水库工程知识

水库工程
一、水库工程基本知识
(一)基本概念
大(一）型水库:是指总库容大于10亿立方米的水库。

大（二型）水库：总库容为1—10亿立方米的水库。

中型水库：总库容大于1000万立方米，小于1亿立方米的.
小型水库：总库容大于10万立方米,小于1000万立方米的水库。

总库容100-1000万立方米为小㈠型。

10-100万立方米为小㈡型。

总库容小于10万立方米的为塘坝.
“水库三大件”：是指大坝、溢洪道、放水建筑物。

坝坡：大坝临水的一面称为迎水坡或叫内坡。

背水面称背水坡或叫做外坡。

一类坝：实际抗御洪水标准达到部颁规范规定。

大坝性态正常，能按设计要求发挥功能，或者存在某些问题，不影响大坝整体安全，能按设计正常运行的坝.
二类坝:实际抗御洪水标准不低于部颁近期运用标准，大坝性态正常,能按设计正常运行，或者工程存在某些质量问题，但不影响大坝整体安全的坝。

三类坝:实际抗御洪水标准低于部颁标准,或者是工程存在较严重的质量问题，影响大坝整体安全,不能正常运行的坝。

集雨面积：在分水线范围的流域面积称集雨面积或来水面积.
死水位和死库容：水库在正常运行情况下，允许消落的最低水位叫死水位.在死水位以下的库容叫死库容。

兴利水位和兴利库容:在正常情况下，蓄水位至满库时的水位,称兴利水位或正常蓄水位，兴利水位与死水位之间的库容称兴利库容或有效库容。

最高洪水位和滞洪库容:按设计洪水位确定的洪水位,称为设计洪水位；按校
核洪水位确定的最高洪水位，称为校核洪水位，在正常蓄水位之间的库容，称为滞洪库容。

总库容：是指校核洪水位以下的库容.
（二)土石坝
1、结构形式
①均质土质
均质土坝坝体由透水性较小,性质基本相近的粘性土料筑成，通常采用壤土或砂质粘土.因为土料本身具有较高防渗性,所以不再设防渗体。

②心墙坝
心墙坝是在坝体中部设置有粘土做的心墙作为防渗体，两侧坝壳则为透水性较大的土料（如砂砾料、石碴料、风化料等)碾压而成或块石堆筑（砌筑）而成。

在心墙与坝壳两种不同的材料之间设置有反滤过渡层。

③斜墙坝
斜墙坝是将粘土防渗体筑在坝体上游侧,斜卧在坝坡上，构成斜墙。

④多种土料坝
筑坝土料在两种以上，通常将透水性小，颗粒小的土料放在坝体上游，土料的透水性能则由上游面向下游逐渐增大；也有把透水性小的土料放在坝体中部，透水性自中部向两侧逐渐增大。

2、坝的断面设计
小型水库土坝断面设计的目的是要达到经济安全.即要求土石方数量最小，施工方便，节省人工,还必须满足下列要求:
① 坝顶不能被洪水浸溢；
② 坝的迎水坡和背水坡都要有足够的稳定坡度，不致造成滑坡
③坝基坝身不致发生穿漏和管涌现象；
(三）溢洪道
1、溢洪道结构型式:
溢洪道有组成部分主要由进口段、控制段、陡坡段、消能段和退水段五部分组成。

其中控制段陡坡段、消能段是溢洪道的主体.
2、溢洪道的工作特点：
溢洪道的任务就是将汛期或水库拦截蓄不了的多余洪水或径流从上游一定高程安全地泄放到下游的河床中去，从进水口到出水口段相当于一段缩短距离的人工河道,落差较大。

