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土石壩與支墩壩 |
Earth-Rock Dam and Buttress Dam |
土石壩 |
土石壩是土壩與堆石壩的總稱(chēng),土石壩是最古老的壩型,也是最普遍使用的壩型,我國(guó)近十萬(wàn)多座壩中,土石壩占各種壩型總數(shù)的95%以上,不過(guò)國(guó)內(nèi)高土石壩不多,在國(guó)外倒是有不少高土石壩。由于土石壩是由沙土堆成,其壩底寬度比壩高大得多,見(jiàn)圖1截面圖的(a)圖,實(shí)際可能比圖中所示還要寬得多。
土石壩較多采用分層填土、分層碾壓的方法修筑,稱(chēng)為碾壓式土石壩,主要有均質(zhì)壩、分區(qū)壩、人工防滲材料壩。 |
均質(zhì)壩 |
壩體大部分采用同一種抗?jié)B性能較好的土料修筑的稱(chēng)為均質(zhì)壩,見(jiàn)圖1截面圖的(a)圖。 |
分區(qū)壩(多種土質(zhì)壩) |
壩體中用抗?jié)B性能好的粘土設(shè)置專(zhuān)門(mén)的防滲體,壩殼采用沙石料筑成,防滲體可在壩體中間(稱(chēng)為心墻壩), 見(jiàn)圖1截面圖的(b)圖。心墻也可由多層組成,中間是抗?jié)B性能好的粘土,兩面是抗?jié)B性略差的粘土,壩殼采用沙石料,見(jiàn)圖1截面圖的(c)圖。 |

圖1--心墻壩截面圖 |
防滲體向上游傾斜(稱(chēng)為斜心墻壩),見(jiàn)圖2截面圖的(a)圖。防滲體在壩體上游面或接近上游面(稱(chēng)為斜墻壩),見(jiàn)圖2截面圖的(b)圖、(c)圖。 |

圖2--斜心墻壩截面圖 |
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人工防滲材料壩 |
采用混凝土、瀝青混凝土或其他人工材料制作的防滲材料壩稱(chēng)為人工防滲材料壩,在壩體上游面鋪設(shè)人工防滲材料的稱(chēng)為斜墻壩或面板壩,見(jiàn)圖3左圖。在壩體中間設(shè)人工防滲材料的稱(chēng)為心墻壩(人工防滲材料心墻壩),見(jiàn)圖3右圖。 |

圖3--人工防滲材料壩截面圖 |
土石壩壩內(nèi)還要敷設(shè)排水設(shè)備排除滲漏水,以增加壩體和下游壩坡的穩(wěn)定性,降低揚(yáng)壓力。為防止波浪、冰層、溫度變化、雨水和水流,人畜等對(duì)壩坡的破壞,壩面要設(shè)護(hù)坡,上游護(hù)坡可用砌石、堆石或鋼筋混凝土等材料,下游護(hù)坡可草皮、砌石、堆石等。
土石壩的優(yōu)點(diǎn)是:就地取材,減少運(yùn)輸成本;節(jié)省水泥、鋼材、木材;結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,便于維修和加高、擴(kuò)建;對(duì)地質(zhì)條件要求較低,能適應(yīng)地基變形;施工技術(shù)較簡(jiǎn)單,工序少,便于組織機(jī)械化快速施工。
缺點(diǎn):由于土石壩是泥沙堆積而成,經(jīng)不起水流沖刷,所以壩身不能溢流,需另設(shè)溢洪道,施工導(dǎo)流不如混凝土壩方便,也就是說(shuō)發(fā)生漫壩則可能導(dǎo)致大壩崩潰,滲水產(chǎn)生管涌也會(huì)破壞大壩。壩體填筑工程量大,土料填筑受氣候條件的影響大等也是缺點(diǎn)。 |
土石壩的應(yīng)用工程 |
下面介紹幾個(gè)土石壩的應(yīng)用工程。 |
黃河小浪底水利樞紐工程 |
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黃河小浪底水利樞紐工程位于河南省洛陽(yáng)市孟津縣小浪底,是黃河干流上的一座集減淤、防洪、防凌、供水灌溉、發(fā)電等為一體的大型綜合性水利工程。
小浪底工程攔河大壩采用斜心墻堆石壩,設(shè)計(jì)最大壩高154米,壩頂長(zhǎng)度為1667米,壩頂寬度15米,壩底最大寬度864米。水庫(kù)總庫(kù)容126.5億立方米,長(zhǎng)期有效庫(kù)容51億立方米。
由于受地形、地質(zhì)條件的限制,泄洪建筑物與引水發(fā)電系統(tǒng)均布置在左岸。電站廠房?jī)?nèi)安裝6臺(tái)30萬(wàn)千瓦混流式水輪發(fā)電機(jī)組,總裝機(jī)容量180萬(wàn)千瓦。 |

