第二节 水库主要建筑物

一、挡水建筑物

为拦截水流、抬高水位、调蓄水量，或为阻挡河水泛滥、海水入侵而兴建的各种闸、坝、堤防、海塘等水工建筑物，称为挡水建筑物。河床式水电站的厂房、河道中船闸的闸首、闸墙和临时性的围堰等，也属于挡水建筑物。仅用以抬高水位的、高度不大的闸、坝也称为壅水建筑物。不少挡水建筑物兼有其他功能，也常列入其他水工建筑物，如溢流坝、拦河闸、泄水闸常列入泄水建筑物，进水闸则常列入取水建筑物，如图1-1、图1-2所示。

1.挡水建筑物的类型

挡水建筑物按材料不同可分为土石坝、混凝土坝、浆砌石坝；按结构不同可分为重力坝、土石坝、拱坝。

2.挡水建筑物的构成

挡水建筑物可用混凝土、钢筋混凝土、钢材、木材、橡胶等构筑而成，也可用土料填筑或石料砌筑、堆筑而成。其主要形式有重力式和拱式两种。混凝土重力坝、浆砌石重力坝和大头坝、支墩坝，主要依靠本身的重量抵抗水平推力来保持稳定，其体积相对较大，属于重力式结构。土坝和堆石坝都有边坡稳定问题，但就其整体稳定的性能来说，也属于重力式结构。各种形式的拱坝，依靠拱的作用将大部分水平推力传至两岸，只有小部分水平推力传至河床地基，属于拱式结构，坝体体积相对较小。连拱坝的拱形挡水面板属于拱式结构，但就其整体来讲，仍属于重力式结构。除这两种基本形式外，有些临时性或半永久性的中小型低水头挡水建筑物，如一些围堰工程、壅水坝、导流坝等，使用嵌固式的板桩结构，利用桩在地基内的嵌固作用来抵抗水平推力以保持稳定，可称为嵌固式挡水建筑物。

3.挡水建筑物的作用

挡水建筑物所承担的任务，在其所从属的水利工程的总体规划中已基本确定。挡水建筑物的形式、轮廓尺寸、建筑材料、地基处理等的设计，需遵照规定的设计程序，通过水力、结构等的计算分析和方案比较来确定。挡水建筑物的设计必须特别注意水的作用。对于混凝土浇筑、浆砌石砌筑的挡水建筑物，水压力、浪压力、扬压力等可能影响整体稳定;对于土石堆筑的挡水建筑物，渗流可能影响上下游边坡的稳定，并可能使建筑物本身或地基产生危害性的管涌与流土;兼有泄水作用的闸、坝，其下泄水流对河床、岸坡乃至建筑物本身可能产生有害的甚至破坏性的冲刷和磨损，高速水流还可能引起建筑物和闸门的空蚀和振动。针对这些水的作用，挡水建筑物除必须采取适当的体形和轮廓尺寸外，还常需在防渗排水、消能防冲、防空蚀、抗振动等方面采取有效措施。

二、泄水建筑物

为宣泄水库、河道、渠道、涝区超过调蓄或承受能力的洪水或涝水，以及为泄放水库、渠道内的存水以利于安全防护或检查维修的水工建筑物，称为泄水建筑物。泄水建筑物是保证水利枢纽和水工建筑物的安全、减免洪涝灾害的重要水工建筑物。

1.常用的泄水建筑物

常用的泄水建筑物有以下几种：

(1)低水头水利枢纽的滚水坝、拦河闸和冲沙闸。

(2)高水头水利枢纽的溢流坝、溢洪道、泄水孔、泄水涵管、泄水隧洞。

(3)由河道分泄洪水的分洪闸、溢洪堤。

(4)由渠道分泄入渠洪水或多余水量的泄水闸、退水闸。

(5)由涝区排泄涝水的排水闸、排水泵站。

2.泄水建筑物的泄水方式

泄水建筑物的泄水方式有堰流和孔流两种。通过溢流坝、溢洪道、溢洪堤和全部开启的水闸的水流属于堰流；通过泄水隧洞、泄水涵管、泄水(底)孔和局部开启的水闸的水流属于孔流。

溢流坝、溢洪道、堰流堤、泄水闸等泄水建筑物的进口为不加控制的开敞式堰流孔或由闸门控制的开敞式闸孔。泄水隧洞、坝身泄水(底)孔、坝身泄水涵管等泄水建筑物的进口淹没在水下，需设置闸门，由井式、塔式、岸塔式或斜坡式的进口设施来控制启闭。

3.泄水建筑物的布置

泄水建筑物的布置、形式和轮廓设计等取决于水文、地形、地质以及泄水流量、泄水时间、上下游限制水位等任务和要求。设计时，一般先选定泄水形式，拟定若干个布置方案和轮廓尺寸，再进行水利和结构计算，与枢纽中其他建筑物进行综合分析，选用既满足泄水需要又经济合理、便于施工的最佳方案。必要时采用不同的泄水形式，进行方案优选。

三、输水建筑物

输水建筑物指向用水部门送水的建筑物。输水建筑物包括引（供）水隧洞、输水管道、渠道、渡槽及涵洞等，是灌溉、水力发电、城镇供水、排水及环保等工程的重要组成部分。

输水建筑物除洞（管、槽）身外，一般还需包括进口和出口两个部分（发电引水隧洞在洞身后接压力水管）。有时受地形条件限制，在进口前或出口后还需增设引水渠或尾水渠。渠道线路上的输水隧洞或通航隧道，只有洞身段，但前后洞脸部分需增加护砌。

输水建筑物需要满足以下各项要求：

(1)具有设计规定的过流能力。对无压洞(管)，为保证洞内为无压流态，水面以上应有足够的净空;对有压洞，为保证洞内为压力流，要求沿洞线顶部的压力余幅不小于2m;渠堤顶或边墙在水面以上需留有足够的超高。

(2)结构布置和体形设计得当，出流平稳，水头损失小，不出现过大的负压和空蚀破坏。

(3)不同用途的输水建筑物对水流流速各有不同的要求。发电引水隧洞的经济流速一般为3～5m/s。为保持渠道不冲、不淤、不生水草，需结合渠道土质、水深和水流悬浮泥沙的颗粒直径，确定适宜的流速范围。

(4)渠线上输水隧洞、暗渠等的纵坡应略陡于渠道纵坡，以减小断面和免遭淤积。

(5)对坝下埋管，为防止由于温度变化和不均匀沉降导致管身开裂、接缝漏水或沿管身与坝体填土间产生集中渗流，应将管身置于较坚实的地基上，沿管线每隔一定距离设置带有止水的伸缩缝，并在管壁外侧做截流环。

(6)满足水工建筑物的一般设计要求。具有足够的强度和稳定性，结构简单，施工简便，有利于运行和管理，造价低，外形美观等。