水利水电工程管理与实务(1)
1F411000 水利水电工程勘测与设计
1F411000 水利水电工程勘测与设计
1F410000 水利水电工程技术
1F411000 水利水电工程勘测与设计
1F412000 水利水电工程施工导流
1F413000 水利水电工程地基处理与灌浆施工
1F414000 土石方工程
1F415000 土石坝工程
1F416000 混凝土坝工程
1F417000 堤防与疏浚工程
1F418000 水闸、泵站与水电站
1F419000 水利水电工程施工安全技术
1F411000 水利水电工程勘测与设计
1F411010 水利水电工程勘测
1F411020 水利水电工程设计
1F411010 水利水电工程勘测
1F411011 测量仪器的使用
1F411012 水利水电工程施工测量的要求
1F411013 工程地质与水文地质条件及分析
1F411010 水利水电工程勘测
1F411011 测量仪器的使用
一、常用测量仪器及其作用
（一）水准仪分类及作用
国产水准仪按精度分为：DS05、DS1、DS3、DS10。D表示：大地测量；S表示：水准仪。数字表示仪器精度。 如3表示：每公里往返测量高差中数的偶然中误差为正负3mm。
（二）经纬仪分类及作用
经纬仪按精度不同可分为DJ07、DJ1、DJ2、DJ6和DJl0等，D、J分别为“大地测量”和“经纬仪”的汉语拼音第一个字母，数字07、1、2、6、10表示该仪器精度。按读数装置不同可分为两类：测微尺读数装置；单平板玻璃测微器读数装置。
经纬仪是进行角度测量的主要仪器，包括水平角测量和竖直角测量。另外，经纬仪也可用于低精度测量中的视距测量。
（三）电磁波测距仪分类及作用
（四）全站仪及其作用
（五）全球定位系统（GPS）
（六）水准尺
精密水准测量一般指国家一、二等水准测量，国家三、四等水准测量为普通水准测量。
二、常用测量仪器的使用
（一）水准仪的使用
步骤：安置仪器、粗略整平、调焦和照准、精确整平和读数。
（1） 安置水准仪和粗平。先选好平坦、坚固的地面作为水准仪的安置点，然后张开三脚架使之高度适中，架头大致水平，再用连接螺旋将水准仪固定在三脚架头上，将架腿的脚尖踩实。调整三个脚螺旋，使圆水准气泡居中称为粗平。
（2）调焦和照准。产生视差的原因是目标影像与十字丝分划板不重合，它将影响读数的正确性；必须消除视差，办法是先调目镜调焦螺旋看清十字丝，再继续仔细地转动物镜调焦螺旋，直至尺像与十字丝平面重合。
（3）精平。转动微倾螺旋，同时察看水准管气泡观察窗，当符合水准管气泡成像吻合时，表明已精确整平。
（4）读数。当符合水准管气泡居中时，立即根据十字丝中丝在水准尺上读数。不论使用的水准仪是正像或是倒像，读数总是由注记小的一端向大的一端读出。通常读数保留四位数。
（二）经纬仪的使用
步骤：对中、整平、照准、读数
1F411012 水利水电工程施工测量的要求
一、基础知识
（一）高程
我国自1959年开始，全国统一采用1956年黄海高程系。后来利用1952～1979年期间青岛验潮站的验潮结果计算确定了新的黄海平均海面，称为“1985国家高程基准”。我国自1988年1月1日起开始采用l985国家高程基准作为高程起算的统一基准。
二、施工放样的基本工作
（一）放样数据准备
（二）平面位置放样方法的选择
平面位置放样的基本方法有：直角交会法、极坐标法、角度交会法、距离交会法等几种。
（三）高程放样方法的选择
1.高程放样方法的选择，主要根据放样点高程精度要求和现场的作业条件。可分别采用水准测量法、光电测距三角高程法、解析三角高程法和视距法等。
2.对于高程放样中误差要求不大于±10mm的部位，应采用水准测量法。
三、开挖工程测量
（一）开挖工程测量的内容
（二）开挖工程细部放样
