第1篇　水利工程建设基础知识

第1章　水工建筑物的类别与等级

1.1　水工建筑物的分类及组成

1.1.1　水工建筑物的分类

水工建筑物一般可按其作用和使用时间的长短来分类。

1.按作用分类

水工建筑物按其作用可分为挡水建筑物、泄水建筑物、输（引）水建筑物、取（进）水建筑物、整治建筑物及专门建筑物。

（1）挡水建筑物是用以拦截河水、壅高水位及调蓄水量的建筑物，如各种闸、坝、山塘及沿江河海岸修建的堤防、海塘等。

（2）泄水建筑物是用以宣泄多余洪水量、排放泥沙和冰凌，以及为了满足工程检修、人防、泄放下游河道生态用水量等要求而泄放水流的建筑物，如各种溢流坝、坝身泄水孔、岸边溢洪道、排沙洞、泄洪洞、泄水闸、生态放水孔等。

（3）输（引）水建筑物是为了满足灌溉、发电和供水的需要，从水源向用水地点输水的建筑物，如输水隧洞、渠道、渡槽、倒虹吸、引水涵管等。

（4）取（进）水建筑物是用以从河流、水库、湖泊等引取各种用水的建筑物，即输水建筑物的首部建筑，如各种灌溉渠首、进水闸、扬水站、取水隧洞的进水口段、坝下涵管等。

（5）整治建筑物是用以调整河势、改善河道水流条件、稳定河槽、维护航道，以及为防止水流对河床、岸坡冲刷破坏而修建的建筑物，如护岸、护底、顺坝、丁坝、导流堤等。

（6）专门建筑物是为灌溉、水力发电、过坝、供水等某种特定单项任务而兴建的建筑物，如专为水力发电用的引水管道、压力前池、调压室、电站厂房；专为过坝用的船闸、升船机、鱼道、筏道；专为灌溉用的渠系建筑物、滤水池、沉沙池等。

需要指出的是，有些建筑物的作用并非单一的，在不同的工况下，可能有不同的作用，如泄洪洞，既可泄洪又可引水；拦河闸，既可挡水又可泄水。

为了综合利用水资源，一座水利工程往往要将几种不同用途的水工建筑物集中修建在一起，让各建筑物协同运行，控制和支配水流，发挥综合效益，这种水工建筑物的有机综合体称为水利枢纽工程。对水库而言，一般包括挡水建筑物、泄水建筑物和取（进）水建筑物三个主要部分，通常称为水库的三大件，有的还包括发电和通航等专门建筑物。

2.按使用时间的长短分类

水工建筑物按其使用时间的长短可分为永久性建筑物和临时性建筑物。

（1）永久性建筑物是指在工程运行期间长期使用的建筑物。根据其在整体工程中的重要性又可分为主要建筑物和次要建筑物。主要建筑物是指在失事以后将造成下游灾害或严重影响工程效益的建筑物，如水闸、大坝、泄水建筑物、输水建筑物、水电站厂房等；次要建筑物是指失事后不致造成下游灾害，或者对工程效益影响不大并易于修复的建筑物，如挡土墙、导流墙、工作桥、护岸等。

（2）临时性建筑物是指仅在工程施工期间使用的建筑物。如施工围堰、导流建筑物等，其主要作用是为永久性建筑物的施工创造必要的条件。

1.1.2　常见水工建筑物

1.1.2.1　土石坝与堤防

1.土石坝的类型

土石坝可按坝高、筑坝材料、施工方法等进行分类。

（1）按坝高，可分为高坝、中坝和低坝三类。坝高大于70m（含70m）的为高坝；坝高在30（含）～70m（含）之间的为中坝；坝高小于30m的为低坝。坝高是指坝基最低面（不包括局部深槽或井、洞）至坝顶路面的高度。

（2）按筑坝材料，可分为土坝、堆石坝和土石混合坝。当筑坝材料以当地土料和砂、砂砾、卵砾为主时，称为土坝；以石渣、块石为主时，称为堆石坝。由土、石料混合堆筑时称为土石混合坝。

（3）按施工方法，可分为碾压式土石坝、水力冲填坝、水中倒土坝和定向爆破坝等，其中碾压式土石坝最常见，是用适宜的土石料分层填筑，并用压实机械逐层碾压而成的坝。

碾压式土石坝按坝体防渗型式又可分为均质坝、土质防渗体分区坝和非土质防渗分区体坝三类。

1）均质坝。均质坝基本上是只由一种透水性较小的土料（黏性壤土、砂壤土）分层填筑而成。整个坝体本身具有防渗作用，不需另设专门的防渗设备，如图1.1（a）所示。这种坝型材料单一，施工方便，便于质量控制，多用于中、低坝。

2）土质防渗体分区坝。土质防渗体分区坝是用透水性较大的土石料（如砂、砂砾料或堆石）作坝的主体（坝壳），用透水性较小的黏土作防渗体的坝。其中，防渗体设在坝体中部或稍向上游倾斜的坝称为黏土心墙坝［图1.1（b）、（c）］或黏土斜心墙坝［图1.1（g）］；防渗体设在坝体上游的部位且倾斜的坝称为黏土斜墙坝［图1.1（d）、（e）］；此外，还有其他型式的分区坝，如坝体上游部分为防渗土料，而下游部分为透水土料的土石混合坝［图1.1（f）］等。在黏性土料少而砂、石料较多的地方，可采用土质防渗体分区坝。

3）非土质防渗体分区坝。是用钢筋混凝土、沥青混凝土或其他非土质材料（如土工膜）作防渗体，坝体其余部分由砂砾料或堆石填筑而成的坝。其中，防渗体设在坝体中部附近的称为混凝土心墙坝［图1.1（h）］；防渗体设在上游坝面的称为面板坝［图1.1（i）］。面板坝坝体较小，运用安全，施工维修也方便。在地质条件较好，又有适宜石料的情况下，防渗面板坝是一种经济安全的坝型。在堆石坝中，一般将防渗体设在上游坝面，形成面板堆石坝。当坝址附近缺少合适的防渗土料而又有充足的石、砂料时，可采用非土质防渗体分区坝。

2.土石坝的构造

土石坝的基本剖面是梯形，坝坡一般为1：2.0～1：4.0。一般由坝顶、护坡与坝面排水、坝壳（坝体）、防渗体、排水体、反滤层等部分组成。

（1）坝顶构造。坝顶一般都做护面，以防雨水冲刷，护面材料可采用碎石、单层砌石、沥青或混凝土，Ⅳ级以下的坝也可以草皮护面。如有公路交通要求时，则应满足交通道路路面的设计要求。

在坝顶上游侧常设防浪墙，防浪墙高度（墙顶高出坝顶的部分）通常为1.0～1.2m。应做成坚固不透水的结构，可采用浆砌石或混凝土结构，墙底必须与防渗体紧密结合，以防高水位时漏水，墙身应设置变形伸缩缝和止水设施，如图1.2所示。对于高坝或兼顾旅游功能的土石坝，下游侧或不设防浪墙的上游侧应设置栏杆等安全防护措施。特别是有旅游功能或位于城镇区域的土石坝，应按运用要求设置照明设备，建筑艺术处理应美观大方，并与周围环境相协调。

坝顶宽度应根据构造、施工、运行和抗震等因素确定，如无特殊要求，高坝一般为10～15m，中、低坝一般为5～10m。为了排出降雨积水，坝顶路面应设2%～3%的向下游侧的斜坡；上游不设防浪墙时，斜坡可向两侧倾斜。下游侧设路缘石，结合坝顶排水，路缘石应设置排水口。

