水利水电工程管理与实务(3)
三、洪水标准
1.洪水标准，包括洪峰流量和洪水总量。
2.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两种情况。临时性水工建筑物的洪水标准，应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。
（四）临时性水工建筑物
临时性水工建筑物的洪水标准，应根据建筑物的结构类型和级别，在表1F411022—13的幅度内，结合风险度综合分析，合理选用。对失事后果严重的，应考虑遇超标准洪水的应急措施。
临时性水工建筑物洪水标准[重现期（年）] 表1F411022—13
四、水利水电工程抗震设防标准
水工建筑物的工程抗震设防类别，应根据其重要性和工程场地基本烈度按表1F411022—14确定。
工程抗震设防类别 表1F411022—14
五、水库特征水位及水库特征库容
（一）水库特征水位
1.校核洪水位。水库遇大坝的校核洪水时，在坝前达到的最高水位。它是水库在非常运用校核情况下允许临时达到的最高洪水位，是确定大坝顶高程及进行大坝安全校核的主要依据。
2.设计洪水位。水库遇大坝的设计洪水时，在坝前达到的最高水位。它是水库在正常运用设计情况下允许达到的最高洪水位，也是挡水建筑物稳定计算的主要依据。
3.防洪高水位。水库遇下游保护对象的设计洪水时，在坝前达到的最高水位。只有水库承担下游防洪任务时，才需确定这一水位。
4.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。
5.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。它决定水库的规模、效益和调节方式，在很大程度上决定水工建筑物的尺寸、形式和水库的淹没损失，是水库最重要的一项特征参数，也是挡水建筑物稳定计算的主要依据。
6.死水位（设计低水位）。水库在正常运用的情况下，允许消落到的最低水位。水库正常蓄水位与死水位之间的变幅称为水库消落深度。
（二）水库特征库容
1.静库容。坝前某一特征水位水平面以下的水库容积。
2.总库容。最高洪水位以下的水库静库容。
3.防洪库容。防洪高水位至防洪限制水位之间的水库容积。用以控制洪水，满足水库下游防护对象的防护要求。
4.调洪库容。校核洪水位至防洪限制水位之间的水库容积。用于保证下游防洪安全（指其中的防洪库容部分）及对校核洪水调洪削峰，保证大坝安全。
1F411024 水工建筑物的分类
一、水工建筑物按功能分类
（一）通用性水工建筑物
1.挡水建筑物：是用来拦截江河，形成水库或壅高水位的建筑物，如各种坝和水闸以及抗御洪水，或沿江河海岸修建的堤防、海塘等。
2.泄水建筑物：是用于宣泄多余洪水量、排放泥砂和冰凌，以及为了人防、检修而放空水库、渠道等，以保证大坝和其他建筑物安全的建筑物。如各种溢流坝、坝身泄水孔、岸边溢洪道和泄水隧洞等。
3.输水建筑物：是为了发电、灌溉和供水的需要，从上游向下游输水用的建筑物，如引水隧洞、引水涵管、渠道、渡槽、倒虹吸等。
4.取（进）水建筑物：是输水建筑物的首部建筑物，如引水隧洞的进水口段、灌溉渠首和供水用的进水闸、扬水站等。
5.河道整治建筑物：是用以改善河流的水流条件，调整河流水流对河床及河岸的作用以及为防护水库、湖泊中的波浪和水流对岸坡冲刷的建筑物，如丁坝、顺坝、导流堤、护底和护岸等。
二、水工建筑物按使用期限分类
（一）永久性建筑物
永久性建筑物是指工程运行期间长期使用的水工建筑物。根据其重要性又分为主要建筑物和次要建筑物。
1.主要建筑物：是指失事后造成下游灾害或严重影响工程效益的水工建筑物。例如：坝、泄水建筑物、输水建筑物及电站厂房等。
2.次要建筑物：是指失事后不致造成下游灾害，或工程效益影响不大，易于恢复的水工建筑物。例如：失事后不影响主要建筑物和设备运行的挡土墙、导流墙、工作桥及护岸等。
（二）临时性建筑物
临时性建筑物是指工程施工期间使用的建筑物，如围堰、导流隧洞、导流明渠等。
1F411025 水工建筑物主要设计方法
二、主要荷载
根据《水工建筑物荷载设计规范》（DL 5077--1997），水工建筑物的荷载按作用随时间的变异性，可分为永久作用荷载、可变作用荷载和偶然作用荷载。
1.永久作用荷载：包括结构自重和永久设备自重、土压力、淤沙压力、地应力、围岩压力、预应力。
