽量采用流线形体形,提高压力或降低流速,采用高强材料以及向局部地区通气等。多泥沙河流或当水中夹带有石渣时,还必须解决抵抗磨损的问题。
专门水工建筑物
除上述两类常见的一般性建筑物外,为某一专门目的或为完成某一特定任务所设的建筑物。渠道是输水建筑物,多数用于灌溉和引水工程。当遇高山挡路,可盘山绕行或开凿输水隧洞穿过(见水工隧洞);如与河、沟相交,则需设渡槽或倒虹吸,此外还有同桥梁、涵洞等交叉的建筑物。水力发电站枢纽按其厂房位置和引水方式有河床式、坝后式、引水道式和地下式等。水电站建筑物主要有集中水位落差的引水系统,防止突然停车时产生过大水击压力的调压系统,水电站厂房以及尾水系统等。通过水电站建筑物的流速一般较小,但这些建筑物往往承受着较大的水压力,因此,许多部位要用钢结构。水库建成后大坝阻拦了船只、木筏、竹筏以及鱼类回游等的原有通路,对航运和养殖的影响较大。为此,应专门修建过船、过筏、过鱼的船闸、筏道和鱼道。这些建筑物具有较强的地方性,修建前要作专门研究。
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