（2）护坡与坝面排水。土石坝的上、下游坝面通常要设置护坡，以保护上游坝坡免受波浪淘刷、顺坡水流冲刷、冰层和漂浮物等的危害作用和下游坝坡免遭雨水冲刷、冻胀干裂等主要因素的破坏。此外，护坡还有防止无黏性土料被大风吹散，鼠、蛇和土栖白蚁等野生动物在坝坡中营洞造穴对坝坡造成危害的作用。因此，土石坝除由堆石、卵石、碎石筑成的下游坝坡外，均应设置专门的护坡。护坡的形式有草皮、抛石、干砌石、浆砌石、混凝土或钢筋混凝土、沥青混凝土或水泥土等，具体根据坝面工作条件及抗冲要求选定。

除干砌石或堆石护坡外，下游坝坡均须设置坝面排水，以防雨水冲刷。坝面排水应设置成纵横连贯的排水沟。沿土石坝与岸坡的连接处也应设置排水沟，以拦截山坡上的雨水。坝面上纵向排水沟沿马道内侧布置，横向排水沟可每隔50～100m设置一条，总数不得少于两条。排水沟的横断面可采用浆砌石或混凝土块砌筑，断面尺寸一般为深20cm，宽30cm，如图1.3所示。

（3）坝壳（坝体）。坝壳的作用是维持坝的稳定，填筑坝壳的土石料一般要求有较高的强度，在上游坝壳的水位变动区和下游坝壳的水下部分应有良好的级配，并具有较好的抗渗和抗震稳定性。

（4）防渗体。防渗体的作用是：减少通过坝体和坝基的渗漏量；降低浸润线，增加下游坝坡的稳定性；降低渗透坡降，防止渗透变形。土坝防渗体的型式有心墙、斜墙、铺盖、截水墙等。

均质坝因坝体土料透水性较小，本身就是一个防渗体。除均质坝外，土石坝均应设置专门的防渗体。如前所述，防渗体按材料可分土质防渗体和非土质防渗体，其中，土质防渗体包括黏土心墙和黏土斜墙；非土质防渗体包括沥青混凝土或钢筋混凝土心墙、斜墙、面板和复合土工膜等。

（5）排水体。土石坝虽设有防渗体拦截渗水，但仍有一定的水量渗入坝体内。因此，应在渗流出口处设置坝体排水设备，将渗水有计划地排除坝外，以降低坝体浸润线和孔隙压力，防止渗流逸出区产生渗透变形，增加坝坡稳定性，保护坝坡土层不产生冻胀破坏。常用的坝体排水体有贴坡排水、棱体排水、褥垫排水、管式排水和综合式排水，其中，贴坡排水和棱体排水最常用。

1）贴坡排水。贴坡排水又称表面排水，是在下游坝坡底部表面用1～3层块石、卵石等分层填筑而成的排水设备，如图1.4所示。贴坡排水顶部应高出坝体浸润线逸出点1.5m以上，且应使坝体浸润线在冻结深度以下。当下游有水时，还应满足波浪爬高的要求。

贴坡排水设备构造简单，省工节料，便于施工和检修，能防止渗流逸出点处的渗透变形，并可保护下游坝坡不受冲刷。但不能降低浸润线，且易冰冻而失效。常用于中、小型工程下游无水的均质坝或浸润线较低的中低坝。

2）棱体排水。棱体排水又称滤水坝趾，是在下游坡脚紧贴坝坡用块石堆筑而成的排水设备，如图1.5所示。顶部高程应高出下游最高水位0.5～1.0m，并应保证坝体浸润线距下游坝面的距离大于当地的冻结深度，且应满足波浪爬高的要求。棱体顶宽应根据施工和观测的要求确定，一般为1.0～2.0m。棱体内坡由施工条件决定，一般为1：1.0～1：1.5；外坡根据坝基的性质和施工条件确定，一般为1：1.5～1：2.0。

棱体排水能有效降低坝体浸润线，防止坝体发生渗透破坏和冻胀破坏，保护下游坝脚不受尾水冲刷，且有支持坝体稳定的作用，是一种可靠且应用较多的排水形式。但需要的石料较多，造价高，且与坝体施工有些干扰。土石坝的河槽部位常用这种排水设备。

（6）反滤层。在渗流出口处或进入排水设备处、土质防渗体与坝壳和坝基透水层之间，通常水力坡降大、渗流速度高，土壤易产生渗透变形。为了防止土体在渗流作用下产生渗透破坏，应在这些部位设置反滤层，如图1.4和图1.5所示。

反滤层的作用是滤土排水，材料有土质反滤料和土工织物反滤料两种。土质一般由2～3层不同粒径的非黏性土料（抗风化砂、砾卵石或碎石）铺筑而成，如图1.6所示，其层面与渗流方向近乎垂直，其粒径沿渗流方向逐层增大。水平反滤层的厚度以15～25cm为宜，垂直或倾斜反滤层应适当加厚，可采用40～50cm。土工织物反滤料具有施工简单、造价低等优点，采用土工织物反滤料时，应按《土工合成材料应用技术规范》（GB 50290—98）的规定进行设计。

反滤料布置的基本要求是：反滤层的透水性大于被保护土层，能通畅地排除渗透水流；使被保护的土层不发生渗透变形，即被保护土层的土料不应穿越下一层反滤料的孔隙；反滤层不致被细粒土淤塞而失效。

3.堤防的类型

堤防可按照筑堤材料、堤身断面型式、堤身防渗型式进行分类。

（1）按照筑堤材料分类。根据筑堤材料，堤防型式可分为土堤、石堤、混凝土堤或钢筋混凝土防洪墙、分区填筑的混合材料堤等。其中，土堤具有就近取材、便于施工、能适应堤基变形、便于加固改建、投资较少等优点，是我国堤防工程中最为广泛采用的堤型；土堤的缺点是体积大、占地多，易受水流、风浪破坏，因而一些重要的海堤和城市堤防，应尽量采用其他材料。

（2）按照堤身断面型式分类。根据堤身断面型式，堤防型式可分为斜坡式堤、直墙式堤、复合式堤等。

1）斜坡式堤（见图1.7）占地面积大，工程造价低，波浪爬高大，对地基承载力要求高，但波浪淘涮作用小，适用于控制投资、建设用地比较宽裕的农村防洪地段，且通过采用植物护坡，减少河道两岸硬化、白化面积，减少工程建设对河道自然面貌和生态环境的破坏。乡村河段的堤防宜选用斜坡式，采用植物护坡，减少河道两岸硬化白化面积，减少工程建设对河道自然面貌和生态环境的破坏。应从有利于植被生长、堤防管理养护、防止水土流失等方面，选择合适的斜坡坡度。

2）直墙式堤（见图1.8）比较节省土地，工程造价高，波浪爬高小，对地基承载力要求低，一般适用于房屋拆迁量大，建设用地受限制的城市地段。直立式挡墙一般高度不宜超过1.5m，并通过垂直绿化和选用透水、透气性材料等措施，为水生生物、陆生生物和两栖生物的生存繁育创造条件。

3）复合式堤（见图1.9）兼顾了斜坡式和直墙式两者的特点，可满足城市防洪与城市建设、开发、居民休闲多功能的需要，适合有景观要求的城市防洪地段。城市（镇）河段的堤防宜采用复合式堤防，应结合市政园林建设，采取水土保持和植物措施，做到河道堤防与周围自然环境和谐。

（3）按照堤身防渗型式分类。根据堤身防渗型式，堤防型式可分为均质土堤、斜墙土堤或心墙式土堤等。

在城市、工矿区等修建土堤受限制的地段，宜采用防洪墙。当高度不大时，可采用混凝土或浆砌石结构，高度较高的防洪墙应采用钢筋混凝土结构。

堤防工程的型式应按照因地制宜、就地取材的原则，根据堤段的地理位置、重要程度、堤址地质、筑堤材料、水流及风浪特性、施工条件、运用和管理要求、环境景观、工程造价等因素，经过技术经济比较综合确定。同一堤线的各堤段可根据具体条件采用不同的堤型。在堤型变换处应做好连接处理，必要时应设过渡段。

