[摘要]本文目的在于讓非水利專業(yè)的學(xué)生和水利專業(yè)的新生了解有關(guān)擋水建筑物的知識，并且文中穿插了有關(guān)水利工程的歷史讓讀者增加一些關(guān)于水利的歷史知識以及我國水利發(fā)展的現(xiàn)狀。本文主要介紹重力壩、拱壩、土石壩的原理、特點、類型等有關(guān)知識。
[關(guān)鍵字]水工 擋水建筑物 大壩
一、重力壩
重力壩是一種古老且應(yīng)用廣泛的壩型，它主要依賴壩體自生的重力來滿足保持壩體的穩(wěn)定，故稱“重力壩”。有時為了說明重力壩的建筑材料，將把的名字說全了就是“混凝土重力壩”或“漿砌石混凝土重力壩”或“漿砌石重力壩”或“碾壓混凝土重力壩”等等[1]。
根據(jù)歷史記載，最早的重力壩是公元前2900年古埃及在尼羅河上修建的一座高15米、頂長240米的擋水壩。人類歷史上修建的第一批堰、壩，都是利用結(jié)構(gòu)自重來維持穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠。
我國在公元前250年，我國李冰主持修建都江堰，成功的創(chuàng)造了竹籠填石壅水和泄洪的經(jīng)驗，建成了世界上最早的竹籠填石壩型。兩千多年來都江堰灌溉面積不斷發(fā)展，由一二百萬畝直至今天上千萬畝。
1.重力壩工作原理
重力壩在水壓力及其他荷載作用下，主要依靠壩體自重產(chǎn)生的抗滑力來滿足穩(wěn)定要求；同時依靠壩體自重產(chǎn)生的壓力來抵消有雨水壓力所引起的拉應(yīng)力以滿足強度要求
2.重力壩的特點
他便于布置壩上溢洪道，壩內(nèi)泄水孔、引水管。在上游壩面設(shè)計取水建筑物，再壩內(nèi)或壩下游布置和設(shè)計水電站廠房。安全可靠重力壩剖面尺寸大，應(yīng)力較小，筑壩材料強度高，耐久性好，因而抵抗水的滲漏、洪水漫頂、地震和戰(zhàn)爭破壞的能力都比較強。對地形、地質(zhì)條件適應(yīng)性強任何形狀的河谷都可以修建重力壩，因為壩體作用于地面上的壓應(yīng)力不高，所以對地質(zhì)條件的要求也較低。樞紐泄洪問題容易解決重力壩可以做成溢流的，也可以在壩內(nèi)設(shè)置泄水孔，一般不需要另設(shè)溢洪道或泄水隧洞，樞紐布置緊湊。便于施工導(dǎo)流在施工期可以利用壩體導(dǎo)流，一般不需要另開設(shè)導(dǎo)流隧洞。施工方便大體積混凝土，可以采用機械化施工，在放樣、立模和混凝土澆搗方面都比較簡便。結(jié)構(gòu)作用明確重力壩沿壩軸線用橫縫分成若干段，各壩段獨立工作，結(jié)構(gòu)作用明確，應(yīng)力分析和穩(wěn)定計算都比較簡單。
3.重力壩的類型
1）按構(gòu)造不同分為：實體重力壩，寬縫重力壩，空腹重力壩。
2）按作用不同分為：溢流重力壩，非溢流重力壩。
3）按筑壩材料的不同分為：混凝土重力壩和漿砌石重力壩。
4）按壩高可分為：高壩（大于70m）、中壩（70-30m）、低壩（小于30m）。
二、拱壩
拱壩是用混凝土或漿砌石建造的凸向上游空間殼體結(jié)構(gòu)。除了壩頂是自由邊外，其余周邊坐落在巖基上，由基礎(chǔ)巖體承擔(dān)作用于拱壩的全部荷載（包括自重、水壓和溫度荷載等幾個經(jīng)常作用的主要荷載）。是一種經(jīng)濟、安全均優(yōu)越的壩型。
人類修建拱壩具有悠久的歷史。世界上第一座壩高12m的拱壩是法國鮑姆砌石拱壩。建于公元3世紀。13世紀伊朗建了一座高60m的砌石拱壩。在古代由于數(shù)學(xué)和力學(xué)知識貧乏，那時還談不上拱壩設(shè)計理論。約在1837年，法國開始用圓筒理念設(shè)計左拉砌石拱壩，壩高42.5m。
