水工建筑的分类及特点与失事原因

一、 水工建筑物的分类及特点

1．水工建筑物的分类

       水工建筑物一般按它的作用、用途和使用时期等来进行分类。

（1）水工建筑物按作用分类

        水工建筑物按其作用可分为挡水建筑物、泄水建筑物、输水建筑物、取（进）水建筑物、整治建筑物以及专门为灌溉、发电、过坝需要而兴建的建筑物。

1）挡水建筑物。是用来拦截江河,形成水库或雍高水位的建筑物，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、排放泥沙和冰凌，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、引水涵盖、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）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。

6）专门为灌溉、发电、过坝需要而兴建的建筑物。如专为发电用的引水管道、压力前池、调压室、电站厂房；专为灌溉用的沉沙池、冲砂闸、渠系上的建筑物；专为过坝用的升船机、船闸、鱼道、过木道等。

（2）按用途分类

       水工建筑物按其用途可分为一般性建筑物和专门性建筑物。

1）一般性水工建筑物具有通用性，如挡水坝、水闸等。

2）专门性水工建筑物，仅用于某一个水利工程，只实现其特定的用途。专门性水工建筑物又分为水电站建筑物、水运建筑物、农田水利建筑物、给水排水建筑物、过鱼建筑物等。

（3）按使用时期分类

       水工建筑物按使用时期分为永久性建筑物和临时性建筑物。

1）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。主要水工建筑物是指失事后将造成下游灾害或严重影响工程效益的建筑物，如大坝、水闸、泄洪建筑物、输水建筑物及电站厂房等；次要水工建筑物是指失事后将不致造成下游灾害，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、工作桥及护岸等。

2）临时性建筑物是指工程施工期间使用的建筑物，如围堰、导流明渠等。

2.水工建筑物的特点

（1）工作条件复杂

      水工建筑物的地基有岩基，也有土基，情况往往比较复杂。在岩基中经常会遇到节理、裂隙、断层、破碎带、软弱夹层等地质构造；在土基中，可能会遇到压缩性大的土层，也可能会遇到流动性较大的细砂层。这些地质条件必需认真进行地基处理。

      水工建筑物的形式，受地形、地质、水文、施工等条件的影响，因此，每个水工建筑物都有其自身的特定条件，都具有一定的个别性。

      由于上、下游存在水位差，水工建筑物一般要承受相当大的水压力作用，因此水工建筑物及其地基必须具有足够的强度、稳定性。高水头的泄水在做好消能防冲工作的同时，还应防止高速水流产生的气蚀、磨损等破坏；另外，渗流不仅增加了建筑物荷载，也可能造成建筑物失事。

      在多泥沙河流中，水工建筑物将长期受泥沙淤积产生的淤沙压力作用，同时在泄洪或发电时，还会受到泥沙的磨损作用，严重时将影响建筑物的正常工作甚至影响其寿命。

（2）施工难度大

        在河道中修建的水工建筑物，需要首先解决好施工导流和截流工作，施工技术复杂，施工难度大。截流、导流、渡汛需要抢时间，争进度，而且往往是在水中施工，施工程度、施工强度和施工组织出现丝毫疏漏，将延误工期，并造成损失。

        水工建筑物的工程量一般都比较大，建筑物往往需要开挖一定深度的基坑，还要做一些相当复杂的基础处理。另外，水工建筑物中的大体积的混凝土结构，面临必须解决混凝土的施工及大体积混凝土的温度控制措施问题。

        水工建筑物往往是水下工程、地下工程多，施工条件差，施工干扰多，施工期限长，施工场地狭窄，交通运输困难，施工难度相当大。

（3）环境影响大

       水工建筑物，尤其是大型水利枢纽，具有显著的经济效益、社会效益和环境效益，但也会对环境造成负面影响，如蓄水区的土地淹没、移民、水生生态系统的破坏、建筑物上游泥沙淤积、下游河道冲刷、诱发地震等问题，需要进行严格的环境影响评价，并采取有效措施，保护环境。

（4）失事的后果严重

      作为蓄水、挡水的水工建筑物，其破坏和失事，往往会给国家和社会造成巨大灾害和损失。

二、水工建筑物失事的主要原因

        水工建筑物失事的主要原因，一般包括设计质量、控制运用、工程维护管理，以及超标准洪水、地震等。但不同的建筑物，由于工程的特点，失事的主要原因不尽相同。

1.土石坝事故原因

（1）防洪标准低。

      由于规划、设计时对洪水估计偏低，致使坝顶高程不足或溢洪道设计能力太小，造成坝顶漫水直至溃坝的严重事故。

（2）出现贯穿防渗体的裂缝。

       由于散粒体结构土体颗粒间存在孔隙，在荷重的作用下，孔隙将被压缩，而结构本身将产生深陷。往往引起坝体的裂缝，并进而造成严重的渗漏和滑坡事故。裂缝按其生成的原因，可以分为四类：干缩或冻融引起的裂缝；坝体变形引起的裂缝；水力劈裂作用引起的裂缝；地震引起的裂缝。