河堤断面型式除满足工程渗透稳定、抗滑稳定、抗倾覆稳定之外，尚应结合生态保护或恢复技术要求，应尽量采用当地材料和缓坡，重视生态价值，绿岸清水，为植被生长创造条件，保护河流的侧向连通性。

4.堤防的构造

（1）堤顶。堤顶宽度应根据防汛、管理、施工、构造要求确定，一般不大于4.0m。根据防汛交通、存放料物等需要，应在顶宽以外设置回车场、避车道、存料场，其具体布置及尺寸可根据需要确定。

根据防汛、管理和群众生产的需要，应设置上堤坡道。上堤坡道的位置、坡度、顶宽、结构等可根据需要确定。临水侧坡道，宜顺水流方向布置。

堤顶路面结构，应根据防汛、管理的要求，并结合堤身土质、气象等条件进行选择。一般情况下，黏性土堤路面铺砂石；砂性土或砂壤土路面要求盖黏性土，防止风雨剥蚀和流失。

堤顶应向一侧或两侧倾斜，坡度宜采用2%～3%。因受筑堤土源及场地的限制，可修建防浪墙。防浪墙的结构，可采用干砌石勾缝、浆砌石、混凝土等。防浪墙净高不宜超1.2m，埋置深度应满足稳定和抗冻要求。风浪大的海堤、湖堤的防浪墙临水侧宜做成带反浪曲面。防浪墙应设置变形缝，并应进行度和稳定性核算。

（2）堤坡与戗台。堤坡应根据堤防等级、堤身结构、堤基、筑堤土质、风浪情况、护坡型式、堤高、施工及运用条件，经稳定计算确定。1、2级土堤的堤坡不宜陡于1：3.0。海堤临水侧应按其防护型式，确定其坡度。戗台应根据堤身稳定、管理、排水、施工的需要分析确定。堤高超过6m时，背水侧宜设置戗台，戗台的宽度不宜小于1.5m。

（3）防渗与排水设施。土堤一般尽可能选取均质断面，只有当筑堤土料渗透性较强，不能满足渗流稳定要求时，才考虑设防渗与排水设施。堤防渗控措施主要包括防渗措施、反滤措施（反滤层）和排渗措施。堤身防渗常用的有黏土心墙、黏土斜墙、复合土工膜等；堤基防渗常用的有水平铺盖、混凝土防渗墙、帷幕灌浆、模袋混凝土等。较常见的排渗措施有背水坡堤脚设排水沟和压渗盖重。排水沟措施是利用背水坡堤脚开挖排水沟，以消减承压水，在沟与堤基间需铺设反滤，再回填卵石块石。排水沟应有足够的输水能力，以便将水顺利地排走，防止被管涌土淤堵，导致水头增长产生渗透破坏。压渗盖重是利用自身的有效重量来平衡渗透水压力，从而避免地基管涌和流土发生，通常采用砂性土填筑。当地基中存在砂层透镜体时，盖重还可以增强砂层抗液化能力。

（4）护坡与坡面排水。为了防止河道岸坡受风浪、水流、潮汐、雨水冲刷破坏及自然界动植物的破坏，在河道两岸的水陆交错带设置岸坡防护结构。

河道护坡按结构型式可分为坡式护坡、坝式护坡、墙式护坡和其他型式的护坡。河道护坡按材料分为自然土质岸坡和人工护坡。人工护坡有植物护坡、干砌（堆砌、抛填）块石护坡、浆砌块石（条石）护坡、混凝土（混凝土预制板块）护坡、生态混凝土护坡、土工合成材料护坡等型式。护坡型式选择应结合水文、地质、地形、河床形态、建筑材料、施工条件、工程造价、运行管理、生态、周围环境等条件进行综合考虑。人工护坡应优先考虑植物护坡。

1、2级土堤水流冲刷或风浪作用强烈的堤段，临水侧坡面宜采用砌石、混凝土或土工织物模袋混凝土护坡；1、2级堤防背水坡和其他堤防的临水坡，可采用水泥土、草皮等护坡。水泥土、砌石、混凝土护坡与土体之间必须设置垫层。水泥土、浆砌石、混凝土等护坡应设置排水孔，孔径一般为0～100mm，孔距可为2～3m，宜呈梅花形布置。浆砌石、混凝土护坡应设置变形缝。高于6m的土堤受雨水冲刷严重时，宜在堤顶、堤坡、堤脚以及堤坡与山坡或其他建筑物结合部设置排水设施。

（5）防浪墙。在城市、工矿区等由于土地昂贵、拆迁占地或取土困难等原因，修建土堤受限制的地段，防洪墙更为经济合理。防洪墙宜采用钢筋混凝土结构，当高度不大时，可采用混凝土或浆砌石结构。

1.1.2.2　混凝土坝

混凝土坝包括重力坝和拱坝。

1.重力坝的类型

重力坝主要依靠自身重量维持其稳定性而得名。重力坝的坝轴线一般为直线，并有垂直于坝轴线方向的永久性横缝将坝体分割成若干坝段，横剖面基本上呈三角形，如图1.10所示。

重力坝可按坝高、筑坝材料、泄水条件、结构型式、施工方法等进行分类，其中按坝高的分类跟前述土石坝一致。

（1）按筑坝材料分类。重力坝按筑坝材料可分为混凝土重力坝和浆砌石重力坝。重要的和较高的重力坝，大都是用混凝土筑成；中、低坝可用浆砌石砌筑，可就地取材，节约水泥用量。

（2）按泄水条件分类。土石坝按坝高按泄水条件（坝顶是否泄水）可分为非溢流重力坝和溢流重力坝。非溢流重力坝只挡水，坝顶不泄水；溢流重力坝除了承担挡水作用外，在泄洪时坝顶要泄水。一座大坝往往既有溢流坝段，又有非溢流坝段。溢流坝段和坝体内设有泄水孔的坝段可统称为泄水坝段。

（3）按结构型式分类。重力坝按结构型式可分为实体重力坝、宽缝重力坝和空腹重力坝。实体重力坝的突出问题是扬压力大、材料的抗压强度不能充分利用。而宽缝重力坝和空腹重力坝可利用空腹和宽缝排除坝基的渗透水流，减小坝基面面积，能有效降低扬压力，较好地发挥材料强度，从而可减小10%～30%的工程量。空腹重力坝还可以将水电站厂房布置在坝体空腹内。

（4）按施工方法分类。重力坝按施工方法可分为浇筑式混凝土重力坝和碾压式混凝土重力坝。碾压式混凝土重力坝具有水泥用量少、混凝土强度高，水化热低、抗裂性能好，工期短、造价低等优点。

2.重力坝的组成与构造

（1）坝顶。非溢流坝段的坝顶结构一般为实体结构，在坝顶上游侧常设防浪墙，以降低坝体的高度，墙高度一般取1.2m，宜采用与坝体连成整体的钢筋混凝土结构，墙顶应有足够的厚度，以抵挡波浪及漂浮物的冲击作用。不设防浪墙时，上、下游两侧要设栏杆及照明装置。坝顶应具有横向坡度和排水设施。

为了满足坝顶设备布置、运行、交通及施工的需要，坝顶必须有一定的宽度。一般情况下，常态混凝土坝顶最小不宜小于3m，碾压混凝土坝不宜小于5m。如坝顶要作交通要道或有移动式启闭机设备时，应根据实际需要确定。

溢流坝的上部结构应根据运用要求布置，通常设置闸门、闸墩、启闭机、工作桥、交通桥等。坝顶桥梁可采用装配式钢筋混凝土结构，并有足够的空间。工作桥的高度应根据闸门启闭的需要来确定，交通桥的高程应与非溢流坝顶一致。

（2）防渗与排水设施。大坝建成蓄水后，在上、下游水位差作用下，水库里的水要通过大坝渗向下游。为了减少渗水对坝体的有害影响，必须采取相应的防渗与排水设施。

一般在坝体上游面和下游面的水位以下部分，设置一层具有防渗、抗冻、抗侵蚀的防渗层混凝土，作为坝体的防渗设施。防渗层厚度一般为1／20～1／10水头，但不小于2.0m。

