水工建筑物维修管理ppt课件.ppt

'水电站运行管理培训班水工建筑物维护管理2013年5月20日永安 一、水利枢纽分等和水工建筑物分级 水利枢纽分等:按水利枢纽工程的规模、效益及其在国民经济中的重要性进行分等，分为五等。 水工建筑物分级:建筑物按其所属枢纽的等别、建筑物在枢纽中所起的作用和重要性进行分级，分为五级。 级别不同的要求：(1)抵御洪水能力(2)强度和稳定性。(3)建筑材料。(4)运行可靠性。 二、水库、水利枢纽和水工建筑物 1、水利枢纽及水工建筑物为了满足防洪要求、获得灌溉、发电、供水等方面的效益，需要在河流适宜地段修建各种不同类型的建筑物，用来控制和支配水流，这些建筑物统称为水工建筑物。集中建造的几种水工建筑物配合使用，在运行中彼此相互配合，形成一个有机的综合体，称为水利枢纽。 2、水工建筑物 (1)挡水建筑物 用以拦截江河，形成水库或壅高水位。如各种材料和类型的坝和水闸，以及为防御洪水或阻挡海潮，沿江河海岸修建的堤防、海塘等。 (2)泄水建筑物 用以宣泄多余水量，排放泥沙和冰凌，或为人防、检修而放空水库等，以保证坝和其他建筑物的安全。 小浪底泄水 (3)输水建筑物为灌溉、发电和供水的需要，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。 拱式渡槽 (4)取(引)水建筑物是输水建筑物的首部建筑，如引水隧洞的进口段、灌溉渠首和供水用的进水闸、扬水站等。 (5)整治建筑物用以改善河流的水流条件，调整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的冲刷。 (6)专门建筑物•为灌溉、发电、过坝需要而兴建的建筑物。•如专为发电用的压力前池、调压室、电站厂房等。 3、水工建筑物的特点 （1）工作条件的复杂性（2）受自然条件制约，施工难度大（3）工程效益大对环境影响大（4）失事后果严重 3、挡水建筑物 第一节重力坝一、重力坝的特点和设计要求 重力坝的工作原理:主要依靠坝体自身重量在滑动面上产生的抗滑力来抵消坝前水压力以满足稳定的要求。 重力坝的类型按坝的高度分类为：高坝、中坝、低坝三类。按筑坝材料分类可分为：混凝土重力坝和浆砌石重力坝。 按坝体的结构型式分类可分为：实体重力坝、宽缝重力坝、空腹重力坝。 1.基本剖面形状(三角形)剖面设计原则1）满足稳定和强度要求，保证大坝安全；2）工程量小；3）运用方便；4）便于施工。 2.实用剖面设计坝顶宽度:坝高的8–10%坝顶高程坝前水库静水位+安全超高Δh上游边坡常采用n=0～0.2，下游面的边坡常采用m=0.6～0.8 第二节拱坝 图片名称：猫跳河红岩水电站电站地点：贵州修文所在河流：猫跳河所在水系：长江水系主要坝型：双曲拱坝坝顶高程：890米最大坝高：60米猫跳河红岩水电站 二滩双曲拱坝图片名称：二滩水电站电站地点：四川省攀枝花市所在河流：雅砻江所在水系：长江水系主要坝型：混凝土拱坝坝高：240米 石门拱坝图片名称：石门水库电站地点：陕西汉中所在河流：褒河所在水系：黄河水系主要坝型：混凝土拱坝坝顶高程：620.0米最大坝高：88米 拱坝的特点拱坝的结构拱坝是固接在基岩上的空间壳体结构 拱坝的受力拱坝所承受的水平荷载大部分通过拱的作用传给两岸岩体，小部分通过梁的作用传到坝底基岩。 拱坝的稳定坝体的稳定主要依靠两岸拱端岩体来支承，并不是靠坝体自重来维持。 土石坝的优点①筑坝材料能就地取材。②适应地基变形的能力强。③构造简单。④运用管理方便。土石坝 土石坝的缺点：①坝顶不能溢流。