圖4--小浪底攔河大壩 |
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天生橋一級(jí)水電站 |
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天生橋一級(jí)水電站為珠江流域西江水系上游的南盤(pán)江龍頭電站,壩址處河谷開(kāi)闊,壩基巖層較軟弱,壩區(qū)有豐富的土石料。大壩為混凝土面板堆石壩,最大壩高178米,壩頂長(zhǎng)1104米,壩頂寬12米,頂部設(shè)置4.9米高的防浪墻。混凝土面板厚度頂部0.3米,底部0.9米,設(shè)置垂直縫,間距16米,共分69塊。水庫(kù)總庫(kù)容102.6億立方米,調(diào)節(jié)庫(kù)容57.96億立方米。
電站樞紐右岸設(shè)開(kāi)敞式溢洪道和放空隧洞、泄洪孔口尺寸為寬13米,高20米,共5孔。溢洪道全長(zhǎng)1665米。左岸引水發(fā)電系統(tǒng)采用單機(jī)單管布置,地面廠房安裝4臺(tái)30萬(wàn)千瓦水輪發(fā)電機(jī)組。電站于1998年底首臺(tái)機(jī)組發(fā)電,至2000年工程竣工。 |

圖5--天生橋一級(jí)壩 |
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紫坪鋪水電站 |
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紫坪鋪水電站位于四川成都西北崛江上游,地處都江堰市麻溪鄉(xiāng),距都江堰市約9公里。紫坪鋪水電站壩高156米,總庫(kù)容11.12億立方米,水電站裝機(jī)4臺(tái)19萬(wàn)千瓦發(fā)電機(jī)組。
“5.12” 汶川特大地震時(shí),它距離中心地震帶僅17公里,水電站所處位置地震烈度超過(guò)10度,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)大壩原有設(shè)計(jì)抗震等級(jí),然而大壩經(jīng)受住了最嚴(yán)峻的考驗(yàn),僅是壩混凝土擋水面板發(fā)生多處拉裂,壩體安然無(wú)恙。可見(jiàn)堆石壩也有很強(qiáng)的抗震能力。2009年10月19日在成都召開(kāi)的堆石壩國(guó)際研討會(huì)上,紫坪鋪大壩榮獲“國(guó)際堆石壩里程碑特別工程獎(jiǎng)”。 |
 圖6--紫坪鋪水電站 |
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支墩壩 |
重力壩有二個(gè)主要缺點(diǎn):材料強(qiáng)度不能充分利用與底部揚(yáng)壓力大,寬縫重力壩在一定程度上克服了這兩個(gè)缺點(diǎn),如果將壩體由一系列獨(dú)立的支墩和擋水面板組成,擋水面板設(shè)在上游同樣形成擋水面,可進(jìn)一步克服重力壩的缺點(diǎn)。
支墩壩就是這類(lèi)壩型,庫(kù)水壓力由擋水面板傳給支墩再傳給地基,利用水重和自重在壩基面產(chǎn)生的摩擦力來(lái)抵抗水平水壓力維持穩(wěn)定。這樣可最大限度地利用材料強(qiáng)度;最大限度地減小揚(yáng)壓力;充分利用水重來(lái)節(jié)省混凝土量。
支墩壩主要有平板壩、連拱壩、大頭壩。 |
平板壩 |
平板壩是支墩壩的最早型式,由平面板與支墩組成,平面板就是擋水面板,見(jiàn)圖7。 |