尽管在上游坝面设置了防渗层，但仍然有部分水流透过坝面渗入坝体内部。为了减小这部分渗水对坝体的渗透压力，在上游防渗层之后，沿坝轴线方向布设一排竖向排水管。透过坝面的大部分渗水，通过排水管由上层向下层依次汇集于设在纵向廊道内的集水沟（管）里，再经横向廊道内的集水沟（管）汇集于集水井，然后由集水井自流或抽排到下游。排水管至上游坝面的距离一般为作用水头的1／15～1／25，且不小于2.0m。排水管常用预制的无砂多孔混凝土管做成，埋在坝内，纵向间距为2～3m，管内径一般为15～25cm。

（3）坝内廊道。在混凝土重力坝中，为了满足灌浆、排水、观测和检修坝体的需要，须在坝内设置各种廊道，这些廊道根据需要可沿纵向、横向及竖向进行布置，并相互贯通，构成廊道系统，如图1.11所示。各种廊道通常相顾结合，一道多用。廊道内应有适宜的通风和照明设备。

坝内廊道主要有基础灌浆廊道、基础排水廊道、坝体排水和检测廊道三类。

1）基础灌浆廊道。布设于上游坝踵处，廊道上游侧距上游坝面的距离约为1／20｀～1／10倍水头，且不小于4～5m。为防止廊道底板被灌浆压力掀动开裂，廊道底面距基岩面应不小于1.5倍的廊道底宽。廊道断面一般采用上圆下方的城门洞形，宽度约为2.5～3.0m，高度约为3.0～3.5m。廊道上游侧设排水沟，下游侧设排水孔及扬压力观测孔，较长的基础灌浆廊道，每隔50～100m应设置横向灌浆机室。

2）基础排水廊道。基础排水廊道沿纵横两个方向布置，且直接设在坝底基岩面上。低坝通常只在基础附近设置一条纵向廊道，兼作灌浆、排水及检查之用。廊道宽度一般为1.5～2.5m，高度为2.2～2.5m。当廊道的高程低于尾水位或采用坝基抽水方式降低扬压力时，需设置集水井用水泵排水。

3）坝体排水和检测廊道。为了便于检查坝体和排除坝体渗水，在靠近坝体上游面沿高度每隔15～30m设置一层检查兼作排水用的廊道。廊道断面形式多为城门洞形，最小宽度为1.2m，最小高度为2.2m。廊道上游侧距上游坝面的距离应不小于1／20～1／10的坝面作用水头，且不小于3m。各层廊道之间用电梯井或便梯相通，在左右两岸至少应各设有一个通向下游的出口。

（4）分缝与止水。混凝土重力坝为了防止因地基不均匀沉陷和温度变化而引起裂缝，以及适应施工期混凝土的浇筑能力和温度控制，常需设置垂直于坝轴线的横缝和平行于坝轴线的纵缝。横缝一般为永久缝，纵缝则属于临时缝。此外，坝体混凝土分层浇筑的新、老混凝土水平结合面也是一种临时性的水平施工缝。重力坝的分缝如图1.12所示。

1）横缝及止水。永久性横缝将坝体沿坝轴线方向分隔成若个干独立的坝段，可兼作伸缩缝和温度缝。横缝的缝面常为平面，可不留缝宽，当不均匀沉陷较大时，需留1～2cm的缝宽。缝内不灌浆，常用沥青油毛毡或沥青玛脂填充，为防止水流沿横缝渗漏，缝内尚需有止水设备。横缝的间距（即坝段长度）一般为15～20m，当坝内有电站引水管道或泄水孔时，还应考虑泄水孔和电站机组间距；对溢流坝段还要结合溢流孔口尺寸进行布置。

2）纵缝。纵缝是为适应混凝土的浇筑能力和减小施工期温度应力而设置的临时缝，是应用最广的一种施工缝。纵缝的布置型式垂直纵缝、斜缝和错缝有三种。纵缝间距一般为20～40m，必须在水库蓄水运行前，混凝土充分冷却收缩的条件下进行灌浆填实，使坝成为整体。为传递接缝之间的剪力和压力，加强坝体的整体性，缝面需设置足够数量的键槽。当坝较低、底宽较小或有足够的浇筑能力和充分的混凝土冷却措施时，可不设纵缝而通仓浇筑，可使坝体有更好的整体性，并可简化施工程序，节省模板用量。

3）水平施工缝。水平施工缝是上下两层新老混凝土浇筑块之间的水平结合面。水平施工缝处理不好，可能成为防渗、抗剪的薄弱面。因此，在新混凝土浇筑之前，应清除老混凝土面上的浮渣、灰尘和水泥乳膜，并用压力水冲洗干净，再均匀铺一层2～3cm的水泥砂浆，然后再行浇筑，以保证层面结合良好。同一坝段相邻浇筑块水平施工缝的高程应错开，上下游浇筑块之间常间歇3～7d。

3.拱坝

拱坝的坝轴线为弧形，坝体是一种平面上呈凸向上游的拱形，主要依靠拱的作用将承受的上游坝面水压力变成轴向压力传向两岸，如图1.13所示。

（1）拱坝的特点。相对其他坝型，拱坝具有如下特点。

1）利用两岸岩体维持稳定。拱坝所承受的荷载主要由水平的拱圈和竖向的悬臂梁共同承担。大部分水平荷载通过水平拱圈传给两岸岩体，其余部分荷载通过竖向悬臂梁传给河床基岩。

2）能充分发挥筑坝材料强度，节省工程量。拱坝有利于发挥混凝土或浆砌石材料的抗压强度大大高于抗拉强度的特性，可减小坝体厚度，从而减小坝的体积，一般情况下，拱坝体积比同样情况的重力坝，可节约工程量1／3～2／3。

3）超载能力大，安全度高。拱坝属周边嵌固的高次超静定结构，当外荷超载或坝体的某一部位产生局部裂缝时，坝体的拱梁作用将相互自行调整，应力可自行调整而得到新的平衡，使裂缝终止。研究表明，混凝土拱坝的超载能力可达设计荷载的5～11倍。

4）抗震性能好。由于拱坝是一个整体的空间壳体结构，坝体轻而富有弹性，故其抗震性能较好。

5）荷载特点。由于拱坝不设永久性横缝，且周边嵌固，温度变化和坝基岩体变形对拱坝的应力影响较大。因此，温度荷载是作用于拱坝上的基本荷载。而坝体自重和扬压力则对拱坝应力影响较小。根据实测资料分析表明，拱坝由温度变化引起的径向位移约占总位移的1／3～2／3，且在靠近坝顶部位的温度影响尤为显著。

6）坝身泄流及施工技术比较复杂。拱坝坝身较为单薄，坝身溢流可能引起坝身及闸门振动，致使材料疲劳；坝身下泄水流具有向心集中作用，挑距不远，易造成对河床及河岸冲刷。拱坝坝体薄而形状复杂，对于施工技术要求较高，施工时需设置施工缝，分段浇筑，蓄水之前必须对各种施工缝进行封拱灌浆处理，使坝身成为一个整体，施工程序及工艺较为复杂。

（2）拱坝的类型。拱坝可按坝高、厚高比、筑坝材料、体形等分类，其中按坝高的分类跟前述土石坝一致。

1）按厚高比分类。拱坝按厚高比可分为薄拱坝、厚拱坝和中厚拱坝三类。厚高比是指拱坝最大高度处的坝底宽度与坝高之比。一般情况下，厚高比小于0.2的为薄拱坝，厚高比大于0.35的为厚拱坝，厚高比在0.2～0.35之间的为中厚拱坝。