2.可变作用荷载：包括静水压力、扬压力、动水压力、水锤压力、浪压力、外水压力、风荷载、雪荷载、冰压力、冻胀力、温度荷载、土壤孔隙水压力、灌浆压力等。
3.偶然作用荷载：包括地震作用、校核洪水位时的静水压力、扬压力、浪压力及水重等。
水工建筑物设计时，首先要计算建筑物上所承受的荷载，然后再进行荷载组合，以及进行抗滑稳定分析、应力分析、渗流计算、沉降计算、应力应变计算和抗震设计等。
四、应力分析
强度和稳定性是表示建筑物安全的两个重要方面。
五、渗流分析
渗流分析主要内容有：确定渗透压力、确定渗透坡降（或流速）；确定渗透量。
1F411026 水利水电工程建筑材料的应用
一、建筑材料的类型
（一）建筑材料按其物理化学性质分类
建筑材料按其物理化学性质可分为无机材料、有机材料、复合材料三大类。
1.无机材料
（1）无机非金属材料
1）无机胶凝材料
①气硬性胶凝材料：只能在空气中硬化，并保持或继续提高其强度，属于这类材料的有石灰、石膏与水玻璃等。只能用于地面上干燥环境的建筑物。
②水硬性胶凝材料：不仅能在空气中而且能更好地在水中硬化，保持并继续提高其强度，属于这类材料的有水泥等。既可用于地上也可用于地下或水中的建筑物。
（2）金属材料
包括黑色金属材料和有色金属材料两类。
2.有机材料
根据《土工合成材料应用技术规范》（GB 50290--98）规定，土工合成材料包括土工织物、土工膜、土工复合材料、土工特殊材料四大类。
（二）建筑材料按材料来源分类
建筑材料按材料来源可分为天然建筑材料和人工材料两类。
1.天然建筑材料，如常用的土料、砂石料、石棉、木材等及其简单采制加工的成品（如建筑石材等）。
2.人工材料，如石灰、水泥、沥青、金属材料、土工合成材料、高分子聚合物等。
二、建筑材料的应用条件
（一）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、排水设施和砌石护坡用石料。
1.土坝（体）壳用土石料
常用于均质土坝的土料是砂质黏土和壤土，要求其应具有一定的抗渗性和强度，其渗透系数不宜大于1×10-4cm／s；黏料含量一般为10%～30%；有机质含量（按重量计）不大于5%，易溶盐含量小于5%。
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。
2.防渗体用土石料
一般采用黏土、砂壤土、壤土、黏质土等材料。
3.排水设施和砌石护坡用石料
可采用块石，其饱和抗压强度不小于40～50MPa，岩石孔隙率不大于3%，吸水率（按孔隙体积比计算）不大于0.8，重度应大于22kN／m3。也可采用碎石、卵石，不宜使用风化岩石。
（二）土工合成材料
（三）建筑石材
（四）水泥
1.水泥的品种及主要性能
通用硅酸盐水泥密度一般为3100～3200kg/m3，初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于600min。
2.水泥的适应范围
（1）水位变化区域的外部混凝土、溢流面受水流冲刷部位的混凝土，应优先选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、硅酸盐大坝水泥，避免采用火山灰质硅酸盐水泥。
（2）有抗冻要求的混凝土，应优先选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、硅酸盐大坝水泥，并掺用引气剂或塑化剂，以提高混凝土的抗冻性。当环境水兼硫酸盐侵蚀时，应优先选用抗硫酸盐硅酸盐水泥。
（3）大体积建筑物内部的混凝土，应优先选用矿渣硅酸盐大坝水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥等，以适应低热性的要求。
（4）位于水中和地下部位的混凝土，宜采用矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥等。
3.水泥检验的要求
水泥应有生产厂家的出厂质量证明书（包括厂名、品种、强度等级、出厂日期、抗压强度、安定性等代表该产品质量的内容）以及28d强度证明书。
有下列情况之一者，应复试并按复试结果使用：用于承重结构工程的水泥，无出厂证明者；存储超过3个月（快硬水泥超过1个月）；对水泥的厂名、品种、强度等级、出厂日期、抗压强度、安定性不明或对质量有怀疑者；进口水泥。
（五）水泥砂浆
