水工建筑物--第二章水利水电枢纽工程设计方法

向家坝水电站 挡河大坝采用混凝土重力坝， 坝顶高程383.00m，最大坝 高161.00m，坝顶长度 909.26m。
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层理
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第五节 建筑材料研究
一、基本概念
建筑材料是指水利水电工程各建筑物施工所需要的材 料。建筑材料通常分为三大类：
第一类为矿物质材料:包括天然土料、天然石料、烧土制品、 无机胶凝材料、混凝土以及水泥砂浆等。
三、防止和减轻不利影响的对策
➢ 对于作为供水水源的工程，要制定水源保护条例和管理办 法，密切监视水库水质状况，严格控制污水排放，确保水 库不受污染。
➢ 对有供水任务的工程，要保证泄放基流，满足下游生活及 环境用水的要求。
➢ 葛洲坝水利枢纽通过修建船闸解决了船只过坝问题；采取 人工孵化放流的办法，取代鱼梯，较好地解决了中华鲟产 卵的问题。
析以及溃坝洪水分析等，均需视具体情况而确定 计算分析的要求。
第四节 工程地质研究
一、基本概念
水利水电工程地质是工程地质中专门研究与水利水 电工程建设有关地质问题的学科，研究工程区域的地 形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件、物理 地质现象、岩土物理力学参数，研究工程地质条件与 建设工程及各建筑物的相互作用和影响。
水库蓄水后，库区周围的工程水文地质条件将发生较大的变化， 同时将产生一系列的水文工程问题，如水库渗漏、浸没、坍岸、淤积和 诱发地震等。
三、坝基岩体稳定性问题
➢ 软弱夹层
软弱夹层是指遇水易软化、力学强度低的薄层，它 是影响水工建筑物整体稳定、变形稳定以及渗透稳定的关 键条件，常常成为设计研究中的重点。
பைடு நூலகம்、主要工程地质问题
➢ 区域构造稳定
区域构造稳定主要是指活断层和可能发生的地震对工程的影响。 基本内容有： ➢ 区域构造背景分析：确定库坝区基本地震烈度及基岩地震水平峰值加速 度等 。 ➢ 工程区构造稳定性评价：研究断层分布及活动性。 ➢ 建筑物工程地质勘察：场地工程地质条件的详细勘察。
➢ 水库工程地质
二、主要环境影响问题分析
➢ 移民安置，毁林开荒将造成水土流失。——自然环境破坏 ➢ 水库蓄水引起库周地下水位抬高，易导致浸没、内涝或土地
盐碱化等；引起库岸崩坍，诱发水库地震。——次生环境破 坏 ➢ 水库蓄水后，因水流变缓，水体稀释扩散能力降低，水体中 污染物浓度增加；水介疾病增加。——疾病的产生和流行 ➢ 水库蓄水后，水温结构发生变化，可能出现分层，对下游农 作物产生冷害。——作物生长环境变化 ➢ 多泥沙河流，水库回水末端易出现泥沙淤积，导致河床抬高， 影响航运。——航运条件变化 ➢ 水库蓄水后，水面增加，对库区的气候可能产生影响，引起 风速、湿度、降水、气温等气象要素的变化。——气候变化 ➢ 库区的文物古迹可能被淹没而需要迁址。
四、地质勘测新技术
航天航空遥感技术：利用卫星遥感图象进行一些 区域地质和地貌的宏观研究。
钻探技术：钻探是坝址工程地质研究的主要手段， 通过钻进岩层取出岩芯式样。
物理勘测技术：在钻孔中观测和定位各种地质现 象，如钻孔彩色电视。
弹性波CT技术：地球物理层析成像技术。 GPS和GIS技术：卫星定位技术。
第二类为有机质材料:包括木材、竹材、沥青、土工合成材 料等。
第三类为金属材料:包括钢筋、钢板及各种有色金属材料。
在水利水电工程建设中，应用较多的是天然建筑材 料、水泥、混凝土、钢材、木材、沥青以及土工合成 材料等。
二、天然建筑材料
需要按照勘察试验规程规定进行必要的地质测绘、勘探、试验及 研究等工作，包括开展天然建筑材料料场方案的综合比较等，探明其 储量、质量、开采方法和运输条件等。
长江葛洲坝水利枢坝址中软弱夹层数量多、厚度薄， 变位大。处理方法主要有：固结灌浆为主的加固处理措施、 强透水带的深孔固结灌浆处理及全封闭的防渗排水措施。
➢ 龙羊峡水电站——复杂地质条件的典型工程