2）按筑坝材料分类。拱坝按筑坝材料可分为混凝土拱坝和浆砌石拱坝两类。高坝多用混凝土坝，中低坝多用浆砌石坝。

3）按体形分类。按拱坝体形可分为单曲拱坝和双曲拱坝两类。

单曲拱坝定圆心、等外径。水平拱圈从顶到底采用相同的外半径，拱坝的上游面为铅直的圆筒面，拱圈厚度随水深逐渐加厚，下游面为倾斜，各层拱圈内外弧的圆心位于同一铅直线上，如图1.14所示。单曲拱坝具有结构简单，设计、施工方便的优点。缺点是当坝顶和坝底处河谷宽度相差较大时，下部中心角往往太小。这种拱坝坝体较厚，材料用量较大，适用于矩形或梯形河谷，中小型工程采用较多。

双曲拱坝除了在水平面上呈拱形外，在铅直面上也呈曲线形，如图1.15所示。由于坝体在水平和铅直两个方向上都有拱的作用，坝体应力状态较理想，是近代拱坝广泛采用的一种坝型。双曲拱坝可以做得较薄，节约建筑材料，但施工比较复杂，适用于V形或梯形河谷。

（3）拱坝的构造。

1）坝顶。拱坝的坝顶构造都与重力坝基本一致，坝顶宽度满足运行和交通等要求，一般不应小于3m。

2）廊道。为满足拱坝基础灌浆、排水、观测、检修和坝内交通等要求，应在坝内设置廊道。考虑到拱坝厚度较薄，应尽可能少设廊道，以免对坝体削弱过多。对于高度不大的薄拱坝，可以不设廊道，考虑分层设置坝后桥，作为坝体交通、封拱灌浆和观测检修之用。坝后桥应该与坝体整体连接。

3）防渗与排水设施。拱坝的防渗和排水，与重力坝相似。对于坝体较厚的拱坝或寒冷地区的薄拱坝，坝身应设排水管。对于浆砌石拱坝，一般采用抗渗混凝土的抗渗体，也可采用钢丝网喷浆防渗护面。混凝土防渗面板或心墙的横缝间距宜为10～20m，并与坝身砌体横缝的形式和部位相同。横缝止水后面宜设竖向排水孔，通向纵向排水检查廊道或坝体水平排水系统。

4）分缝。拱坝不设永久性的缝。但由于施工时需要分层分块地进行浇筑或砌筑，各段之间设有收缩缝，收缩缝有横缝和纵缝两类，当坝体混凝土冷却到稳定温度或低于稳定温度2～3℃以后，再用水泥浆将收缩缝封填（称为封拱），以保证坝体的整体性。拱坝厚度较薄时，一般可不纵缝。只有当坝体厚度大于40m时，才考虑设置纵缝。在浆砌石拱坝中因砌体单位体积水泥用量较少，砌体的线膨胀系数、弹模及温度应力均较小，所以中小型浆砌石拱坝常不分缝，而采用逐层砌筑、整体上升的施工方法。

5）垫座与周边缝。垫座是一种设置在坝体与基岩之间的人工基础。垫座可根据实际的地形地质条件设置，可设置于整个坝体的周边，也可设置于部分坝体。周边缝是在垫座与坝体之间设置的永久缝，一般做成二次曲线或卵形曲线，以保证垫座以上的坝体尽可能接近对称，获得较优的体形。

4.支墩坝

除了重力坝和拱坝外，支墩坝也是工程中较为常见的类似坝型。支墩坝是由一系列顺水流方向的支墩和支承在墩子上的挡水面板所组成。支墩坝按挡水面板型式的不同，可分为平板坝、连拱坝和大头坝，如图1.16所示。

（1）平板坝。平板坝的上游挡水面板为钢筋混凝土平板，并常以简支的形式与支墩连接，适用于40m以下的中低坝。支墩多采用单支墩，为了提高支墩的刚度，也有做空腹式双支墩。

（2）连拱坝。连拱坝是由支承在支墩上连续的拱形挡水面板（拱筒）承担水压力的一种轻型坝体。支墩有单支墩和双支墩两种，拱筒和支墩之间刚性连接，形成超静定结构，温度变化和地基的变形对坝体的应力影响较大，因此，其适用于气候温和的地区和良好的基岩。

（3）大头坝。大头坝是通过扩大支墩的头部而起挡水作用的，其体积较平板坝和连拱坝大，也称大体积支墩坝，它能充分利用混凝土材料的强度，坝体用筋量少；大头和支墩共同组成单独的受力单元，对地基的适应性好，受气候条件影响小。

1.1.2.3　水电站与泵站

1.水电站

水电站一般由进水建筑物、引水建筑物、平水建筑物和厂区枢纽建筑物组成。

（1）进水建筑物。水电站进水建筑物的功用是引进符合发电要求的水流，又称为进水口。水电站的进水口分有压和无压两种，它是水电站引水系统的首部。

有压进水口的高程在水库死水位以下，以确保水流处于有压状态。有压进水口的型式有竖井式进水口、墙式进水口、塔式进水口和坝式进水口等几种。主要设备有拦污栅、闸门及启闭机、通气孔及充水阀等。

无压进水口的特点是进水口水流是无压流，分无坝取水和有坝取水两种方式，一般设在河流的凹岸，由进水闸、冲沙闸、挡水坝和沉沙池组成。

（2）引水建筑物。引水建筑物可分为无压引水建筑物和有压引水建筑物两大类，有动力渠道、引水隧洞和压力管道等。

动力渠道是无压输水建筑物，有非自动调节渠道和自动调节渠道两种。非自动调节渠道渠顶与渠底基本平行，不能调节流量；而自动调节渠道渠顶是水平的，能调节流量，但工程量较大，一般用于引水渠较短的情况。

引水隧洞分为有压引水隧洞和无压引水隧洞两种。引水隧洞转弯时弯曲半径一般大于5倍洞径，转角不宜大于60°，以使水流平顺，减小水头损失。

压力管道是直接向水电站厂房水轮机输送水量的管道，分为钢管、钢筋混凝土管和钢衬钢筋混凝土管三种。明管设有镇墩和支墩，一般在进口设置闸门而在末端设置阀门，附件有伸缩节、通气孔及充水阀、进人孔及排水陡备。地下埋管埋藏在地下岩体中，施工时对破碎的岩层进行固结灌浆，平洞、斜井的拱顶要进行回填灌浆。钢衬钢筋混凝土管需在钢衬与混凝土、混凝土与围岩之间进行接缝灌浆。

（3）平水建筑物。平水建筑物是在水电站负荷变化时用以平稳引水建筑物中流量和压力的变化，保证水电站调节稳定的建筑物。当引水建筑物是有压隧洞或管道时，平水建筑物为调压室，调压室的类型有简单圆筒式、阻抗式、双室式、差动式、溢流式以及气垫式等。当引水建筑物是动力渠道或无压隧洞时，平水建筑物为建在渠道末端的压力前池，它是无压引水建筑物于压力管道的连接建筑物，压力前池由前室、进水室及其设备、泄水建筑物、放水及冲沙设备、拦冰及排冰设备组成。

（4）厂区枢纽建筑物。厂区枢纽包括主厂房、副厂房、主变压器场、高压开关站等，是发电、变电和配电的场所。

1）主厂房。是直接将水能转变为电能的车间，是厂房的主体，由安装间和机组段组成。安装间是安装和检修水轮发电机组的地方，要能容纳发电机转子、上机架、水轮机机盖和转轮四大部件；机组段是水轮发电机组把水能变成电能的场所，由下而上分蜗壳尾水管层、水轮机层和发电机层。在施工中，蜗壳外围混凝土、机墩和发电机风罩等为二期混凝土，其他为一期混凝土。

