国内水坝分类浅谈

摘要：水坝的发展有着悠久的历史，水坝在保护生态环境、防洪、蓄水、和供水方面发挥着重大的作用。我国常用的水坝分为三类：重力坝、拱坝和土石坝。本文主要对这三类水坝进行分析，对进一步了解国内水坝现状特点有一定的作用。

由于我国经济的高速发展，电力供应变得陡然紧张，在日益严重的环保压力面前，如何寻求清洁、持久而且高效的能源，成为21世纪世界范围内面临的难题。在欧美发达国家和发展中国家，水坝建设逐渐得到重视。

下面具体对三种水坝进行详细的分析：

1.重力坝

我国已建的重力坝：刘家峡148m，新安江105m，三门峡106m，丹江口110m，丰满、潘家口等，其中，高坝有20余座。其中三峡混凝土重力坝和龙滩碾压混凝土重力坝分别高达175米和216.5米。

重力坝的优点：

（1）工作安全，运行可靠。重力坝剖面尺寸大，坝内应力较小，筑坝材料强度较高，耐久性好。因此，抵抗洪水漫顶、渗漏、侵蚀、地震和战争等破坏的能力都比较强。据统计，在各种坝型中，重力坝失事率相对较低。

（2）对地形、地质条件适应性强。任何形状的河谷都可以修建重力坝。对地质条件要求相对较低，一般修建在岩基上，当坝高不大时，也可修建在土基上。

（3）泄洪方便，导流容易。可采用坝顶溢流，也可在坝内设泄水孔，不需设置溢洪道和泄水隧洞，枢纽布置紧凑。在施工期可以利用坝体导流，不需另设导流隧洞。

（4）施工方便，维护简单。大体积混凝土，可以采用机械化施工，在放样、立模和混凝土浇筑等环节都比较方便。在后期维护，扩建，补强，修复等方面也比较简单。

（5）受力明确，结构简单。重力坝沿坝轴线用横缝分成若干坝段，各坝段独立工作，结构简单，受力明确，稳定和应力计算都比较简单。

重力坝的缺点：

坝体剖面尺寸大，材料用量多，材料的强度不能得到充分发挥。坝体与坝基接触面积大，坝底扬压力大，对坝体稳定不利。坝体体积大，混凝土在凝结过程中产生大量水化热和硬化收缩，将引起不利的温度应力和收缩应力。因此，在浇筑混凝土时，需要有较严格的温度控制措施。

2.拱坝

拱坝的结构特点：拱坝是一空间壳体结构，坝体结构可近似看作由一系列凸向上游的水平拱圈和一系列竖向悬臂梁所组成，拱坝在结构上固接于基岩的空间壳体，在平面上呈凸向上游的拱形，能够把部分水平荷载一部分传给两岸。

（1）工程量小

拱是一种主要承受轴向压力的推力结构。拱内弯矩较小，应力分布比较均匀，这一特点能适应坝体材料（混凝土或浆砌石）抗压强度高的特性，使材料的强度得到充分的发挥。对于同一坝址，坝高相同时，拱坝的体积比重力坝可节省1/3～ 2/3。

（2）空间整体好

超载能力强： 拱坝四周嵌固于基岩，属于高次超静定结构，当发生超载或产生局部裂缝时，坝体拱梁作用自行调整，坝体的应力将重新分配，原来低应力区的应力增大，高应力不再增长，裂缝停止发展甚至闭合。根据国内外拱坝结构模型实验成果表明，拱坝的超载能力可达到设计荷载的5～11倍。

抗震能力强： 拱坝是一个整体的空间壳体结构，坝体轻韧而富有弹性。依靠岩石对地震能的吸收，会引起坝体应力重新分布。当基础及坝肩岩体稳定时，其抗震能力较强。

拱坝主要的缺点是对坝址河谷形状及地基要求较高。

由于拱坝是在平面上呈凸向上游的拱形挡水建筑物，借助拱的作用将水压力的全部或部分传给河谷两岸的基岩。与重力坝相比，在水压力作用下坝体的稳定不需要依靠本身的重量来维持，主要是利用拱端基岩的反作用来支承。拱圈截面上主要承受轴向反力，可充分利用筑坝材料的强度。因此，是一种经济性和安全性都很好的坝型。

3.土石坝

根据材料的不同，土石坝分为以下几种：

土石坝 由当地土料、石料或混合料，经过抛填、辗压方法堆筑成的挡水坝

土坝 坝体材料以土和砂砾为主

堆石坝 以石渣、卵石、爆破石料为主

土石混合坝 当两类材料均占相当比例时，称土石混合坝。由于筑坝材料主要来自坝区，因而也称当地材料坝

土石坝得以广泛应用和发展的主要原因有以下几点：

（1）可以就地取材，节约大量水泥、木材和钢材，几乎任何土石料均可筑坝。

（2）能适应各种不同的地形、地质和气候条件。

（3）大功率、多功能、高效率施工机械的发展，提高了土石坝的施工质量，加快了进度，降低了造价，促进了高土石坝建设的发展。

（4）岩土力学理论、试验手段和计算技术的发展，提高了大坝分析计算的水平，加快了设计进度，进一步保障了大坝设计的安全可靠性。

（5）高边坡、地下工程结构、高速水流消能防冲等设计和施工技术的综合发展，对加速土石坝的建设和推广也起了重要的促进作用。

土石坝存在的四大问题

（1）稳定方面。土石坝不会产生水平整体滑动。土石坝失稳的形式，主要是坝坡的滑动或坝坡连同部分坝基一起滑动。

（2）渗流方面。土石坝挡水后，在坝体内形成由上游向下游的渗流。渗流不仅使水库损失水量，还易引起管涌、流土等渗透变形。坝体内渗流的水面线叫做浸润线。浸润线以下的土料承受着渗透动水压力，并使土的内磨擦角和粘结力减小，对坝坡稳定不利。

（3）冲刷方面。土石坝为散粒体结构，抗冲能力很低；针对抗冲能力低的情况可以采取以下工程措施有效提高抗冲能力：①在土石坝上下游坝坡设置护坡，坝顶及下游坝面布置排水措施，以免风浪、雨水及气温变化带来有害影响；②坝顶在最高库水位以上要留一定的超高，以防止洪水漫过坝顶造成事故；③布置泄水建筑物时，注意进出口离坝坡要有一定距离，以免泄水时对坝坡产生淘刷。

（4）沉陷方面。由于土石料存在较大的孔隙，且易产生相对的移动，在自重及水压力作用下，会有较大的沉陷。为防止坝顶低于设计高程和产生裂缝，施工时应严格控制碾压标准并预留沉陷量，使竣工时坝顶高程高于设计高程。可按坝高的（1～2）%预留沉陷值。