1.开挖工程细部放样，需在实地放出控制开挖轮廓的坡顶点、转角点或坡脚点，并用醒目的标志加以标定。
2.开挖工程细部放样方法有极坐标法、测角前方交会法、后方交会法等，但基本的方法主要是极坐标法和前方交会法。
3.距离丈量可根据条件和精度要求从下列方法中选择：
（1）用钢尺或经过比长的皮尺丈量，以不超过一尺段为宜。在高差较大地区，可丈量斜距加倾斜改正。
（2）用视距法测定，其视距长度不应大于50m。预裂爆破放样，不宜采用视距法。
（3）用视差法测定，端点法线长度不应大于70m。
（三）断面测量和工程量计算
1.开挖工程动工前，必须实测开挖区的原始断面图或地形图；开挖过程中，应定期测量收方断面图或地形图；开挖工程结束后，必须实测竣工断面图或竣工地形图，作为工程量结算的依据。
2.断面间距可根据用途、工程部位和地形复杂程度在5～20m范围内选择。设计有特殊要求的部位按设计要求执行。
3.断面图和地形图比例尺，可根据用途、工程部位范围大小在1:200～1:1000之间选择，主要建筑物的开挖竣工地形图或断面图，应选用1:200；收方图以1:500或1:200为宜；大范围的土石覆盖层开挖收方可选用1:1000。
4.断面点间距应以能正确反映断面形状，满足面积计算精度要求为原则。一般为图上1～3cm施测一点。地形变化处应加密测点。断面宽度应超出开挖边线3～10m。
5.开挖施工过程中，应定期测算开挖完成量和工程剩余量。开挖工程量的结算应以测量收方的成果为依据。开挖工程量的计算中面积计算方法可采用解析法或图解法（求积仪）。
6.两次独立测量同一区域的开挖工程量其差值小于5%（岩石）和7%（土方）时，可取中数作为最后值。
四、立模与填筑放样
（一）立模和填筑放样的内容
（二）建筑物的细部放样
（三）建筑物立模放样点的检查
4.建筑物基础块（第一层）轮廓点的放样，必须全部采用相互独立的方法进行检核。放样和检核点位之差不应大于m（m为轮廓点的测量放样中误差）。
（四）填筑工程量测算
1.混凝土浇筑和土石料填筑工程量，必须从实测的断面（或平面）图上计算求得。
2.混凝土浇筑块体收方，基础部位应根据基础开挖竣工图计算；基础以上部位，可直接根据水工设计图纸的几何尺寸及实测部位的平均高程进行计算。
3.土石料填筑量收方，应根据实测的各种填料分界线，分别计算各类填料方量。
4.两次独立测量同一工程，其测算体积之较差，在小于该体积的3%时，可取中数作为最后值。
五、施工期间的外部变形监测
（一）施工期间外部变形监测的内容
施工区的滑坡观测；高边坡开挖稳定性监测；围堰的水平位移和沉陷观测；临时性的基础沉陷（回弹）和裂缝监测等。
变形观测的基点，应尽量利用施工控制网中较为稳固可靠的控制点，也可建立独立的、相对的控制点，其精度应不低于四等网的标准。
（二）选点与埋设
（三）观测方法的选择
（四）资料整理
六、竣工测量
（一）竣工测量的内容和方法
（二）开挖竣工测量
（三）填筑竣工测量
单项填筑工程竣工时，应测绘建筑物的高程平面图，或纵横断面图，其比例尺不应小于施工详图。
土、石坝在心墙、斜墙、坝壳填筑过程中，每上料二层，须进行一次边线测量并绘成图表为竣工时备用。
（四）过流部位的形体测量
（五）测量误差
1.误差产生的原因
在实际工作中真值不易测定，一般把某一量的准确值与其近似值之差也称为误差。产生测量误差的原因，概括起来有以下三个方面：
（1）人的原因；（2）仪器的原因；（3）外界环境的影响。
2.误差的分类与处理原则
误差按其产生的原因和对观测结果影响性质的不同，可以分为系统误差、偶然误差和粗差三类。
1F411013 工程地质与水文地质条件及分析
一、工程地质和水文地质条件
二、水利水电工程地质问题分析
（一）坝基工程地质条件分析
（二）边坡的工程地质条件分析