龙羊峡水电站为重力拱坝，存在坝肩岩体的抗滑稳定 问题和库岸岸坡的滑坡问题。处理方法主要有：对两岸不 稳定岩体进行预应力锚索和抗剪力洞塞处理，岸坡设置锚 杆、锚桩，排水孔和表面衬砌。
三、水文分析计算的主要内容
➢ 水库水量平衡计算。 设计径流计算：用于确定正常蓄水水位和兴利库 容。 设计洪水计算：用于确定最高洪水水位和防洪库 容。
➢ 厂、坝区水位流量关系。 ➢ 水文预测预报。 ➢ 泥沙分析计算。在多沙河流上，泥沙淤积是影响
水库使用年限和水电站效益的关键性问题。 ➢ 其他水文工作。包括水质分析、下游不稳定流分
运营后，要进行一次系统的项目后评价。其主要内容包括影响评价，即项目投产后 对各方面的影响进行评价;其次是经济效益评价，对项目投资、国民经济效益，财务 效益、技术进步和规模效益、可行性研究深度等进行评价，对项目的建成投产后的 整个经济进行评价，以便总结经验，以便在以后相似项目的建设中总结经验，找到 更为合理的技术和经济的组织方案，不断提高项目的决策水平和投资效果的目的。
水工建筑物
赖国伟
2020年10月22日
第二章 水利水电枢纽工程 设计方法
由于大 中 型水利工程规模大，工期长，技术复杂，
从大的方面讲，水利工程建设的程序有： 工程建设的流域规划： 设计阶段： 建设实施阶段： 竣工验收阶段：在该 阶 段 编制竣工决算，如实体现建设项目的实际造价 ，并总结经验，积累资料，不断提高工程造价管理的水平。 项目后评价阶段：项 目后 评 价阶段是建设项目竣工投产后，经过1-2年的生产
五、经济评价的发展趋势
经济评价的依据：原国家计委和建设部于1993年4月发布了 《建设项目经济评价方法与参数（第二版）》、《建设项目经 济评价方法》、《建设项目经济评价参数》、《中外合资经营 项目经济评价方法》等有关规定。
中国水利水电项目财务评价的发展趋势是：保持与经济体 制改革同步。
第七节 设计阶段划分
➢ 坝基岩体工程地质分类
目前国家标准（GB50287-1999）中，坝基岩体工程地 质分类主要考虑了岩体强度、岩体结构、结构面性状等因 素，坝基岩体划分为Ⅰ类～Ⅴ类。Ⅰ类岩体完整， Ⅴ类 岩体破碎。
➢ 坝基岩体稳定性分析
坝基抗滑稳定性是指坝基岩体在建坝后的各种作用下， 抵抗发生剪切滑动破坏的可能性。其破坏形式主要有三种 类型，即表面滑动、浅层滑动和深层滑动。
三、水工混凝土
混凝土是以水泥、砂、骨料和水为主要原料，按适当比例配合而成， 经搅拌、浇筑、振捣、硬化而形成的建筑材料。
水工混凝土在拌和、运输、浇筑、养护过程中，除有与一般普通混凝土
相同的质量控制要求外，有时还有一些专门要求，如：①控制混凝土浇筑温度。 ②对混凝土浇筑的分缝尺寸、分块高度、相邻坝块的高差及浇筑间歇时间等， 均应根据具体施工条件加以限制。
水工混凝土：
➢ 配合比设计 ➢ 控制混凝土浇筑温度 ➢ 分缝分块 ➢ 浇筑间歇时间
第六节 经济评价分析
一、经济评价的要求
经济评价是对建设项目的投入与产出进行分析，评价其社 会效益和经济效益以及适应市场需要和抵御各种风险的能力， 为建设项目的方案比选和决策提供科学依据。
二、经济评价内容
水电建设项目经济评价的主要内容分为国民经济评价和财 务评价两大部分。
划、治涝规划、灌溉规划、航运规划、渔业规划、水土保持规划、水 资源保护规划、环境保护规划等。
区域规划应当服从流域规划，专业规划服从综合规划。
二、河流水电规划的基本原则
高瞻远瞩超前规划，适时修订与时俱进。 以控制性工程为骨干，构成梯级开发的合理布局。 贯彻水资源的综合利用原则，要使水电开发与环境 保护相互促进、协调发展。 慎重对待和处理土地淹没与水库移民问题。
水资源规划分为流域规划和区域规划。
流域规划：流域综合规划和流域专业规划； 区域规划：区域综合规划和区域专业规划。
流域综合规划和区域综合规划：根据该地区国民经济和社会发展
的总体要求，同时还必须与土地利用规划、环境保护规划相协调，兼 顾各流域、各地区和各行业的需要和发展。
专业规划：流域或区域的水文测验规划、防洪规划、水电开发规
➢ 制订移民安置区环境保护规划，对库区各地的污水处理、 生活垃圾处理以及蓄水前库底清理等提出了明确的要求， 以保护水库的水质。
