[摘要]本文目的在于讓非水利專業(yè)的學生和水利專業(yè)的新生了解有關擋水建筑物的知識，并且文中穿插了有關水利工程的歷史讓讀者增加一些關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、類型等有關知識。
[關鍵字]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，都是利用結構自重來維持穩(wěn)定，結構簡單，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生的抗滑力來滿足穩(wěn)定要求；同時依靠壩體自重產生的壓力來抵消有雨水壓力所引起的拉應力以滿足強度要求
2.重力壩的特點
他便于布置壩上溢洪道，壩內泄水孔、引水管。在上游壩面設計取水建筑物，再壩內或壩下游布置和設計水電站廠房。安全可靠重力壩剖面尺寸大，應力較小，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、地質條件適應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力不高，所以對地質條件的要求也較低。樞紐泄洪問題容易解決重力壩可以做成溢流的，也可以在壩內設置泄水孔，一般不需要另設溢洪道或泄水隧洞，樞紐布置緊湊。便于施工導流在施工期可以利用壩體導流，一般不需要另開設導流隧洞。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。結構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，結構作用明確，應力分析和穩(wěn)定計算都比較簡單。
3.重力壩的類型
1）按構造不同分為：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構。除了壩頂是自由邊外，其余周邊坐落在巖基上，由基礎巖體承擔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常作用的主要荷載）。是一種經濟、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)學和力學知識貧乏，那時還談不上拱壩設計理論。約在1837年，法國開始用圓筒理念設計左拉砌石拱壩，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；另外還可減少基礎開挖，縮短泄水（引水）渠道和導流洞的長度。
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）溫度荷載應列為拱壩的主要荷載，揚壓力對壩體應力的影響則小，對薄拱壩可忽略之。但在計算拱肩穩(wěn)定時，則應考慮揚壓力。因此拱壩應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?shù)赝亮稀⑹匣蚧旌狭咸钪傻膲斡址Q當?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，因無導流設施，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]華東水利學院，華北水利水電學院，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。