1.边坡变形破坏的类型和特征，常见的边坡变形破坏主要有松弛张裂、蠕变、崩塌、滑坡四种类型。此外尚有塌滑、错落、倾倒等过渡类型，另外泥石流也是一种边坡破坏的类型。
滑坡：是指边坡岩（土）体主要在重力作用下沿贯通的剪切破坏面发生滑动破坏的现象，称为滑坡。在边坡的破坏形式中，滑坡是分布最广、危害最大的一种。它在坚硬或松软岩层、陡倾或缓倾岩层以及陡坡或缓坡地形中均可发生。
（三）地下洞室围岩稳定性分析
（四）水库工程地质问题分析
（五）土质基坑工程地质问题分析
4.基坑开挖的降排水一般有两种途径：明排法和人工降水。其中，人工降水经常采用轻型井点或管井井点降水方式。
（1）明排法的适用条件：
·不易产生流砂、流土、潜蚀、管涌、淘空、塌陷等现象的黏性土、砂土、碎石土的地层；
·基坑地下水位超出基础底板或洞底标高不大于2.0m。
（2）轻型井点降水的适用条件：
·黏土、粉质黏土、粉土的地层；
·基坑边坡不稳，易产生流土、流砂、管涌等现象；
·地下水位埋藏小于6.0m，宜用单级真空点井；当大于6.0m时，场地条件有限宜用喷射点井、接力点井；场地条件允许宜用多级点井。
1F411020 水利水电工程设计
1F411021 水利水电工程设计阶段划分及其任务
1F411022 水利水电工程等级划分及工程特征水位
1F411023 水利水电工程枢纽布置
1F411024 水工建筑物的分类
1F411025 水工建筑物主要设计方法
1F411026 水利水电工程建筑材料的应用
1F411027 水力荷载
1F411028 渗流分析
1F411029 水流形态及消能方式
1F411020 水利水电工程设计
1F411021 水利水电工程设计阶段划分及其任务
一、水利工程项目设计阶段的划分及其任务
水利工程设计阶段一般可分为项目建议书、可行性研究、初步设计、招标设计及施工图设计阶段。对于重大项目和技术复杂项目，可根据需要增加技术设计阶段。有关项目建议书、可行性研究、初步设计阶段的具体任务见1F420011。
二、水电工程项目设计阶段的划分
预可行性研究报告阶段
项目建议书
可行性研究报告阶段（将原有可行性研究与初步设计两阶段合并）
招标设计阶段
施工图设计阶段
1F411022 水利水电工程等级划分及工程特征水位
一、水利水电工程等别划分
1.水利水电工程等别
（1）水利水电工程根据其工程规模、效益及在国民经济中的重要性，划分为五等。
注意点：对于综合利用的水利水电工程，如按各综合利用项目的分等指标确定的等别不同时，其工程等别应按其中的最高等别确定。
水利水电工程分等指标表1F411022—1
2.平原区拦河水闸工程的等别，应根据其过闸流量的大小进行分等，按表1F411022—2确定。
拦河水闸工程分等指标 表1F411022—2
3.灌溉、排水泵站的等别，应根据其装机流量与装机功率确定。
4.引水枢纽工程等别应根据引水流量的大小，按1F411022—4确定。
引水枢纽工程分等指标 表1F411022—4
二、水工建筑物级别划分
（一）永久性水工建筑物级别
永久性水工建筑物级别
（二）堤防工程级别
堤防工程的级别应根据确定的保护对象的防洪标准，按表1F411022-7确定。
堤防工程的级别
【例题】某平原区拦河闸，设计流量为890m3/s，校核流量为1020m3/s,该水闸工程次要建筑物级别为（ ）级。
A.1
B.2
C.3
D.4
【答案】C
【解析】本题考查的是水工建筑物等别划分。次要建筑物工程等别II级，级别3级。参见教材P18。
（三）临时性水工建筑物级别
1.水利水电工程施工期使用的临时性挡水和泄水建筑物的级别，应根据保护对象的重要性、失事造成的后果、使用年限和临时建筑物的规模。按表1F411022-8确定。