新拌砂浆的和易性是指其是否便于施工并保证质量的综合性质。具体技术指标包括流动性和保水性两个方面。
1.流动性
常用沉入度表示。沉入度即标准圆锥体在砂浆中沉入的深度。沉入度大的砂浆，流动性好。
2.保水性
保水性可用泌水率表示，工程上采用较多的是分层度这一指标。
分层度大于2cm的砂浆易泌水，不宜使用，故砂浆的分层度以1～2cm为宜。
（六）水泥混凝土
1.组成成分：水 水泥 砂 石
W C S G
2.配合比
①比例：W/C,C：S：G
②单位各种成份用量（配料单）1m3：W、C、S、G
3.初步—基准—实验室—实施
反映水泥混凝土质量的主要技术指标有：和易性、强度及耐久性。
1.和易性
水泥混凝土拌合物的和易性包括流动性、黏聚性、保水性三个方面。影响和易性的因素有水泥浆的用量、水泥浆的稠度、砂率、水泥的品种、水泥细度、外加剂的掺入、时间和温度等。
用桶高（300mm）减去坍落后混凝土最高点的高度，其差值称为坍落度，如差值是10mm，则坍落度为10。
2.混凝土的强度
（1）混凝土的抗压强度
混凝土抗压强度是把混凝土拌合物做成边长为15cm的标准立方体试件，在标准养护条件（温度20℃±2℃，相对湿度95%以上）下，养护到28d龄期，按照标准的测定方法测定的混凝土立方体试件抗压强度（以MPa计）。
（2）混凝土的抗拉强度
混凝土的抗拉强度，一般约为相应抗压强度的10%左右。
3.混凝土的耐久性
混凝土的耐久性包括抗渗性、抗冻性、抗冲磨性、抗侵蚀性、抗碳化性等。
（1）抗渗性是指混凝土抵抗压力水渗透作用的能力。抗渗等级分为：W2、W4、W6、W8、W10、W12等，即表示混凝土能抵抗0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2MPa的水压力而不渗水。影响混凝土抗渗性的因素有水灰比、骨料最大粒径、养护方法、水泥品种、外加剂、掺合料和龄期。
（2）抗冻性是指混凝土在饱和状态下，经多次冻融循环作用而不严重降低强度（抗压强度下降不超过25%，质量损失不超过5%）的性能。抗冻等级分为：F50、F100、F150、F200、F250及F300等。决定混凝土抗冻性的重要因素有混凝土的密实度、孔隙构造和数量、孔隙的充水程度。
5.混凝土的配合比
混凝土配合比是指混凝土中水泥、水、砂及石子材料用量之间的比例关系。常采用的方法有：
（1）单位用量表示法：以每立方米混凝土中各项材料的重量来表示；
（2）相对用量表示法：以各项材料间的重量比来表示。
混凝土配合比的设计，实质上就是确定四种材料用量之间的三个对比关系：水灰比、砂率、浆骨比。水灰比表示水泥与水用量之间的对比关系；砂率表示砂与石子用量之间的对比关系；浆骨比是用单位体积混凝土用水量表示，是表示水泥浆与骨料用量之间的对比关系。
6.骨料
骨料必须坚硬、致密、耐久、无裂隙。
（1）混凝土的细骨料：粒径在0.16～5mm之间的骨料。按形成条件分为天然砂、人工砂；按细度模数F·M分为粗砂（F·M=3.7～3.1）、中砂（F·M=3.0～2.3）、细砂（F·M=2.2～1.6）、特细砂（F·M=1.5～0.7）。
（2）混凝土的粗骨料：粒径大于5mm的骨料。普通混凝土常用卵石和碎石作粗骨料。水工混凝土所用的粗骨料一般分为特大石（150～80mm或120～80mm）、大石（80～40mm）、中石（40～20mm）、小石（20～5mm）四级。
（3）砂、石料的检验：应按产地或料场、品种、规格、批量取样进行检验。
7.混凝土的外加剂
外加剂按其主要功能可分为四类：
（1）改善混凝土和易性的外加剂，包括减水剂、引气剂、泵送剂等。
（2）调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，包括速凝剂、早强剂、缓凝剂。
（3）改善混凝土耐久性的外加剂，包括引气剂、防水剂、阻锈剂、养护剂等。
（4）改善混凝土其他性能的外加剂，包括膨胀剂、防冻剂、防水剂和泵送剂等。
8.粉煤灰
（七）建筑钢材
钢材的力学性能主要有抗拉性能（抗拉屈服强度、抗拉极限强度、伸长率）、硬度和冲击韧性等；工艺性能有焊接性能及冷弯性能。
反映钢筋塑性性能的基本指标是伸长率和冷弯性能。
屈服强度、极限强度、伸长率和冷弯性能是有物理屈服点钢筋进行质量检查的四项主要指标，而对无物理屈服点的钢筋则只测定后三项。
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