因此,各组成部分有各自有工作特点。

（1）进口段：进口段的作用是将渲泄水流平顺地引向控制段.若断面突然收缩，则水流急剧变化,因此为使水流平稳,在平面上应有渐变段。

（2）控制段：控制段是控制溢洪道泄流能力大小的建筑物。

控制段溢流堰的堰型直接影响到过水能力的大小，因此，控制段的过水能力就代表溢洪道的过水能力。

宽顶堰、实用堰以及明渠等都有各自的特点。

①、宽顶堰:宽顶堰的构造简单，施工方便，小型水库比较常用.
②、实用堰：实用堰的过水能力较大。

实用堰比宽顶堰施工工艺复杂,但流量系数较大。

若增大泄洪能力需扩宽控制断面.如开挖工程量特别大时，往往采用改变堰型为实用堰。

这比采用宽顶堰开挖宽度要小得多。

③、明渠式：控制段未设堰，其过水能力与明渠一样。

此种形式的过水能力比宽顶堰小得多，一般只在水头大、泄劲流量很小、进口段与控制段地形平缓时，为了减少开挖量而采用。

当核算溢洪道的过水能力叶，特别是小型水库，往往容易将明渠流当作宽顶堰对待，用宽顶堰的公式计算，往往造成工程的实际过水能力远远未达到设计要求。

(3）陡坡段：陡坡段的作用是将经过控制段的水流迅速输送到下游河道。

陡
坡段的坡度是由地形地质和衬护料等因素综合决定。

陡坡段在平面上应布置成直段,尽量避免弯道。

已成工程中,陡坡段布置成弯道的，弯道上砌石往往被冲坏。

（4)消能段：陡坡段下泄的水流具有很大的能量，因此在陡坡段末端设置消能工（起消能作用的建筑物），消除水流的余能使之平稳的进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.小型水库的溢洪道多采用消力池的形式。

（四）、放水建筑物
1、基本要求
①小型水库输水洞（放水涵洞)大都是为灌溉农田放水设置的，所以设计管径必须满足灌溉用水的要求。

②小型水库放水涵洞，一般都埋在土坝的底部,所以必须放在牢固的基础上，以防止断裂.否则不但影响灌溉,还会危及坝体的安全。

③放水涵洞是运用频繁的建筑物，要求启闭灵活、可靠，防止人不损坏和冻害。

2、输水洞几种形式
小型水库放水涵洞的下列几种形式:
①混凝土涵管.可就地浇注一次成形，但抗压强度低.
②钢筋混凝土涵管。

具有抗压和防断裂的优点，是较通用的一种型式，其管径可随意选择.
③石砌方涵和石砌拱涵。

可就地取材，但浆砌结构埋在坝下，受力不均易断裂。

④铸铁管和钢管.一般适用于口径较小，输水量不大的小㈡型水库。

涵管进口采用闸门卧管笛子豆刂木（砼）塞做启闭设备。

坝较高、库容较大水库的启闭设备，应选用闸门控制。

库容小、低坝多用卧管笛了豆刂木塞或
砼塞控制,也可用闸门控制。

闸门控制。

运用方便、易于维修和管理,但应做好止水防水闸门漏水.
卧管笛子豆刂木塞控制.运用方便、易于维修,放出的水的水温对作物生长适宜，但不易管理和止水.
闸阀控制严密,很少漏水现象，操作比较方便,但闸阀容易冻裂，使操作失灵。

3、放水涵管拼接
坝下放水涵管除落在较坚固基础上以防止断裂外，管接头也很重要，如搭接不好会发生漏水现象，水库修成后漏水处理难度很大。

钢筋混凝土涵管有分节预制后拼接的和整体浇注的两种。

分节预制的优点是节省模板,施工养护条件好的，适宜于小管径涵管.每节1。

0~1。

5m左右.整体浇注需模板多,完整性好，工期较长,两者视工期及施工条件综合考虑加以选择。

但都必须先做好管座(或称底板）,然后在管座上安放预制管或进行整体浇注,为了防止管身伸缩，一般管座与管身之间用刷沥青及铺油毡分离。

放水涵管预制后，拼接有套接和环接两种。

①套接法。

将承管愉壁和插管外壁先凿毛，冲洗干净并敷设水泥砂浆，对准承口推入,使两管挤紧，然后在管内外接缝中嵌入石棉水泥或沥青麻丝（用30％石棉纤维、70%水泥配制，加水量为水泥重量的10%左右）嵌入打紧，待管道全部拼接后，逢口外包厚3cm，宽10cm的水泥砂浆，混凝土管径先浇20cm厚平底，待管子套接包逢后，再加浇混凝土包角，使涵管与管座紧密结成一体。