②施工导流不方便。③坝体填筑工程量大。 土石坝的组成及作用土石坝的坝体剖面由坝身、防渗体、排水体、护坡四部分组成。 第4章泄水建筑物第一节泄水建筑物的作用与分类 按功能可分为以下三类：（1）泄洪建筑物（2）泄水孔（放水孔）（3）施工泄水道 （1）坝顶溢流式（2）大孔口溢流式（3）坝身泄水孔（4）明流泄水道（5）泄水隧洞泄水建筑物按泄水方式分为： 第二节溢洪道一、溢流坝溢流坝既是挡水建筑物又是泄水建筑物，除应满足稳定和强度要求外，还需要满足泄水的要求。 （一）溢流坝孔口设计包括泄水前缘总宽度、堰顶高程以及孔口数目和尺寸。 (2)坝顶溢流式(1)大孔口溢流式 溢流面曲线溢流面曲线由顶部曲线段、中间直线段和下部反弧段三部分组成。 XY溢流面曲线由顶部曲线段、中间直线段和下部反弧段三部分组成。 （二）溢流坝的下游联接 4.消力戽消能1.挑流消能2.底流式消能3.面流消能溢流坝常用的消能方式 二、岸边溢洪道 岸边溢洪道的形式1.正槽式溢洪道2.侧槽式溢洪道3.竖井式溢洪道4.虹吸式溢洪道 正槽式溢洪道竖井式溢洪道虹吸式溢洪道 正槽式溢洪道由进水渠、控制段、泄槽、消能防冲设施和尾水渠等5部分组成。 土石坝枢纽正槽式溢洪道布置进水渠控制段泄槽消能防冲设施尾水渠水流 非常泄洪措施（1）漫顶自溃式（2）引冲自溃式（3）爆破引溃式 第三节泄水孔1.坝身泄水孔2.管式泄水孔3.泄水隧洞 1.消能工设计原则与形式(1)消能工的设计原则拱坝的泄水孔 第三节水电站的主要建筑物进水建筑物：进水口、沉沙池引水建筑物：引水道、压力管道、尾水道平水建筑物：前池、调压室厂区枢纽：主厂房、副厂房、变电站、开关站等 无压引水式水电站的主要建筑物 有压引水式水电站的主要建筑物 坝式水电站的主要建筑物进水口压力管道尾水管 第二部分混凝土坝的运用管理 第一节混凝土坝和浆砌石坝的检查与养护一、运用前的检查与养护1、运用前的检查工作建筑物成到竣工验收期间，管理人员必须了解工作设计与施工情况，尤其是要认真检查工程的水下部分和隐蔽工程的质量情况。 2、运用前的养护要求对建筑物的结构、形状、基础处理以及仪器埋设等内容要进行检查，不符合要求的，应采取补救措施。 二、运用中的检查与养护其主要工作包括以下内容。（1）经常保持坝体清洁完整。（2）应保持坝身的排水孔、排水廊道和坝周围的排水沟、排水管、集水井等排水系统的畅通。（3）定期检查伸缩缝的工作情况，注意防止杂物卡塞、填料流失或止水损坏。 （4）严禁坝体及上部结构承受超设计标准的荷载。（5）严禁在大坝附近附近爆破。（6）当发现基础异常渗漏或绕坝渗漏时，应仔细摸清渗水来源。（7）岩石有断层或岩层节理较发育的地段，应经常观察其外路部分是否有变形，错动、张开等现象，并分析建筑物的安全状况。 （8）对于溢流坝，应经常保持表面的光滑完整。（9）经常保持闸门启闭灵活。（10）对下游河道，每经较大泄洪后，应进行河床的冲淤观察。（11）注意防止漂浮物、流冰堵塞拦污栅、池水孔中或撞击坝面、闸墩或闸门。 （12）对各种观测设备都要做好保护，如有损坏或失效，应及时修复或更换。（13）浆砌石坝的常见病害是坝体裂缝和灰浆脱落，每年应趁水位下降的机会，仔细检查勾缝质量，查看有无裂缝。（14）坝体首次达到设计水位后，应进行全面检查。 三、特殊情况下的检查与养护（1）建筑物各部位有无裂缝发生。（2）建筑物有无局部破坏。（3）基础物压力是否增大，渗漏量有无增加。 （4）建筑物或基岩有无滑动、错动或沉陷等迹象。（5）建筑物原有的缺陷是否有扩大的现象。