新中國成立以后到1981年，據(jù)十六省不完全統(tǒng)計已建15m以上的拱壩818占當(dāng)時世界總數(shù)的32.7%。二灘雙曲拱壩高240m，居世界第四。說明我國在這時期拱壩的發(fā)展比較高的。
1.拱壩的工作原理
拱壩是平面凸向上游，三面固定的殼體擋水建筑物。他能把上游壩面水壓力等荷載的大部分通過拱的作用傳給兩岸巖基。他不想重力壩那樣利用自身自重維持穩(wěn)定，而是利用筑壩材料的抗壓強度和兩岸拱端。
2.拱壩的特點
1）拱壩在水平外荷載作用下的穩(wěn)定性主要是依靠作為拱座的兩岸巖體的反力，并不全靠壩體自重來維持穩(wěn)定，這是拱壩的一個主要工作特點。
2）拱壩可比重力壩節(jié)省工程量1/3～2/3；另外還可減少基礎(chǔ)開挖，縮短泄水（引水）渠道和導(dǎo)流洞的長度。
3）拱壩超載能力很強，其破壞時所達到的荷載可達設(shè)計荷載的7～11倍（只要拱肩有足夠的穩(wěn)定性）。
4）拱壩的抗震性能好。（世界壩高100m以上的拱壩有40座建在7～8度以上的地震區(qū)）。
5）拱壩砼的標號一般高于重力壩，（百米高以上的拱壩常用200～300號砼，百米以下的拱壩常用200號砼，重力壩則用150號砼），但每方砼增加的單價一般不會超過重力壩的10～15%。
6）近年來，拱壩壩頂或表孔大流量泄洪已趨普遍，單寬流量已超過200m3/s。
7）溫度荷載應(yīng)列為拱壩的主要荷載，揚壓力對壩體應(yīng)力的影響則小，對薄拱壩可忽略之。但在計算拱肩穩(wěn)定時，則應(yīng)考慮揚壓力。因此拱壩應(yīng)力計算中三個最主要的荷載為：水平水（砂）壓力、溫度荷載、自重。
3.拱壩的類型
拱壩的分類大不同于其它壩型，按其厚高比特征可分為薄拱壩、一般拱壩、厚拱壩（或稱重力拱壩）。按其壩體形態(tài)的特征可分為定圓心等半徑拱壩（或稱單曲拱壩）；等中心角變半徑拱壩；變圓心變半徑雙曲拱壩。確定拱壩壩體剖面的主要參數(shù)有：拱弧半徑、中心角、拱弧圓心沿高程的軌跡線及拱圈厚度等。
三、土石壩
土石壩是由當(dāng)?shù)赝亮稀⑹匣蚧旌狭咸钪傻膲斡址Q當(dāng)?shù)亓蠅�。土壩是一種古老型，可上溯至公元前3000多年，但所興建的土石壩均被洪水沖垮沒有保留下來。埃及人于公元前2600年在開羅以南修建李卡法拉堆石壩，采用沙壤土夾亂石心墻、堆石壩殼、高14m，因無導(dǎo)流設(shè)施，施工中被沖垮。希臘在公元前1300年修建了一座大型防洪土壩工程，至今完好。中國在公元前598～591年，建立了芍坡土壩，經(jīng)歷代整修使用至今；公元前219年，在廣州西北約450km處修建了天平堰。
均質(zhì)壩（壩體主要有一種材料組成，同時起防滲和穩(wěn)定作用）
分區(qū)壩（壩體有專門的防滲體，防滲體通常用防滲性能好的粘土，其位置在壩體的中間稱為心墻）
人工防滲材料壩（防滲心墻采用人工防滲材料）
擋水建筑物的作用是攔截河流，提高水位或形成水庫，并且還包括個中用途的水閘，以及江河海岸的堤防、海塘等。除以上擋水建筑物常見的擋水建筑物還有支墩壩與面板壩等，并且近年來碾壓混凝土壩及混凝土面板壩得到了非常迅速發(fā)展。
擋水建筑物的作用是攔截河流，提高水位或形成水庫，并且還包括個中用途的水閘，以及江河海岸的堤防、海塘等。除以上擋水建筑物常見的擋水建筑物還有支墩壩與面板壩等，并且近年來碾壓混凝土壩及混凝土面板壩得到了非常迅速發(fā)展。
[參考文獻]
[1]劉啟釗，胡明，《水電站》（第4版），中國水利水電出版社。
[2]華東水利學(xué)院，華北水利水電學(xué)院，水電站【M】，北京：水利出版社，1980。
[3]王啟澤，水電站建筑物【M】，北京：水利水電出版社，1987。