2）副厂房。布置各种机电控制设备和辅助设备的房间，以及运行管理人员的工作和生活用房等，由机修间、蓄电池室、中央控制室等组成。

3）主变压器场，要尽量靠近主厂房，并有检修通道。

4）高压开关站，是配送电能的场所，要有足够的面积。

2.泵站

（1）泵站的类型。泵站按功用可分为灌溉泵站、排涝泵站、排灌结合泵站、供水泵站、加压泵站、多功能泵站等，其中灌溉泵站、排涝泵站、排灌结合泵站在水利工程中最常用。

（2）泵站的组成。泵站一般由泵房、引水渠、沉沙及冲沙建筑物、前池、进水池、出水管道、出水池或压力水箱等组成。

1）泵房。结构形式有移动式和固定式两大类。移动式分为囤船型和缆车型；固定式泵房分为分基型、干室型、湿室型、块基型4种。

2）引水渠。作用是将水源引至前池和进水池，分为自动调节引渠和非自动调节引渠两种。岸边式泵站可设涵洞。

3）沉沙及冲沙建筑物。作用是拦截泥沙，以减少高速含沙水流对水泵和管道的磨损和破坏。

4）前池。作用是衔接引渠和进水池，有正向进水前池和侧向进水前池两大类。

5）进水池。水泵（立式轴流泵）或水泵进水管（卧式离心泵、混流泵）直接吸水的工建筑物，一般布置在前池和泵房之间或泵房的下面（湿室型泵房）。

6）出水管道。水泵房至出水池之间有一段压力管道称为出水管道。

7）出水池。作用是衔接水泵出水管与灌溉（或排水）干渠（或承泄区），分为正向出水池和侧向出水池两种。

8）压力水箱。一种封闭形式的出水建筑物，箱内水流一般无自由水面，大多用于排水泵站且承泄区水位变幅较大的情况。按水流方向来分，压力水箱有正向出水和侧向出水两种。

（2）水泵的分类。水泵是能量转换的机械，是把动力机（电动机或柴油机）的机械能转换（或传递）成被输水水体的能量，使水体获得动能或势能。按其作用原理可分为叶片泵、容积泵和其他类型泵三大类。

1）叶片泵。叶片泵是靠泵内高速旋转的叶片转换能量。按工作原理的不同，叶片泵可分为离心泵、轴流泵和混流泵三种。离心泵按其基本结构、形式特征又分为单级单吸式离心泵、单级双吸式离心泵、多级式离心泵以及自吸式离心泵。轴流泵按主轴方向又可分为立式泵、卧式泵和斜式泵；按叶片可调节的角度不同可分为固定式、半调节式和全调节式。混流泵按结构型式分为蜗壳式和导叶式。

2）容积泵。容积泵是通过封闭而充满液体容积的周期性变化来转换能量，主要有活塞泵、齿轮泵、螺杆泵等。

3）其他类型泵。其他类型泵是指除叶片泵和容积泵以外的特殊泵，有射流泵、水锤泵、电磁泵等。

（3）叶片泵的性能参数。叶片泵性能参数包括流量、扬程、功率、效率、转速和允许吸上真空高度（或必需汽蚀余量）等，共6个，通常被标注在水泵铭牌上。

1）流量。流量是指水泵在单位时间内能够输送的水量，常用单位是m3／L、L／s、m3／h。铭牌上所标出的流量是这台泵的额定流量，水泵在这一流量下运行效率最高。

2）扬程。扬程是指单位重量的水从泵进口到泵出口所增加的能量，用H表示，单位是m。铭牌上所标出的扬程是这台泵的设计扬程，即相应于通过设计流量时的扬程，又称额定扬程。泵的工作扬程总是大于实际扬程（净扬程）。

3）功率。功率是指水泵在单位时间内所做的功，单位是kW。有有效功率、轴功率和配套功率之分。有效功率是水泵的输出功率，轴功率是水泵的输入功率，即动力机传给水泵转轴的功率；配套功率是动力机的功率。

4）效率。效率是指水泵传递能量的有效程度，是有效功率与轴功率之比的百分数，用η表示。水泵铭牌上的效率是对应于通过设计流量时的效率，该效率为泵的最高效率。

5）转速。转速是指泵轴单位时间内的旋转次数，通常表示为r／min。铭牌上所标出的转速为水泵的额定转速。

6）允许吸上真空高度或必需汽蚀余量。表征叶片泵汽蚀性能的参数，用来确定泵的安装高程，单位为m。

1.1.2.4　水闸与渠系建筑物

1.水闸

水闸是一种既能挡水又能泄水的低水头水工建筑物，通过闸门启闭来控制水位和流量，以满足防洪、灌溉、排涝等需要。

（1）水闸的类型。水闸的种类很多，通常可按其所承担的任务和闸室的结构型式进行分类。

1）按其承担的任务分类。水闸按其所承担的任务分为进水闸、节制闸、泄水闸、排水闸、挡潮闸等。

2）按结构形式分类。水闸按闸室结构形式分为开敞式水闸和涵洞式水闸。开敞式水闸的闸室上面没有填土，有带胸墙和不带胸墙两种，如图1.17（a）、（b）所示。当引（泄）水流量较大、渠堤不高时，常采用开敞式水闸。涵洞式水闸主要建在渠堤较高、引水流量较小的渠堤之下，闸室后有洞身段，洞身上面填土，又称封闭式水闸，根据水力条件的不同，可分为有压和无压两种，如图1.17（c）所示。

（2）水闸的组成。水闸通常由上游连接段、闸室段和下游连接段三部分组成，如图1－18所示。

1）上游连接段。上游连接段的作用是引导水流平稳地进入闸室，同时起防冲、防渗、挡土等作用。一般包括上游翼墙、铺盖、护底、两岸护坡及上游防冲槽等。

上游翼墙的作用是引导水流平顺地进入闸孔并起侧向防渗作用，其平面布置形式有圆弧形翼墙、扭曲面翼墙、八字形翼墙和隔墙式翼墙等，结构型式有重力式、悬臂式、扶壁式和空箱式等。

铺盖主要起防渗作用，应该具有不透水性，同时兼有防冲功能。常用材料有黏土、沥青混凝土、钢筋混凝土等，以钢筋混凝土铺盖最为常见。钢筋混凝土铺盖常用C20混凝土浇筑，厚度为0.4～0.6m，铺盖与底板接触的一端应适当加厚，并用沉降缝分开，缝内设止水。

护坡、护底和上游防冲槽（齿墙）是保护两岸土质、河床及铺盖头部不受冲刷，材料有干砌石、浆砌石或混凝土等。

2）闸室段。闸室是水闸的主体部分，通常包括底板、闸墩、闸门、胸墙、工作桥及交通桥等。

底板是闸室的基础，承受闸室全部荷载，并均匀地传给地基，此外，还有防冲、防渗作用。闸底板按结构形式可分为平底板、低堰底板和反拱底板，工程中用得最多的是平板；根据底板与闸墩的连接方式不同，平底板可分为整体式和分离式两种，如图1.19（a）所示。若闸室顺水流方向的沉降缝（伸缩缝）设在闸墩中间，将闸墩与底板浇筑成整体即为整体式底板，采用整体式底板的闸室结构整体性好，抗震性好，底板基底压力较小，适用于地质条件较差、可能产生不均匀沉降的地基，但要求底板厚度必须满足强度和刚度，一般为1.0～2.0m，但不宜小于0.5～0.7m。若将顺水流方向的沉降缝（伸缩缝）设在闸室底板两侧，使底板与闸墩分离，就成为分离式底板，如图1.19（b）所示，分离式闸墩底板基底压力较大，适用于地质条件较好、地基承载力较大的地基。

闸墩的作用是分隔闸孔并支承闸门、工作桥等上部结构。多用C15～C30的混凝土浇筑，小型水闸可用浆砌块石砌筑，但门槽部位需用混凝土浇筑。

闸门的作用是挡水和控制下泄水流。按工作性质的不同可分为工作闸门、事故闸门和检修闸门等；闸门按门体的材料可分为钢闸门、钢筋混凝土或钢丝网水泥闸门、木闸门及铸铁闸门等；按结构型式可分为平面闸门、弧形闸门等。