（6）建筑物附近的山岩陡坡、挡土墙是否滑动、倾斜或开裂现象。（7）预应力钢丝束在受力后是否破坏迹象。 第二节 混凝土坝表层损坏的修补一、混凝土表层损坏的原因及危害1．混凝土表层损坏的原因（1） 施工质量差。（2） 冲刷。（3） 冰冻、侵蚀。（4）  机械撞击。 ２、混凝土表层损坏的危害（1）局部剥蚀。（2）钢筋锈蚀。（3）缩短使用寿命。（4）失稳破坏。 二、混凝土表层损坏的修补　不论采用什么修补方法，均应先凿除已损坏的混凝土，并对修补面进行凿毛和清洗，然后，再进行修补。 混凝土表层修补，有以下几种方法：（一）  水泥砂浆修补法（二）  预缩砂浆修补法（三）  喷浆修补法（四）  喷混凝土修补法（五）  压浆混凝土修补法（六）  环氧材料修补法 第三节混凝土建筑物裂缝的处理一、裂缝的分类及特征（一）沉陷缝（1）不均匀沉陷裂缝裂缝大部分是属于贯穿性的，其走向基本和地基沉陷走向一致。（2）缝宽受温度变化的影响较小。（3）较小的不均匀沉陷裂缝无错距产生，较大的不均匀沉陷引起的裂缝常有错距产生。（4）薄壳轻型结构物，常出现较大的错距。 （二）干缩裂缝（1）裂缝均属于表面性的，走向纵横交错，形成龟纹，没有一定规则，但分布比较均匀，也称“龟缝”。（2）缝长与缝宽都不大，一般形如发丝。 （三）温度裂缝（1）温度裂缝，由于内部和外部温差的影响，分别有表层，深层或贯穿性的。（2）裂缝宽度大小不一，受温度变化的影响，热胀冷缩较明显。（3）钢筋混凝土结构的深层或贯穿性裂缝的方向一般与主钢筋的方向相平行，与构造筋或温度筋的方向约接近垂直。 （四）坝体强度不够引起的应力裂缝（1）裂缝多属于深层或贯穿性的，走向基本与主应力方向垂直。（2）缝宽一般较大，沿长度或深度方向有显著变化，但受温度变化的影响较小。（3）钢筋混凝土结构的应力裂缝方向与主钢筋方向垂直或接近垂直。 （五）施工裂缝（1）施工裂缝多属于深层或贯穿性的，裂缝走向与工作缝面一致。（2）缝宽：竖直施工裂缝开裂宽度较大（一般大于0.5mm）。 裂缝的分析判定方法：（1）沉陷裂缝多出现在坝体两端，有垂直方向或水平方向的错动；而温度裂缝只有拉裂现象，没有错动。（2）沉陷裂缝的宽度较大，随温度略有变化。而温度裂缝宽度较小，随气温而变。（3）沉陷裂缝多从坝基贯穿到坝顶，而温度裂缝多由坝顶向下发展，一般到蓄水位附近为止。（4）沉陷裂缝蓄水后，可能继续发展扩大，而温度裂缝可能逐渐自行闭合。（5）沉陷裂缝常发生在地基有缺陷的部位，不分季节时间。而温度裂缝多发生于炎热季节施工的部位。 二、裂缝形成的主要原因1、设计方面：坝体尺寸过于单薄，结构强度不够；分缝不当。2、施工方面：基础处理、分缝分块、温度控制等未按设计要求进行；坝体施工质量不良。3、运用方面：大坝在运用中超过设计荷载；大坝维护不善。4、其它方面：由于地震、爆破、台风和特大暴雨等引起的坝体震动或超设计荷载作用。 三、裂缝的检查及修理（1）裂缝的位置、高程、走向、长度、宽度、深度、错距及分布范围等特征。（2）裂缝出现时间，最大开度与温度、水位的变化关系。（3）裂缝若有渗水，还要观测碳酸盐等分解情况，有条件的尽可能进行定量观测分析以判别内部裂缝情况。（4）观测方法可按《水工建筑物观测工作手册》的规程进行。 四、裂缝处理的方法裂缝处理的目的是：恢复建筑物的整体性，保持其强度、耐久性和抗渗性。⑴沉陷裂缝、应力裂缝，一般在裂缝稳定后进行处理；⑵温度裂缝应在低温季节进行处理；⑶应力裂缝，应与结构加固补强措施结合考虑；⑷处理沉陷裂缝，应先加固地基。 （一）裂缝的表面处理：裂缝对建筑物的整体受力不影响。