（3）由于抗剪强度不足出现大滑坡。由于岸坡逐渐推动稳定而产生滑动，出现崩坍，对水工建筑物和水库下游造成严重危害。

（4）护坡出现破坏。干砌块石护坡砌筑质量差；块石粒径偏小，重量不够；在城石下面没有垫层级配不好以及块石风化等原因，使得护坡破坏。

（5）产生坝身渗漏及绕坝渗漏。坝身渗漏及绕坝渗漏严重时，将使岸坡软化，形成集中渗流通道；甚至引起岸坡塌陷和滑坡。

2.混凝土坝事故原因

（1）抗滑稳定性不够。

       当坝基内存在软弱夹层时，坝和地基的抗滑稳定性不够，常常成为一种常见的最危险的病害现象。

（2）表面损坏。

      由于设计、施工、管理或其他方面的原因，引起不同程度的表层损坏，有蜂窝、麻面、骨料架空外露、表层裂缝、钢筋锈蚀以及表层混凝土松软、脱壳和剥落等。

（3）裂缝。

     当混凝土坝由于温度变化、地基的不均匀沉陷有他原因引起的应力和变形超过了混凝土的强度和抵抗变形的能力时，将产生裂缝。

3.拱坝的事故原因

（1）温度变化。在运行期周围环境温度的变化，会在坝内引起温度应力。当考虑不周或者在设计组合之外运行，将有可能因拉应力过大而引起开裂事故。

（2）洪水漫顶。如果设计洪水误差过大，泄洪能力过小，造成洪水漫项；如若坝基和坝座岩体的抗冲能力不足，将会造成严重破坏事故。

（3）库内外岸坡岩体崩塌。水库蓄水后，水位的变化和地表水的渗入会引起岩体抗滑能力下降，促使岩层由蠕动而滑崩。

4.堤防工程的事故原因

（1）漫溢。

        由于堤防防洪标准较低，或者遇到超标准的特大洪水时，水位陡涨，堤防来不及培厚加高，洪水将漫越堤防顶部。漫溢也可能是由于堤防局部地段塌陷等险情和风暴潮袭击所致使。漫溢将会直接导致堤防溃决。

（2）冲决。

       堤身临近河岸、汛期可能由于大溜顶冲随河岸的坍塌而失事，称为冲决。冲决多发生在弯道水流的凹岸一侧，因为此处受水流顶冲和横向弯道环流的作用较强，尤其是凹岸的顶点稍下位置，是最危险的地段，有可能出现冲堤塌岸事故。

（3）溃决。

      在汛期高水位时，由于堤身隐患而造成堤防产生渗漏、管涌、沉陷、滑坡等险情。当抢险不及时或抢护方法不当，将可能发生堤防塌陷而形成决口，称为溃决。

（4）凌汛险情。

       在北方结冰的河流，当开河解冻，冰块下泄过程中，出现冰块聚集堵塞河道的冰坝现象称为凌汛。冰坝雍高上游水位，可造成洪灾；冰坝突然溃决，可能出现垮坝洪水。

5．水工隧洞事故原因

（1）脉动压力、空化、空蚀。高速泄水隧洞中，由于水流内部脉动压力，促使水流发生空化，可能引起建筑物的振动。

         高速水流的泄水隧洞由于体形不良、施工缺陷、运行不当而发生空蚀破坏。

（2）水工隧洞的塌方。由于地质和水文地质条件不好；施工方法的不当；设计考虑不周造成隧洞发生塌方。

6．溢洪道事故原因

（1）溢洪道泄流能力不足。由于实际过水能力低于设计能力，使得溢洪道泄流能力不足或病害而导致水库的溃决。

（2）闸门启闭设备问题。当溢洪道的闸门动力不能得到保证、或管理不善造成启闭设备损坏，造成洪水漫顶或出现险情。

（3）岸坡滑坡堵塞。由于岸坡开挖过陡，破坏了自然稳定状态，造成岸坡大面积滑坡，溢洪道因被边坡坍滑体的堵塞而不起作用，致使洪水漫坝，导致水库溃决。