第三节 工程水文研究
一、工程水文研究的意义
水文科学是研究水的起源、存在、分布、循环、运 动等变化规律和运用这些规律为人类服务的学科体系。 工程水文是以地表水和地下水的分布、运动和变化 规律以及水与环境的相互作用和影响为研究内容，通 过测验、计算和模型试验等，预测河流水量、水质的 变化，并能为开发利用水资源，控制洪水和保护水环 境等提供基本依据的学科。 工程水文是流域防洪规划、水资源利用规划以及水 能开发规划中最重要的基础性工作，水文资料、水文 信息及其分析计算成果也是水利水电工程建设和运行 管理的重要依据。
➢ 从策略导向的个人决策模式，逐步由“决策过程导向”的 模式发展。
第二节 环境影响评价
一、水利水电工程的环境问题
跨流域调水、修建大坝导致河流水沙情势和生态环 境的变化。 水库淹没、移民安置和工程施工，对人群健康、自 然与生态环境产生不同程度的影响。 在流域综合规划或专业规划中，均应充分考虑生态 平衡与环境保护的问题，力求水电工程建设与区域经 济、社会的可持续发展以及生态环境良性循环相协调、 相互促进。
五、典型工程的地质研究
➢ 乌江渡水电站——石灰岩地区兴建高坝的先例
乌江渡水电站位于乌江中游，混凝土重力拱坝，坝高 165m，坝址出为石灰岩地区，岩溶发育，但坝址上下游均 有厚层页岩作为防渗依托。采用混凝土防渗墙、防渗帷幕 及高压悬喷灌浆构成封闭的防渗系统。
➢ 长江葛洲坝水利枢纽——软弱夹层研究的成功范例
目前已经编制完成主要河流（河段）梯级水电开 发或流域综合规划报告。
三峡开发总公司
金沙江中游河段开发示意图
华睿集团
金安桥 水电站
二滩水电开发公司
二滩水电开发公司
三、水利水电枢纽工程规划技术的发展趋势
➢ 从单纯追求一个目标最优的择优准则，逐步转向到多目标 综合最优的择优准则；
➢ 从单一整体、功能有限的模型结构形式，逐步发展为分散 的、多层次的、且能协调作用的多功能模型系统；
三、国民经济评价方法
国民经济评价是在合理配置国家资源的前提下，从国家全 局角度，分析计算水电建设项目对国民经济的净贡献，据以判 断建设项目的经济合理性。国民经济评价的一般方法指国民经 济盈利能力分析，以经济内部收益率为主要评价指标。
四、财务评价方法
财务评价是根据国家现行财税制度、价格体系和建设机制， 分析计算建设项目直接发生的费用和产出效益，据以判别项目 的财务可行性。财务评价方法以动态分析为主、静态分析为辅， 财务评价的主要参数为行业的财务基准收益率、基准投资回收 期等。
目前，中国存在水利工程勘察设计阶段划分和水电站工程 勘察设计阶段划分两种提法。
一、水利工程设计阶段划分
水利工程勘察设计的全过程可分为五个阶段： 项目建议书： 可行性研究报告： 初步设计： 招标设计： 施工图设计：
二、水电站工程设计阶段划分
对大中型水电站前期设计阶段划分调整为四个设计阶段。 预可行性报告研究：预可行性研究经主管部门审批后，即可编报项目建议
二、采集水文信息的手段和方法
➢ 目前，收集、获取基本水文资料信息的途径主要 有：从水文总站获得水位、流量、流速、泥沙、 雨量或蒸发等观测资料。
➢ 进行野外调查，以获得特大暴雨、特大洪水、特 枯流量及其水位等资料。
➢ 考证历史文献及碑文石刻，以获得历史洪水等水 文信息 。
➢ 采用考古手段和方法，获得古洪水信息。 ➢ 利用航测照片及卫星遥感资料。
碾压混凝土是一种以碾压方式密实的干硬性混凝土 (roller compacted
concrete，RCC)。碾压混凝土中高比例的粉煤灰掺量 ,一方面使混凝土具有 良好的可碾性 ，满足了连续、快速、高强的施工要求 ；另一方面使其温度特 性、变形特性、强度特性与常规混凝土 (conventional mass concrete，CMC) 有较大的不同 。
第一节 河流开发规划
一、河流开发规划的任务和要求
河流开发规划:根据江河流域的自然、地理、资源、社会、经济和
环境条件及其特征规律，按照国家或地区近、远期国民经济发展规划， 研究和确定其治理与开发的主题方针、战略部署、工程方案以及实施 程序等，从而有效地开发资源，除害兴利，促进和振兴流域地区社会 经济事业的发展。