②环节法。

承接安装与套接法相同，为保证接口的坚固性，在管节接缝口外包宽40cm，厚40cm钢筋混凝土套环。

为了避免就地浇注的管道因温度变化而产生裂缝，应沿管道每15m做一伸缩缝，预制分节管道也应每15m做一个伸缩缝。

伸缩缝外加圆套环，与环节法相同，不过套环与管壁之间需铺一层油毛毡，涂二层沥青,以防收缩造成漏水.
4、放水涵洞基础与坝体的结合
（1）放水涵洞基础
为了防止放水涵洞洞体断裂，必须有一个坚固的基础。

实践证明，小型水库放水涵洞完全座落在岩石上是不可能的,有条件的地方,应充分利用有利地形，使放水涵洞座落在岩体上,这样不但牢固可靠，而且还会节省大量资金.没有条件的必须采取措施改善地基条件,其措施如下：
①如放水涵洞基础是风化严重岩石，须将表面的破碎岩石清除,上部浇注10cm厚混凝土垫层，待达到一定强度后就可安装管身,其目的是便于施工放线和安装。

②遇到较坚硬的土基(坡积土和残积土)时，须平整后，浇注厚20cm的混凝土底板,即可安装或浇注管体。

③较软土层（自然状态）则需做厚30cm的砌块石基础，上部再浇注厚20cm 的混凝土底板，也可不做浆砌石基础，在土基上浇注钢筋混凝土底板，增加地基承载力。

5、如遇到人工回填或弃渣,必须彻底挖除，用浆砌石或混凝土回填。

（2）放水涵洞与坝体结合
小型水库输水洞多采用下埋管型式，值得注意的是,除要防止不均匀沉陷造成管身断裂外,还要注意与坝体结合，防止水流沿管体侧渗流.实践证明，已建成小型水库中有不少由于沿管壁渗漏而不能蓄水。

防止措施：采用止水环,就是沿管身每6—10cm做止水环，使水流不能直接沿管壁流过。

止水环多用混凝土或钢筋砼做成，浆砌石不宜采用,如用铸铁管或钢管则需用钢板做成,板厚不能薄于管壁，并与管身一样，须做防腐处理。

二、水库工程养护和维修
水库工程的养护和维修工作一般分为养护、岁修、大修和抢修四大类：
养护:是指保持水库建筑物完整状态和正常运用的日常维护工作，也包括一般的小修小补。

岁修:是指一年一度对建筑物进行的全面检修,它涉及面较广，工作量较大.
大修：是指建筑物遭到较大程度的破坏,需要进行大规模的修理或更新改造，才恢复正常工作能力的，称为大修。

抢修：是指水库建筑物突然出现破坏，形成险情,危及水库安全的情况下，进行的紧急抢险措施。

（一）土坝的养护和维修
1、土坝的安全管理
对于位置重要的土坝，一般不允许行人随意在坝顶往来或停留，特别在防汛期间，必须有专人上坝值班巡视；一般不允许把坝顶作为公路交通或牛、马车道,要尽可能做到坝、路分家，这样即有利于土坝的管理养护，又有利于安全保卫;不准利用坝坡作为航运码头，或在坝坡范围内停泊船只，以防损坏坝坡。

禁止在坝顶或坝坡上堆放重物；禁止在大坝和建筑物附近炸鱼、挖坑取土,或放炮炸石，以免影响大坝安全；禁止在大坝上种植作物、放牧牲畜、铲草积肥，如土坝离居民较近，更应加强管理,防止牲畜上坝毁损护坡和坝体。

2、坝面养护和维修
①要经常维修坝顶路面，使其保持平整，以免在坝顶形成坑洼集积雨水.路面修成龟背形或有一定坡度，以利排除雨水。

②对坝顶防浪墙要保持完整，经常检查有无裂缝，有无倾斜和局部损坏的现象，并正确找到原因，采取措施及时修补。

③对上游坝坡砌石（或混凝土板)要经常检查有无塌陷、隆起、裂缝、松动或淘刷架空等现象,尤其在每年冬季，当水库放完后，应全面检查，及时进行修补.对于块石护坡修补方法一般有以下几种:
翻砌：对于部分块石因尺寸过小或嵌砌不紧，在风浪冲击下有松动现象时,可换砌较大石块，重新翻砌嵌紧；当石块松动、垫层补冲，甚至淘刷坝体，则应先翻坝体和垫层，然后翻砌块石，个别或冻毁块石,应换砌质量好的块石。