2.当临时性水工建筑物根据表1F411022—8指标同时分属于不同级别时，其级别应按照其中最高级别确定。但对于3级临时性水工建筑物，符合该级别规定的指标不得少于两项。
3.利用临时性水工建筑物挡水发电、通航时，经过技术经济论证，3级以下临时性水工建筑物的级别可提高一级。
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）]
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
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。
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。
1F411027 水力荷载
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。其中可变作用荷载包括：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；偶然作用荷载包括：地震作用、校核洪水位时的静水压力。
（二）枢纽建筑物的静水压力
坝、水闸等挡水建筑物和河床式水电站厂房在运用期静水压力代表值的计算水位应按下列规定确定：
持久设计状况，上游采用水库的正常蓄水位（或防洪高水位），下游采用可能出现的不利水位；
偶然设计状况，上游采用水库的校核洪水位，下游采用水库在该水位泄洪时的水位；
短暂设计状况，采用设计预定该建筑物在检修期的上、下游水位。
水工建筑物抗震计算时的水库计算水位，可采用正常蓄水位；对于多年调节水库，经论证后可采用低于正常蓄水位的上游水位。
（三）水工闸门的静水压力
二、扬压力
（一）一般规定
1.混凝土坝、水闸和水电站厂房等建筑物的扬压力，应按垂直作用于计算截面全部截面积上的分布力计算。
2.作用于建筑物计算截面上的扬压力分布图形，应根据不同的水工结构形式，上、下游计算水位，地基地质条件及防渗、排水措施等情况确定。
3.确定扬压力分布图形时的上、下游计算水位，应与计算静水压力代表值的上、下游计算水位一致。
4.计算截面上的扬压力代表值，应根据该截面上的扬压力分布图形计算确定。其中，矩形部分的合力为浮托力代表值，其余部分的合力为渗透压力代表值。对于在坝基设置抽排系统的，则主排水孔之前的合力为扬压力代表值；主排水孔之后的合力为残余扬压力代表值。
（二）混凝土坝的扬压力
（三）水闸的扬压力
三、动水压力
四、浪压力
五、冰压力
1F411028 渗流分析
一、土石坝的渗流分析
渗流分析的内容包括：①确定侵润线的位置；②确定渗流分析的主要参数——渗流流速与坡降；③确定渗流量。
二、闸基的渗流分析
三、渗透系数
渗透系数是反映土的渗流特性的一个综合指标。渗透系数的大小主要取决于土的颗粒形状、大小、不均匀系数及水温，一般采用经验法、室内测定法、野外测定法确定。
渗透系数k的计算公式如下： （1F411028）
式中Q——实测的流量（m3／s）；
A——通过渗流的土样横断面面积（㎡）；
L——通过渗流的土样高度（m）；
H——实测的水头损失（m）。
四、渗透变形
渗透变形又称为渗透破坏，是指在渗透水流的作用下，土体遭受变形或破坏的现象。一般可分为管涌、流土、接触冲刷、接触流失四种基本形式。渗透变形可以单一形式出现，也可以多种形式出现于工程不同部位。
（一）管涌
在渗流作用下，非黏性土土体内的细小颗粒沿着粗大颗粒间的孔隙通道移动或被渗流带出，致使土层中形成孔道而产生集中涌水的现象称为管涌。
管涌首先从渗流逸出处开始，然后向上游逐步发展。当土体中个体细小粒在渗流作用下开始在孔隙内移动时的水力坡降称为临界坡降。更粗大的土粒开始流动，产生渗流通道，土体表面发生大面积破坏时的水力坡降，称为破坏坡降。