胸墙用来挡水以减小闸门高度，胸墙顶部高程与闸墩顶部高程齐平；胸墙底高程应根据孔口泄流量要求计算确定。跨度在5m以下的胸墙可用板式结构，超过5m跨度的胸墙用板梁式结构；胸墙与闸墩的连接方式有简支和固结两种。

工作桥供安置启闭机和供管理人员操作启闭机之用，为钢筋混凝土简支梁或整体板梁结构。桥的高度必须满足闸门能提出门槽检修的要求。

交通桥的作用是连接两岸交通，通常布置在闸室下游低水位一侧，可采用板式、板梁式和拱式等结构形式。

3）下游连接段。下游连接段具有消能、防冲和扩散水流的作用。一般包括护坦（消力池）、海漫、下游防冲槽、下游翼墙及护坡等。

消力池的作用是促使出闸水流在池中发生淹没式水跃进行消能，并保护地基免遭冲刷。护坦是消力池的底板，承受水流的冲击力、水流脉动压力和底部扬压力等作用，应具有足够的重量、强度和抗冲耐磨的能力，通常采用混凝土，也可采用浆砌块石。为防止不均匀沉降而产生裂缝，护坦（消力池）与两侧翼墙底板及闸室底板之间均应设置沉陷缝。缝的位置如在闸基防渗范围内，缝中应设止水。

海漫的作用是进一步消除护坦出流的剩余动能、扩散水流、调整流速分布、防止河床受冲。对海漫的要求是：①表面要有一定的粗糙度，以利进一步消除余能；②具有一定的透水性，以便使渗水自由排出，降低扬压力；③具有一定的柔性，以适应下游河床的冲刷变形。海漫的材料一般采用浆砌、干砌块石、混凝土或钢筋混凝土板。

当海漫末端与土质河床交接处可能会遭受冲刷时，在海漫末端设置防冲槽与下游河床相连，以保护海漫末端不受冲刷破坏。

下游翼墙与护坡的作用引导水流均匀扩散兼有防冲及侧向防渗排水等作用。

2.渠系建筑物

渠道是水利工程中广为采用的输水建筑物。灌溉渠道，一般分为干、支、斗、农、毛五级，构成灌溉系统。为了满足控制水流、分配水量、上下游连接及河谷河流的交叉等要求而在渠道上修建的水工建筑物，统称为渠系建筑物。类型主要有渡槽、倒虹吸管、涵洞、跌水与陡坡等。

（1）渡槽。渡槽是跨越渠道、河流、道路、山冲、谷口等的架空输水建筑物。一般由槽身、支承结构、基础及进出口建筑物等部分组成。渡槽根据其支承结构的情况，分为梁式渡槽和拱式渡槽两大类，如图1.20和图1.21所示。

1）梁式渡槽。梁式渡槽槽身置于槽墩或排架上，其纵向受力和梁相同，故称梁式渡槽。槽身断面形状有矩形和U形两种，矩形槽身适应跨度为8～15m，U形槽身适应跨度为1～20m。梁式渡槽又分成简支梁式、双悬臂单悬臂梁式和连续梁式。小型渡槽一般采用简支梁式结构，断面多采用矩形。

2）拱式渡槽。当槽身置于拱式支承结构上时，称为拱式渡槽。拱式渡槽按材料可分为砌石、混凝土和钢筋混凝土等；按照主拱圈的结构型式则可分为板拱、肋拱和双曲拱等。拱式渡槽的主要承重结构是拱圈，槽身通过拱上结构将荷载传给拱圈，它的两端支承在槽墩或槽台上。拱圈的受力特点是承受以压力为主的内力，故可用抗压性能好的石料或混凝土建造，并可采用较大的跨度。拱圈对支座的变形要求严格，对于跨度较大的拱式渡槽应建筑在比较坚固的岩石地基上。

（2）倒虹吸管。倒虹吸管是设置在渠道与河流、山沟、谷地、道路等相交处的压力输水建筑物。它与渡槽相比，具有造价低、施工方便的优点，但水头损失较大，运行管理不如渡槽方便。

倒虹吸管有竖井式、斜管式、曲线式和桥式等，主要由进口段和管身、出口段三部分组成。进口段包括进水口、拦污栅、闸门、渐变段及沉砂池等，用来控制水流、拦截杂物和沉积泥沙。出口段包括出水口、渐变段和消力池等，用于扩散水流和消能。水头较低（水头在30m以下）的管身采用混凝土或钢筋混凝土，水头较高（水头在30m以上）的管身采用铸铁或钢管。为了防止管道因地基不均匀沉降和温度变化而破坏，管身应设置沉降缝，内设止水。土基上现浇钢筋混凝土管的缝距为15～20m，在岩基上的现浇钢筋混凝土管缝距为10～15m。为了便于检修，在管段上应设置冲砂放水孔兼作进人孔。为改善路下平洞的受力条件，管顶应埋设在路面以下1.0m左右。在管身的变坡及转弯处或较长管身的中间应设置镇墩，以连接和固定管道。镇墩附近的伸缩缝一般设在下游侧。在镇墩中间要设置支墩，以承受水荷载及管道自重的法向分量。

（3）涵洞。涵洞是埋设在路、渠、沟下面，用来输水或排水的交叉建筑物。当渠道与交通道路相交，且渠道在路面以下有足够的高差时，可在道路下面埋设涵洞以输送渠水；当渠道与河流、沟谷、山冲相交，且洪水流量不大时，可在填方渠道下设涵洞以排泄洪水。通常所说的涵洞主要指这两种，输水涵洞与排洪涵洞一般都不设闸门。涵洞一般由进口段、洞身及出口段三部分组成，如图1.22所示。

根据水流形态的不同，涵洞分有压、无压和半有压式；根据洞身断面形式的不同，涵洞可分为圆形管涵、箱形涵洞、盖板涵洞、拱形涵洞。

涵洞的洞身构造有基础、沉降缝、截水环、涵衣等。管涵基础采用浆砌石或混凝土管座，其包角为90°～135°。拱涵和箱涵基础采用C15素混凝土垫层，它可分散荷载并增加涵洞的纵向刚度。沉降缝设缝间距不大于10m，且不小于2～3倍洞高，主要作用是适应地基的不均匀沉降。对于有压涵洞，缝中要设止水，以防止渗水使涵洞四周的填土产生渗透变形。截水环和涵衣的作用是防止洞身外围产生集中渗流，用于有压涵洞。

（4）跌水与陡坡。当渠道通过地面坡度较陡的地段时，为了保持渠道的设计比降，避免高填方或深挖方，往往将水流落差集中，修建建筑物连接上下游渠道，这种建筑物称落差建筑物。跌水与陡坡是最常见的落差建筑物，一般采用砖石、混凝土和钢筋混凝土建造，目前多用砌石和混凝土。

跌水有单级和多级两种形式，两者构造基本相同，一般单级跌水落差小于5.0m，落差超过5.0m宜采用多级跌水。跌水主要由进口连接段、跌水口、侧墙、消力池和出口连接段组成。

陡坡与跌水的主要区别在于陡坡斜坡代替跌水墙。陡坡主要由进口连接段、控制堰口、陡坡段、消力池和出口连接段组成。

1.1.2.5　水工隧洞与岸边溢洪道

1.水工隧洞

水工隧洞是为输送水流而在山体中开挖出来的一种洞式地下建筑物。

（1）水工隧洞的类型。水工隧洞可以按承担的任务、水流状态分类。

1）按承担的任务分类。水工隧洞按承担的任务分为发电引水隧洞、灌溉和供水隧洞、泄洪隧洞、排沙隧洞、放空和施工导流隧洞等。

2）按工作时洞内的水流状态分类。水工隧洞按工作时洞内的水流状态可分为无压隧洞和有压隧洞。有压隧洞运行时，水流充满整个过水断面，洞内壁承受一定的内水压力。无压隧洞内水流具有自由水面，水面与洞顶保持一定的净空。