混凝土或砂浆灌缝:有的地区风浪较大，即使采取较大块石护坡,由于受风浪冲击仍然容易翻动;或者更换较大块石，石料来源有困难时,可采用混凝土或者砂浆灌缝。

框格填护土：如果护坡小块石面积较大，全面更换有困难时，可采用浆砌块石或混凝土或者干砌条石框格填石处理。

框格可做成菱形、三角形或矩形.框格条宽约0。

5米，嵌入坝体深约0。

3米,框格面积控制在4—5平方米.
④对粘土斜心墙或粘土铺盖的上游坡面和铺盖坝，要加强养护和管理，特别是对粘土铺盖部分,在水库放干后应及时进行检查维修，要培厚砂石保护层，避免粘土铺盖层直接曝晒，引起深层干缩裂缝而漏水。

严禁在铺盖部分挖坑取土。

⑤下游坝坡的草皮护坡要注意养护。

经常清除杂草,草皮护坡遭到破坏时，应将破坏部分挖出,先填土夯实，恢复坝体，然后将坝面扒松、洒水，再将带有原土（厚约10厘米）的草皮铺值在坝坡上，并压打紧实洒水养护。

下游坝坡上，应禁止种植灌木、杂树、芦苇子等，也不允许杂草丛生。

因为灌木、芦苇、杂草的根系会使坝坡土壤松散,影响坝坡稳定。

特别是：枯死的根系遗留在坝体内，往往还会为虫兽提供食物，或腐烂后形成渗漏通道，从而危及土坝安全。

3、排水设施的养护和维修
①为保证坝面不受雨水冲刷，根据坝体情况，应在顶坝、坝坡、坝端和坝脚附近设置集水、截水及排水沟等。

平时对这些水沟需要注意养护，及时整修，加固和清淤,特别要注意排水出路畅通，避免在坝面造成积水，形成沼泽。

②坝坡排水沟我采用明沟形成，用浆砌块石或混凝土做成,一般布置在土坝
的外坡，纵向沟沿坝轴线方向，按高程每隔10—15米布置一条，有马道、平台的,结合马道平台布置；横向排水沟根据坝坡而定,平缓的坝坡可顺坡而下，较陡的坝坡可与坝面斜交,以便减少排水沟纵坡，或做成台阶形式，结合上坝道路，又可减速消能。

③在土坝两端与山坡接头处,应有带有防冲刷护砌的截水沟，以拦截山坡来水、岩石渗水和坝面来水。

截水沟断面大小,应根据来水量大小而定。

④下游坝址排水设备。

（反滤层)受到堵塞冲刷时，应重新翻修，使其符合反滤要求；对于深入坝体内部的排水设备翻修比较困难，可重新补做排水设备,并将原来的排水设备封闭。

不论是翻修或补做，都设置三层反滤，各层反滤料粒径应当符合设计规定。

翻修排水设备,应在低水位时进行.
土坝背水坡应当有禁脚,禁脚宽度为坝高2—3倍,在禁脚范围内不得修筑养鱼池或挖坑取土。

因为养鱼池或挖坑取土会破坏地基渗透稳定，加速坝基渗漏.抬高坝体浸润线,不利于坝坡稳定，又影响土坝的检查工作，使坝基渗漏不易发现。

(二)土坝的裂缝及其处理
1、土坝的裂缝及产生的原因
土坝的裂缝产生的原因。

主要的以下几个方面：
①因筑坝土料失水干缩而引起的裂缝;
②因不均匀沉陷而引起的裂缝；
沉陷裂缝一般分为横向沉陷裂缝，纵向沉陷裂缝和内部裂缝三种形式.
通常情况下,以下部位和条件，容易产生横向裂缝：
1）河床坝段与台地段的结合处;2）坝体与两岸山坡结合处；3）坝下涵洞位置相应的坝顶或坝坡上；4）土坝分段施工的结合处。