管涌一般发生在无黏性砂土、砂砾土的下游坡面和地基渗流的逸出处。对于黏土土料，由于颗粒之间存在黏聚力，渗流不容易把土壤颗粒带走，因此较少发生管涌。
（二）流土
在渗流作用下，非黏性土土体内的颗粒群同时发生移动的现象；或者黏性土土体发生隆起、断裂和浮动等现象，都称为流土。因为在渗流出口处往往渗透坡降最大，所以流土现象主要发生在黏性土及较均匀的非黏性土体的渗流出口处。
（三）接触冲刷
（四）接触流失
（五）防止渗透变形的工程措施
防止岩（土）产生渗透变形的工程措施可概括为两大类：一类是改善岩土体的结构特性，提高其抵抗渗透变形的能力，使其由可能产生渗透变形的岩（土）体，变成为不易产生渗透破坏的岩（土）体；另一类是采取措施截断岩（土）体中的渗透水流或减小岩（土）体中渗透水流渗透比降，使其小于允许比降。
第一类措施通常只用在岩体中。
第二类处理措施中，最可靠的方法是在渗透土层中兴建防渗墙，截断土层中的渗透水流，降低渗透坡降，同时增加渗流出口处土体抵抗渗透变形的能力，从而消除产生渗透变形的前提条件。具体工程措施为：
1.设置水平与垂直防渗体，增加渗径的长度，降低渗透坡降或截阻渗流。
2.设置排水沟或减压井，以降低下游渗流口处的渗透压力，并且有计划地排除渗水。
3.对有可能发生管涌的地段，应铺设反滤层，拦截可能被渗流带走的细小颗粒。
4.对有可能产生流土的地段，则应增加渗流出口处的盖重。盖重与保护层之间也应铺设反滤层。
（六）反滤层和过渡层
反滤层的作用是滤土排水，防止在水工建筑物渗流出口处发生渗透变形。
反滤层可以起过渡层的作用，而过渡层却不一定能满足反滤要求。
坝的反滤层必须符合下列要求：①使被保护的土不发生渗透变形；②渗透性大于被保护土，能通畅地排出渗透水流；③不致被细粒土淤塞失效。
水流形态及消能方式
一、水流形态
从描述水流的不同角度出发，水流形态主要包括：恒定流与非恒定流、均匀流与非均匀流、层流与紊流、急流与缓流。
（一）恒定流与非恒定流
1.恒定流。流场中任何空间上所有的运动要素（如时均流速、时均压力、密度等）都不随时间而改变的水流称为恒定流，如图1F411029-1（a）所示。例如某一水库工程有一泄水隧洞，当水库水位、隧洞闸门保持不变时，隧洞中的水流的所有运动要素都不会随时间改变，即为恒定流。
（a）恒定流
（b）非恒定流
图1F411029—1恒定流与非恒定流示意图
在恒定流的情况下，任一空间点上，无论哪个液体质点通过，其运动要素都是不变的，运动要素仅仅是空间坐标的连续函数，而与时间无关。
2.非恒定流。流场中任何空间上有任何一个运动要素随时间而改变的水流称为非恒定流，如图1F411029-1（b）所示。例如上述水库工程泄水隧洞泄水时，如果水库水位逐渐降低，那么流量、流速会随之变小，此时隧洞中的水流即为非恒定流。
（二）均匀流与非均匀流
1.均匀流。当水流的流线为相互平行的直线时的水流称为均匀流，如图1F411029-2所示。例如一引水渠，某顺直渠段中没有进出水（流量不变）、渠道横断面尺寸沿程不变，则该渠段内的水流即为均匀流，水面线为一直线，且与渠底坡线平行。
均匀流的过水断面为平面，且过水断面的形状和尺寸沿程不变；均匀流中，同一流线上不同点的流速应相等，从而各过水断面上的流速分布相同，断面平均流速相等；均匀流在同一过水断面上各点测压管水头为一常数。
图1F411029-2均匀流示意图
2.非均匀流。当水流的流线不是相互平行的直线时的水流称为非均匀流，如图1F411029-3所示。流线虽然平行但不是直线（如管径不变的弯管中的水流），或者流线虽为直线但不相互平行（如管径沿程缓慢均匀扩散或收缩的渐变管中的水流）都属于非均匀流。
（三）层流与紊流
同一液体在同一管道中流动，当流速不同时，液体可有层流和紊流两种不同的流态。