1、表面涂抹：用水泥砂浆、防水速凝砂浆、环氧砂浆涂抹在裂缝部位。这是建筑物水上部分或背水面裂缝的一种处理方法。 2、表面粘补：用橡皮、玻璃丝布、紫铜片和橡皮联合粘补等方法，达到封闭裂缝并适应裂缝的伸缩变化。 3、凿槽嵌补：处理裂缝数量不多，且需堵塞裂缝和防止渗水的情况。⑴根据裂缝的位置和填补材料确定槽的形状；⑵根据裂缝的性质、受力情况及供货条件等因素选择嵌补材料：(a)沥青材料填塞：沥青砂浆、沥青油膏、沥青麻丝。(b)预缩砂浆：1）砂浆配制；2）填塞工艺。(c)聚氯乙烯胶泥：1）胶泥配制；2）胶泥的配合比及性能；3）填塞方法 4、喷浆修补：用来材料数量较多的裂缝。⑴无筋素喷浆或挂网喷浆。1）浆液，水灰比大小，直接影响喷浆层的强度和效果，适当的水灰比，是指喷浆层表面出现一层水泥薄膜，而喷成的砂浆却粘接很好。2）钢（铁）丝网。3）喷浆。 4）气压和水压的选择。5）喷嘴与喷浆面的距离。6）喷层厚度：仰喷时20～30mm，侧喷时30～40mm，俯喷时50～60mm。7）喷浆养护：喷浆结束后2h即应进行洒水养护，一般需14～21天。 （2）挂网喷浆、结合凿槽填补施工流程：凿槽——打锚筋孔——凿毛冲洗——固定钢筋——填预缩砂浆——涂抹冷沥青胶泥，焊接架立钢筋——挂网—被锚面冲洗湿润——喷浆——养护 （二）裂缝的内部处理：灌浆。1、水泥灌浆：用于开度大于0.3mm的裂缝。灌浆施工程序。⑴钻孔：一般用风钻钻孔，孔距1.0～1.5m，孔深应穿过裂缝面0.5m以上。对钻孔时，孔内的各种情况应详细记录，钻孔结束后，孔口用木塞塞紧。⑵洗孔：将钻孔及裂缝中的岩粉、铁砂等冲洗出来。⑶止浆或堵漏处理：防止穿浆跑浆。 ⑷安装管路。⑸压水试验：判断裂缝有无堵塞，检查管路及止浆效果。⑹灌浆：水泥一般采用500号或600号，灌浆压力用经验公式计算，一般进浆管压力采用300～500KPa。⑺封孔：对检查合格的灌浆孔应及时进行封孔。 灌浆的特点：1）凝结时间可人为的控制，可以调节数秒或数小时；以硅酸钠的掺量控制。2）有较高的粘接力，可有效的充填裂缝。3）有较强的润滑作用，故能提高流动性，增强可灌性，一般的细小缝都可灌入。4）材料价格便宜，技术简单容易掌握。5）凝固后强度高，防渗效果好，又能加固整体。 2、化学灌浆：对于开度小于0.3mm的裂缝，或渗流速度大于600m／天及受温度变化影响的裂缝。⑴化学灌浆操作程序：钻孔、压气（水）检验、止浆、试漏、灌浆、封孔、检查质量。 ⑵常用化学灌浆材料性质简介：(a)甲凝：无色透明液体，粘度很低，渗透力很强，可灌入0.05～0.1mm的细小裂缝，聚合后的强度、粘结力很高，稳定性良好。适用于干燥裂缝或经处理后无渗水裂缝的补强。 (b)环氧树脂：可灌入0.2mm的裂缝，聚合后的强度、粘结力高、收缩性小、稳定性良好。适用于干燥裂缝或经处理后无渗水裂缝的补强。 (c)聚氨酯：防渗堵漏能力强、粘结强度高。适用于渗水裂缝的堵水补强。 (d)水玻璃：具有较高的防渗能力和粘结强度。适用于渗水裂缝的堵水补强。 (e)丙凝：具有凝结速度快，堵水能力强的特点，但其强度较低，不宜用作补强灌浆。仅用于地基帷幕和混凝土裂缝的快速堵水。 （三）加厚坝体浆砌石坝由于坝体单薄、强度不够而产生应力裂缝和贯穿整个坝体的沉陷缝时，可采用加厚坝体的措施，以增强坝体的整体性和改善应力状态。坝体加厚的尺寸应由应力核算确定。处理时，应保证新老坝体结合良好。 第四节混凝土建筑物渗漏的处理一、渗漏的原因及危害1、渗漏的种类：（1）坝体渗漏：建筑物本身的渗漏如产生的裂缝、结构缝、伸缩缝或因施工而出现的蜂窝、空洞、坐浆不满等引起的渗漏。