纵向沉陷裂缝一般出现在以下部位：
1)坝壳与心墙的结合面处；2)河边坡降大的坝段；3)坝基压缩性大的坝段；
4)坝体填筑质量差的部位；5）跨骑在山脊上的土坝。

内部裂缝的产生可能出现在以下部位:
1)修建在高压缩性地基上的土坝；2）粘土心墙坝
3）因滑坡而引起的裂缝.
2、土坝裂缝的预防和处理
对土坝裂缝的处理，一般有以下几种：
①开挖夯实、灌土、封面；
②开挖回填;
③灌浆处理。

（三）土坝滑坡及其处理
1、滑坡产生的原因：
①碾压或土坝施工质量太差是引起滑坡的主要原因；
②对筑坝土料没有进行鉴定，试验，而坝坡较陡的；
③坝基有淤泥或其他压缩性大的土层,在筑坝时未加处理的；
④土坝加高增厚,新旧土体之间没有很好的结合的.
另外，以下外部因素也是诱发滑坡和加速滑坡发展的重要原因：
①水库水位降落速度太快；②土坝排水设施堵塞，坝内浸润线位置抬高，使下游坝体浸水饱和；③坝面发生纵向裂缝而未加处理；④其他外部因素，如地震、在土坝附近瀑破炸石、在坝附近炸鱼，在坝顶或坝坡上堆放重物等等。

2、土坝滑坡预防处理
根据实践证经验,滑坡处理有以下几种措施：
①开挖回填;②放缓坝坡；③压重固脚;④清淤排水；⑤开沟导渗,滤水还坡；
⑥裂缝处理.
(四）土坝渗漏及其处理
散浸:水库高水位运行时,坝身泡水，坝外坡局部地方出现的渗漏，叫散浸。

管涌：当渗透压力加大,土体中土粒被推动并且从孔隙中带走,称为管涌。

1、土坝渗漏的原因：
土坝渗漏按其发生部位，可分为坝身渗漏,坝基渗漏和绕坝渗漏三种：
①坝身渗漏的主要原因为：因坝身填筑质量太差,如碾压不实,特别是分期、分段施工或分层填心墙,斜墙时，层面或交界结合处不密实，结合处少压或者漏压；土料中含砂太多，透水性过大；以及土料中含有杂草，树根腐烂后在坝身内形成的空隙，蓄水后成为渗水通道等.
②坝基渗漏的主要原因有：坝基是砂卵层，设计施工中没有很好处理的.
③绕坝渗漏的主要原因是：在施工中对坝端山头没有很好处理，或者是山头的岩石中有裂缝,溶洞和生物洞穴未加处理，也可能是接触渗漏等。

2、土坝的渗漏处理
处理渗漏的主要原则是：“上截下排”
①上游导渗减渗措施：1)抛土；2）粘土铺盖；3）粘土防渗墙4）粘土贴坡；
5)浆砌块石护面;6）灌浆处理；7）套井回填；8）堵塞洞穴。

②上游导渗排水设施
1）开挖导渗沟；2)导渗培厚；3)坝后导渗。

（五)输水洞（放水涵洞）维修
1、检查洞体和拼接处是否漏水。

如果发现断裂应找明原因，采取加固措施；如果发现因混凝土浇注质量不好或两管拼接处漏水，则需用彻底凿毛后，用高标号水泥砂浆堵口抹平，必要时还可用环氧树脂处理；如果发现整个洞身或管体的质量问题时，可采用洞内加套管方法解决。

2、检查放水闸阀和启闭设备是否损坏，启闭操作是否灵活，有无冻裂冻坏现象,越冬时应加温保管。

（六）溢洪道的的养护和维修
溢洪道各组成部分的损坏，多与其布置构造和结构设计是否与该段的具体的地质、地形和槽内水流状况相适应有关，故修理措施也应把这些因素综合起来考虑。

1、溢洪道泄洪能力不足的处理措施:
当溢洪道泄洪能力不足时，可采取扩建溢洪道的措施，主要包括加宽加深过水断面,如果地形条件允许,挖方量不大，应优先考虑加宽断面的方法，以免减少兴利库容；如果岸坡陡，挖方量大，则可考虑加深过水断面的方法。