1.层流：当流速较小，各流层的液体质点有条不紊地运动，互不混搀，该流动形态为层流，如图1F411029-4（a）所示。
2.紊流：当流速较大，各流层的液体质点形成涡体，在流动过程中互相混搀，该流动形态为紊流，如图1F411029-4（b）所示。实际工程中紊流是最为常见的流态，如闸后、跌水、泄水、水轮机中的水流均为紊流。
图1F411029-4 层流与紊流示意图
（a）层流；（b）紊流
（四）急流与缓流
明渠水流中，可从水流所具有的动能和势能的对比，或从水流的流速与干扰波波速对比，将水流分为急流与缓流。
1.急流：当水深小于临界水深，佛汝德数大于1的水流，称为急流。急流表现形态为：当水流遇到障碍物时，只引起局部的水面变化，而这种变化不向上游传播，如图1F411029—5（a）所示。因此，当急流受到建筑物或其他障碍物作用时，其干扰作用只影响下游，不影响上游。
2.缓流：当水深大于临界水深，佛汝德数小于1的水流，称为缓流。缓流表现形态为：当水流遇到障碍物时，障碍物对水流的干扰可向上游传播，表现为上游的水位壅高，如图lF411029—5（b）所示。
图1F411029-5 急流与缓流示意图
（a）急流；（b）缓流
1-障碍物；2-涌浪
二、能量转换
根据能量守恒原理，恒定水流的能量方程为：
上式代表1、2两个断面之间水流的能量守恒，其中hw 表示两个断面之间的能量损失，其余三项代表单位质量水体的机械能，分别为位能、压能和动能。位能、压能和动能在水体流动过程中是可以互相转化的。
明渠均匀流中，压能、动能不变，而位能逐渐减小，是由于克服阻力，产生沿程水头损失。
水库（水闸等）泄水，水流从泄水口喷射而出，位能转化为动能。
三、消能方式
修建闸、坝等泄水建筑物后，下泄的水流往往具有很高的流速。动能比较大，为了减小对下游河道的冲刷，采取的消能方式有：底流消能、挑流消能、面流消能、消力戽消能。
（一）底流消能
图1F411029-6所示，是利用水跃消能，将泄水建筑物泄出的急流转变为缓流，以消除多余动能的消能方式。它主要是靠水跃产生的表面旋滚与底部主流间的强烈紊动、剪切和掺混作用。
高流速的主流在底部。该法具有流态稳定、消能效果较好，对地质条件和尾水变幅适应性强以及水流雾化很小等优点，多用于低水头、大流量、地质条件较差的泄水建筑物。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。该法对地质条件的要求较低，既适用于坚硬岩基，也适用于较软弱或节理裂隙较为发育的岩基。
（二）挑流消能
图1F411029-7所示，利用溢流坝下游设置挑流坎，把高速水流挑射到下游空中，然后扩散的掺气水流跌落到坝下游河道内，在尾水水深中发生漩涡、冲击、掺搅、紊动、扩散、剪切，以消除能量。但跌落的水流仍将冲刷河床，形成冲刷坑，在冲刷坑中水流继续消能。适用于坚硬岩基上的高、中坝。
（三）面流消能
图1F411029-8所示，当下游水深较大且比较稳定时，利用鼻坎将下泄的高速水流的主流挑至下游水面，在主流与河床之间形成巨大的底部旋滚，旋滚流速较低，避免高速水流对河床的冲刷。余能主要通过水舌扩散、流速分布调整及底部旋滚与主流的相互作用而消除。高流速的主流位于表层。适用于中、低水头工程尾水较深，流量变化范围较小，水位变幅较小，或有排冰、漂木要求的情况。一般不需要作护坦。
（四）消力戽消能
图1F411029-9所示，是利用泄水建筑物的出流部分造成具有一定反弧半径和较大挑角所形成的戽斗，在下游尾水淹没挑坎的条件下，形不成自由水舌，高速水流在戽斗内产生激烈的表面旋滚，后经鼻坎将高速的主流挑至水面。并通过戽后的涌浪及底部旋滚而获得较大的消能效果。适用于尾水较深，流量变化范围较小，水位变幅较小，或有排冰、漂木要求的情况。一般不需要作护坦。