圖7--平板壩 |
平面壩的主要優(yōu)點(diǎn)是:構(gòu)造簡(jiǎn)單;平板的迎水面上不產(chǎn)生拉應(yīng)力;對(duì)溫度變化的敏感性差;地基變形對(duì)壩身應(yīng)力分布影響不大,對(duì)地基要求不十分嚴(yán)格。但鑒于面板受力條件的限制,平面板壩高一般不超過(guò)40米。 |
連拱壩 |
由于平板壩的面板受力條件不好,將平面的擋水面板改為圓弧面板(拱),可更好利用混凝土的抗壓性能,多個(gè)拱壁(拱圈)連成一體,由多個(gè)支墩支撐,這就是連拱壩,圖8左圖是一段連拱壩示意圖。 |

圖8--連拱壩 |
圖9左圖是一段連拱壩的俯視圖,右圖是從下游面觀看這段連拱壩。 |
圖9--連拱壩結(jié)構(gòu) |
連拱壩能較好地利用材料強(qiáng)度,把拱壩的優(yōu)點(diǎn)運(yùn)用到寬的河面,可建又高又寬的壩。連拱壩對(duì)地基變形、溫度變化較敏感,故對(duì)地基要求相對(duì)要高一些。 |
連拱壩的應(yīng)用工程 |
下面介紹幾個(gè)連拱壩的應(yīng)用工程。 |
佛子嶺水庫(kù) |
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佛子嶺水庫(kù),位于淮河支流淠河?xùn)|源上游,安徽省霍山縣城西南,是建國(guó)初期中國(guó)自行設(shè)計(jì)具有當(dāng)時(shí)國(guó)際先進(jìn)水平的大型連拱壩水庫(kù),佛子嶺水電站是淮河流域第一座水電站。以防洪為主,結(jié)合灌溉、發(fā)電、航運(yùn),水庫(kù)總庫(kù)容4.96億立方米。佛子嶺大壩由20個(gè)支墩,21個(gè)拱和兩端重力壩組成。壩頂軸線長(zhǎng)510米。溢洪道設(shè)在東岸山凹里,開(kāi)敞式溢流,下接明渠側(cè)槽。壩后廠房,總裝機(jī)容量為31000千瓦。1952年1月動(dòng)工,1954年11月建成。 |

圖10--佛子嶺水庫(kù)(照片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)) |
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梅山水庫(kù) |
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梅山水庫(kù)位于安徽省金寨縣縣城南端的大別山腹地、淮河支流史河上游。攔河壩中間壩段是連拱壩,由15個(gè)支墩、16個(gè)拱組成連拱壩,長(zhǎng)311.5米。東西兩端連接重力壩,全長(zhǎng)443.5米。最大壩高88.24米,頂寬1.8米,總庫(kù)容23.37億立方米。
溢洪道位于大壩東岸(圖11左側(cè)),開(kāi)敞式,全長(zhǎng)101.6米,分7孔,孔寬12米,泄洪遂洞位于大壩東岸,全長(zhǎng)249米,洞徑6.3米,發(fā)電廠為壩后式,位于5—8號(hào)支墩后,安裝水輪發(fā)電機(jī)4臺(tái)、4萬(wàn)千瓦。1956年建成發(fā)電。 |

圖11--金寨梅山水庫(kù)(照片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)) |
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馬尼克Ⅴ級(jí)壩 |
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馬尼克Ⅴ級(jí)壩又名丹尼爾?約翰遜壩,位于加拿大馬尼夸根(Maricouagan)河上,工程主要用于發(fā)電。大壩為混凝土多拱壩,最大壩高214米,頂長(zhǎng)1314米。連拱壩共13跨14個(gè)拱墩,中間河床為大拱,跨度為165米,左邊7個(gè)拱、右邊5個(gè)拱,跨度各為76米,是世界最高的多拱壩。水庫(kù)總庫(kù)容為1418.52億立方米,有效庫(kù)容375億立方米。
發(fā)電引水系統(tǒng)、溢洪道從上游左岸引出,地面廠房、地下廠房、在下游左岸。總裝機(jī)容量237.2萬(wàn)千瓦。1989年工程全部完工。 |