发电引水洞一般是有压隧洞，泄洪洞、供水洞、排沙洞、施工导流洞及泄水洞可以是有压的，也可以是无压的。即使是在同一条隧洞中，也可布设成以主闸门为界，闸门前为有压流状态，闸门后为无压流状态。但是在隧洞的同一段内，除了流速低的导流隧洞外，应严禁出现时而有压，时而无压的明满交替的流态，以免造成因此引起的振动与空蚀破坏。

（2）水工隧洞的组成及构造。水工隧洞由进口建筑物、洞身和出口建筑物三部分组成。

1）进口建筑物。隧洞进口建筑物形式有竖井式、塔式、岸塔式和斜坡式。主要由进水口、闸室段及渐变段所组成，包括：拦污栅、进水喇叭口、闸门、平压管、通气孔和渐变段等。泄水隧洞常设两道闸门，闸门型式有平面门和弧形门两种。工作闸门用以控制流量，要求能在动水中启闭，可以设在进口、出口或隧洞中的任一适宜位置。无压隧洞一般将工作闸门设置在隧洞进口处，有压隧洞一般将工作闸门设置在隧洞出口处。检修闸门，设在隧洞进口，当工作闸门或隧洞检修时，用以挡水。当隧洞出口低于下游水位时，出口也要设检修门。深水隧洞的检修闸门一般需要能在动水中关闭，静水中开启，也称“事故门”。平压管的作用是减小检修闸门的启门力。通气孔通常担负着向工作闸门和检修闸门之间通气的作用，放水时补气、充水时排气。

2）洞身。洞身的断面形状有圆形、圆拱直墙形（城门洞形）、马蹄形或卵形断面等。有压隧洞的断面多为圆形。无压隧洞当地质条件好，侧向山岩压力小时，可采用非圆形断面；当地质条件差或地下水压力很大时，采用圆形断面。为了保证水工隧洞安全有效地运行，隧洞一般都要衬砌。衬砌的作用是承受山岩压力、水压力等荷载，加固和保护围岩，防止渗漏，减小隧洞表面糙率，减小水头损失等。常见的衬砌型式有平整衬砌、单层衬砌、预应力衬砌及喷锚衬砌等。

3）出口建筑物。隧洞出口建筑物的型式与布置，主要取决于隧洞的功用及出口附近的地形、地质条件，主要包括渐变段、闸室及消能设施。

2.岸边溢洪道

溢洪道是水库枢纽中的主要泄水建筑物。对于土石坝及以某些轻型坝型为主的枢纽，一般不允许从坝顶溢流，常在坝体以外的岸边或天然垭口布置溢洪道作为泄水建筑物，称岸边溢洪道，又称河岸式溢洪道。

（1）岸边溢洪道的类型。岸边溢洪道的主要型式有正槽式溢洪道、侧槽式溢洪道、井式溢洪道、虹吸式溢洪道四种。其中，正槽式溢洪道和侧槽式溢洪道的整个流程是完全敞开的，水流具有自由表面，又称开敞式溢洪道，在工程中采用较多；井式溢洪道和虹吸式溢洪道泄水道是封闭的，又称封闭式溢洪道，其超泄能力小，易产生空蚀，故应用较少。

1）正槽式溢洪道。如图1.23所示，泄槽轴线与溢流堰轴线正交，过堰水流与泄槽方向一致，水流平顺，超泄能力大，结构简单，运用安全可靠，是采用最多的溢洪道型式。

2）侧槽式溢洪道。如图1.24所示，泄槽轴线与溢流堰轴线接近平行，过堰水流泄入与溢流堰轴线大致平行的侧槽后，冲向对面的槽壁，向上翻腾产生旋涡，再逐渐转向，然后经泄槽泄往下游。一般适用于坝肩山头较高，岸坡较陡，不利于布置正槽式溢洪道且泄流量相对较小的情况，尤其适用于中、小型水库中采用无闸门控制的溢洪道。

3）井式溢洪道。由环形溢流堰（喇叭口）、竖井和泄洪隧洞组成。水流进入环形溢流堰后，经竖井和泄水隧洞流入下游。

4）虹吸式溢洪道。是利用虹吸的作用来完成自动泄水的泄水建筑物，它能自动调节上游水位，不需设闸门，但超泄能力小，构造复杂。

（2）正槽式溢洪道的组成与构造。正槽式溢洪道一般由引水渠、溢流堰、泄槽、消能防冲设施及尾水渠五部分组成。

1）引水渠。是水库与溢流堰之间的连接段，作用是将库水平顺地引至溢流堰前。引水渠在平面上宜布置成直线。进口做成喇叭形，使水流逐渐收缩。引水渠的横断面形式常为梯形。引水渠纵断面应做成平底或底坡较小的反坡（倾向水库）。

2）溢流堰。是控制水库水位和溢洪道泄洪量的关键部位，故又称控制堰或控制段。溢流堰有宽顶堰和实用堰两种基本形式。

3）泄槽。作用是将过堰水流迅速地泄向下游消能段，其坡度较大，一般均大于临界水力坡降，所以又叫陡槽或陡坡段。

泄槽在平面上应尽可能采用直线、等宽和对称布置，力求避免转弯或变断面，以使水流顺畅。但在实际工程中，当溢流堰前缘较宽而泄水槽较长时，为了减少土石方开挖量，常在泄槽前端设置对称收缩段。

为了使水流平顺和便于施工，泄槽应尽量采用单一的纵坡。当泄槽较长时，为了适应地形、地质条件，减小开挖量，纵坡可随地形、地质条件而变化。在变坡处用与水流轨迹相似的抛物线平顺连接，避免水流脱离槽底产生负压和空蚀。但变坡次数不宜太多，且宜采用先缓后陡的变坡，尽量避免坡度由陡变缓。槽底的纵坡一般大于临界坡度，常用l%～5%，有时可达10%～15%，在坚硬的基岩上可以更大。

泄槽的横断面应尽可能做成矩形并加以衬砌。土基上的泄槽断面可以做成梯形，但边坡不宜太缓（以1.1～1.5为宜），以免水流外溢和对流态不利。为了保护槽基不受冲刷和风化，泄槽通常均需衬砌。对衬砌的要求是：光滑平整、止水可靠、排水通畅、坚固耐用。一般采用混凝土衬砌，槽内流速不大（小于5～6m／s）的中小型工程也可用水泥砂浆或细石混凝土衬砌，但要砌得光滑平整。衬砌厚度不应小于0.3m，一般为0.4～0.5m。为适应温度变形，防止温度裂缝产生，泄水槽衬砌还需要在纵、横方向分缝。缝内应设止水，以防高速水流钻入底板，将底板掀起。

4）消能防冲设施。溢洪道的消能方式有挑流式和底流式两种。

5）尾水渠。尾水渠的作用是使溢洪道下泄的洪水顺畅地流入下游河床，当消能防冲设施直接与河床连接时，可不另设尾水渠。

（3）侧槽式溢洪道的组成。侧槽式溢洪道一般由溢流堰、侧槽、泄水槽、消能防冲设施和尾水渠等部分组成。除侧槽外，其余部分与正槽式溢洪道基本相同。

（4）非常溢洪道。岸边溢洪道按照承担的泄流任务的不同可分为正常溢洪道和非常溢洪道。对在设计标准范围内的洪水只用正常溢洪道泄洪；当出现超过设计标准的洪水时，需再加开非常溢洪道，以加大水库泄洪能力，确保大坝及枢纽安全。非常溢洪道在土石坝枢纽中应用最多，这是由土石坝一般不允许洪水漫过坝顶的特点决定的。常见的非常溢洪道型式有漫流式、自溃式和爆破引溃式三种。