实践中，也可以根据实地情况，同时采用加宽和加深相结合的办法.另外,在加深溢洪道的同时，应对溢洪道的导水翼墙采取加固措施或进行改建。

2、引水渠损坏修理
引水渠损坏主要包括岸边垮塌和冲、淘刷两种。

主要修理措施是：加强断面护砌，或加大引水渠断面或改善引水渠布置，使整个引水渠内的水流速度都控制在土质或衬砌的不冲流速以内。

3、溢流堰损坏处理
溢流堰包括有闸门控制或无闸门控制两种。

有闸门控制的堰顶，建有利用闸门挡水的闸室，常见的损坏修理方法是：①当闸室防渗长度不够时,应加作截水墙或加作铺盖（向上游延长水平防渗）；②边墙(堰)的加高和防渗处理.无闸门控制的堰顶如果经过护砌了，常因沉陷不均引起断裂，气蚀或冻坏。

一般处理方法是：每个汛期前用水泥砂浆或环氧砂浆修补好，如果严重损坏，则需处理好地基，进行彻底修理。

三、水库防汛抢险
防汛:是指在汛期了解和掌握水库水情变化和建筑物的状况,加强水库和下游的安全防范工作。

抢险:是指在汛期建筑出现险情后，为了避免水库失事而需要进行的紧急抢护工作。

(一）防汛抢险的准备工作
1、建立健全防汛机构；
2、准备防汛器材物资；
3、掌握水情和工程运行状态
对工程状态的观测和检查包括以下内容:
①大坝裂缝、沉陷、位移、滑坡、塌陷(跌窝）.
②坝坡和地基部分的渗透变形，如散浸、漏水、管涌、流土等。

③闸门启闭是否灵活，有无锈蚀、脱焊、螺栓松动破裂等。

④输水管（洞）有无裂缝渗浆、漏水现象。

⑤溢洪道有无淤积、堵塞，两边山坡有无松动、脱坡迹象.
4、宣传防汛抢险技术知识
(二）防止土坝漫顶的措施
1、“水涨坝高”。

即随着洪水的上涨，不断加高坝顶，使其拦住洪水，不致浸溢.
抢筑子堤的方法，一般有以下几种：
①土料子堤。

土料子堤适用于坝顶较宽,附近取土容易，内浪不大的水库。

②土袋子堤。

土袋子堤适用于坝顶宽,附近取土困难或土质较差，受风浪冲击较大的水库.
③利用防浪墙抢筑子堤。

④单层木板或埽捆子堤。

⑤双层木板或埽捆子堤.
2、加大泄量.加大泄流量是防止洪水浸顶,保证土坝安全的措施之一。

一般有以下几种方法。

①利用已有的放水建筑物泄洪；
②采取非常保坝措施，（包括开挖或破坏非常溢洪道，副坝等）
（三）散浸、滑坡及漏洞的抢护
1、散浸：是指水库高水位运行时，坝身泡水后，坝外坡出现的局部渗漏。

抢护的原则与方法是:“临水截流，背水导渗，降低浸润线，稳定坝坡”.具体做法是：
①开沟导渗。

在土坝背水坡有散浸的部位上，进行开沟导渗，沟宽和沟深及间距视散浸程度的具体情况而定；
②作反滤层法。

先将散浸处的表层埋土挖去厚约50厘米左右,再分层依次回填粗砂、砾石和碎石。

粗砂厚约20厘米左右,砾石和碎石层厚约15厘米，最后在碎石层上再盖一层小片石。

2、滑坡：下游坝坡的抢护方法是：“盖重固脚，开沟导渗，放缓坝坡"。

常用的抢护措施是：
①透水土撑。

在筑土撑的部位，将滑坡松土削成斜坡，然后开沟，在沟内分层放置砂石,碎砖等导渗材料。

然后分层填土形成土撑。

②透水压浸台:透水土与透水压浸不同,透水土撑有间距，透水压浸台则是全面做，并且要超出滑坡两端10米以上。

上游坝坡滑坡和抢护方法：适当降低库水位（控制降水速度,以免引起更大滑坡）,以石料镇脚，若有可靠全部放空库水,应进行彻底处理。

3、漏洞：是指坝的下游坡或坝址出现的漏水洞眼。

抢护漏洞险情的关键是堵塞进水口，使水库的水不再进入漏洞.其次是在下游坝坡漏洞出口处围井倒滤。