圖12--丹尼爾?約翰遜壩(照片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)) |
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大頭壩 |
大頭壩介于寬縫重力壩和輕型支墩壩(平板壩和連拱壩)之間,它具有寬縫重力壩和輕型支墩壩兩者的優(yōu)點(diǎn),大頭壩的頭部前面是擋水面,后部是支墩,見(jiàn)圖13。 |

圖13--大頭壩 |
圖14是大頭壩幾種主要構(gòu)造形式的水平剖面圖。封閉式單支墩結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,強(qiáng)度高,壩內(nèi)保溫好,又可布置為壩頂溢流,用得較廣泛。 |

圖14--大頭壩水平剖面圖 |
大頭壩是一種較為優(yōu)越的壩型,它既能充分利用材料的強(qiáng)度,鋼筋與混凝土用量少。 |
大頭壩的應(yīng)用工程 |
下面介紹幾個(gè)大頭壩的應(yīng)用工程。 |
柘溪水電站 |
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柘溪水電站位于中國(guó)湖南省、資水干流上,距安化縣東平市12.5km。大壩總長(zhǎng)330m,最大壩高104m,防浪墻高1.5m。河床部分為溢流壩段,由8跨單跨18m的混凝土單支墩大頭壩和2跨16m的混凝土寬縫重力壩組成。分成9孔,每孔凈寬12m,裝有12m寬、9m高的平板鋼閘門(mén)。兩岸非溢流壩段為混凝土寬縫重力壩。總庫(kù)容35.7億立方米。
下游岸邊引水式發(fā)電廠房安裝6臺(tái)混流式水輪發(fā)電機(jī)組,一臺(tái)8.8萬(wàn)卡瓦,5臺(tái)7.5萬(wàn)卡瓦,由6條隧洞后接6條壓力鋼管引水,后來(lái)擴(kuò)建新增兩臺(tái)25萬(wàn)千瓦的水輪發(fā)電機(jī)組。 |

圖15--柘溪水電站(照片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)) |
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伊泰普水電站 |
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伊泰普水電站位于巴西與巴拉圭之間的界河——巴拉那河上,由巴西與巴拉圭共建,樞紐左岸屬巴西,右岸屬巴拉圭,發(fā)電機(jī)組和發(fā)電量由兩國(guó)均分。伊泰普水庫(kù)總庫(kù)容 290億立方米,有效庫(kù)容190億立方米。
主壩為雙支墩大頭壩(混凝土雙支墩空心重力壩),最大壩高196米,長(zhǎng)1064米,是世界最高的大頭壩。右岸翼壩呈弧線型,長(zhǎng)986米,為單支墩大頭壩,最大壩高64.5米。左岸堆石壩1984米,最大壩高70米。左岸土壩長(zhǎng)2294米,最大壩高30米。包括岸邊溢洪道等建筑,整個(gè)樞紐的擋水前沿總長(zhǎng)度達(dá)7760米。
混凝土重力式溢流壩在右岸翼壩端頭,壩長(zhǎng)390米,安裝14扇20米×20米弧形閘門(mén)。發(fā)電廠房長(zhǎng)968米,目前共有20臺(tái)發(fā)電機(jī)組(每臺(tái)70萬(wàn)千瓦),總裝機(jī)容量1400萬(wàn)千瓦,是當(dāng)今世界裝機(jī)容量第二大,發(fā)電量最大的水電站。
工程于1975年開(kāi)工,1979年8月主壩混凝土澆筑,1983年中第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電,1991年全部建成。 |

圖16--伊泰普水電站(照片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)) |
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