（2）坝基渗漏：建筑物基础没有处理或处理的不彻底而渗漏。（3）接触渗漏：建筑物与基础的接触面没有接合槽或结合不好渗漏。（4）绕坝渗漏：绕过建筑物而渗漏。 2、渗漏产生的原因：（1）由于勘探工作做得不细微，或有漏测，漏钻的地方，给地基留下隐患，蓄水后水压增加引起基础渗漏。（2）由于设计对某些客观条件和因素考虑不周或采用数据不合理，在某种应力作用下使混凝土或砌石产生裂缝而引起渗漏。 （3）施工中坐浆振捣不密实局部产生缝隙的蜂窝，或因当地温差过大，没留伸缩缝或伸缩缝间距大，或伸缩缝处理不恰当，涵管接头处理不善都会引起渗漏。（4）设计施工时采取的防渗措施不良，运用期间由于物理、化学因素的浸蚀，使原有防渗措施遭受破坏而失效引起渗漏。（5）遭受超标准的洪水、地震及其它破坏使建筑物产生较大应力而产生裂缝，引起渗漏。 3、渗漏的危害性：（1）对混凝土或砌石建筑物产生破坏。（2）使扬压力增大，对坝体稳定不利，甚至造成渗透变形。（3）损失水量。 二、渗漏的处理原则：“上堵下排”，以截为主，以排为辅。（1）建筑物本身渗漏：主要是在上游面进行封堵。（2）基础渗漏的处理：以截为主，以排为辅。（3）建筑物与基础的接触渗漏和绕渗：尽量采取封堵措施。 三、渗漏处理措施（一）坝体渗漏的处理1、坝体裂缝渗漏的处理⑴表面处理：表面涂抹、表面粘补、凿槽嵌补等方法。当渗漏量较大时，应先采取导渗措施，然后进行封堵。导渗方法有①埋管导渗；②钻孔导渗。 ⑵内部处理：有骑缝或斜缝钻孔灌浆两种方式。⑶结构处理结合表面处理：用于对建筑物整体性有影响或破坏结构强度的渗水裂缝的处理。 2、混凝土坝体散渗或集中渗漏的处理⑴灌浆处理：主要用于建筑物内部密实性差、裂缝孔隙集中的部位。⑵表面处理：对面积较大的细微散渗及水头较小的部位进行处理。 ⑶上游筑防渗层或防渗面板：适用于大面积散渗情况。可采用混凝土、钢筋混凝土、水泥喷浆及五层砂浆防渗层等形式。⑷堵塞孔洞：用于坝体有集中渗漏孔洞的处理。一般先堵漏，后填塞孔洞。⑸回填混凝土：对于局部混凝土疏松或有蜂窝空洞的渗漏，应先将质量差的混凝土全部凿除，再用混凝土回填。 3、混凝土坝止水、结构缝渗漏的处理：可采用补灌沥青、化学灌浆和补做止水的方法。4、浆砌石坝体渗漏的处理：可采用重新勾缝、灌浆处理、加厚坝体、上游面筑防渗层或防渗面板的处理方法。 （二）绕坝渗漏的处理：与“土石坝绕坝渗漏的处理”的方法相同。 （三）坝基渗漏的处理：帷幕灌浆。1、灌浆范围、帷幕深度、厚度、孔距、排距等的确定方法见“水工建筑物”坝基处理部分的内容。 2、灌浆压力的确定：PL=P0+MZ+kγh/10式中：PL——有压重情况时的灌浆压力，102kpa；P0——地表面最大允许灌浆压力，102kpa；M——为岩层深度每增加1m相应增加的灌浆压力值，102kpa;Z——为灌浆段上面岩石的厚度，m；k——为系数，可选用1～3；h——为压重层的厚度，m；γ——为压重层的容重，t/m3；P0、M值可由表查得； 3、灌浆的方法：灌浆可根据坝基地质情况采用一次灌浆法、自上而下分段灌浆法、自下而上分段灌浆法、综合灌浆法。浆液灌入的方式有：纯压法（适合于化学灌浆）和循环法（适合于水泥灌浆）。 4、灌浆质量的检查：（1）检查灌浆记录分析有关资料。（2）钻孔检查：选取灌浆孔数的3％～5％（裂缝密集、吃浆量大的孔），一般认为渗透系数在10－4～10－5cm/s和帷幕后扬压力值达到规定数值，即为合格。 （四）水下修补：1、水下嵌缝或粘贴堵漏2、水下浇注混凝土堵漏 本讲结束，谢谢！'