水壩的分類方法
水壩按照不同的分類依據(jù)可以有不同的分類法,主要有:
1.按結(jié)構(gòu)與受力特點(diǎn)可分為:重力壩、拱壩、支墩壩、預(yù)應(yīng)力壩
2.按泄水條件可分為:非溢流壩、溢流壩
3.按筑壩材料的不同可分為:土石壩、砌石壩、混凝土壩、橡膠壩等
4.按壩體能否活動(dòng)可分為:固定壩、活動(dòng)壩
5.按壩工技術(shù)歷史發(fā)展的進(jìn)程可分為:古代壩、近代壩、現(xiàn)代壩
就上述分類,淺談以下 :
在第1種分類中,所列各壩型的受力特點(diǎn)是眾所周知的,但它們蘊(yùn)蓄的“年齡”差異,并不一定為眾人所注意。拱壩和支墩壩是在重力壩出現(xiàn)大約3000年之后才問世,預(yù)應(yīng)力壩還要再晚大約1500年。由于重力壩給人們的印象是根深蒂固的,即使到了19世紀(jì)中期,開始出現(xiàn)了有理論指導(dǎo)設(shè)計(jì)的近代拱壩,但科學(xué)家仍只承認(rèn)重力壩是正統(tǒng)的壩型,而認(rèn)為拱壩設(shè)計(jì)是離經(jīng)叛道之舉。“拱壩”作為一個(gè)正式的壩工術(shù)語,是遲至1910年才由莫里森(Morrison)和布羅迪(Brodie)在其著作《砌石壩設(shè)計(jì)》(Masonry Dam Design)中首次提出。拱壩、支 墩壩和預(yù)應(yīng)力壩雖然比重力壩年輕得多,但在壩工歷史上都充分展示了它們的生命力。
在第3種分類中所列的土石壩,實(shí)際上也是一種“重力壩”,只是人們沒有有意去想它是重力壩,習(xí)慣上也不那么稱呼罷了。
在第3種分類中,砌石壩有著悠久的歷史。早在公元前8世紀(jì),也門的馬里卜(Marib)壩就開始用以石灰為膠結(jié)材料的灰漿砌石鋪面。進(jìn)入初世紀(jì)之后,羅馬人在西班牙筑壩時(shí)就開始使用在整個(gè)壩斷面中用灰漿砌筑塊石的施工方法,漿砌石壩應(yīng)運(yùn)而生。19世紀(jì)20年代發(fā)明了水泥。自19世紀(jì)中葉起,以石灰為膠結(jié)材料的灰漿便逐漸為水泥灰漿所代替。到19世紀(jì)后期,在砌石壩工程中又逐漸用水泥混凝土①部分地代替石料建造壩體。不過當(dāng)時(shí)人們還以為水泥混凝土的強(qiáng)度不如塊石,只是在壩體內(nèi)強(qiáng)度較低的部位才用水泥混凝土。后來又發(fā)展到用水泥混凝土來填塞石塊間的空隙,石塊用量逐漸減少,進(jìn)而形成了“蠻石混凝土壩”。此后,到20世紀(jì)初期便進(jìn)一步發(fā)展成了完全用混凝土澆筑的混凝土壩,從而為壩工技術(shù)的發(fā)展開辟了更廣闊的前景。
談到水壩,人們多半會(huì)想到它是固定不動(dòng)的,沒在意它還可以是“活動(dòng)的”。因此第4種分類乍看起來似乎有些多余。實(shí)際上,活動(dòng)壩在壩工歷史上占有重要的地位。活動(dòng)壩的主體部分是活動(dòng)的,可自動(dòng)或半自動(dòng)啟閉,多用來改善河道的通航條件,有的也用以引水或發(fā)電。世界最早的活動(dòng)壩當(dāng)推我國秦代靈渠上的“陡門”,它也被譽(yù)為世界“船閘之父”。長期以來世界各國所創(chuàng)造的活動(dòng)壩類型數(shù)不勝數(shù),如卷簾壩、翻板壩與蝴蝶壩等等,其結(jié)構(gòu)形式可謂使人眼花繚亂。汪胡楨等所譯《水利工程學(xué)》(Der Wasserbau)的“閘壩工程學(xué)”一編,就開宗明義地將水壩分為固定壩和活動(dòng)壩兩大類。有意思的是,在該書中兩者的篇幅竟然不相上下。該書1929年出版,作者旭克利許(Schoklitsch,A.)是捷克布律恩大學(xué)教授。美國水利工程界耆宿弗里曼(Freeman,J.R.)當(dāng)時(shí)稱此書為前所未有的杰作。在活動(dòng)壩的大家族中,橡膠壩堪稱后起之秀。橡膠壩可用于航運(yùn)、灌溉、防洪、供水、擋潮、發(fā)電以及園林美化等工程,具有造價(jià)低、施工方便、壽命長、抗振能力強(qiáng)以及環(huán)境效果好等優(yōu)點(diǎn)。迄至今天,活動(dòng)壩仍在水利工程中發(fā)揮著積極作用。三峽大壩建成后,葛洲壩近壩段沖刷降低了枯水水位,因而對(duì)航運(yùn)帶來影響。《泥沙研究》2002年第5期,曾發(fā)表了賈鵬等的建議:在葛洲壩下游河道中建造一系列混凝土結(jié)構(gòu)沉箱活動(dòng)壩,抬高枯水水位以利通航。令人稱奇的是,朱水生在2006年宣稱發(fā)明了一種活動(dòng)壩——新型液壓升降壩,可全面代替翻板壩和橡膠壩等壩型。更說這是世界領(lǐng)先的原創(chuàng)發(fā)明,具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 最后一種分類法,是作者在其《壩工技術(shù)史》一書中率先提出并定義的。其中“古代壩”是指19世紀(jì)中期以前建的壩,其基本特征是,壩是憑經(jīng)驗(yàn)建造的,無論是重力壩、拱壩,還是土石壩都是如此。在整個(gè)建壩歷史的進(jìn)程中,古代壩的歷時(shí)占了絕大部分。古代壩工技術(shù)在人們長期的經(jīng)驗(yàn)摸索中緩慢地進(jìn)步著,正是在這進(jìn)步的過程中,人們才得以積累了許多豐富、可貴的建壩實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),為近代壩的誕生奠定了基礎(chǔ)。
“近代壩”是指19世紀(jì)中期至20世紀(jì)初期建的壩,其基本特征是,壩的設(shè)計(jì)開始有了理論作指導(dǎo),這主要體現(xiàn)在重力壩和拱壩的設(shè)計(jì)上。壩的設(shè)計(jì)理論與幾千年的古代筑壩經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合,就使得壩工技術(shù)在19世紀(jì)中期發(fā)生了巨大的變革。土石壩的設(shè)計(jì)方法在這一時(shí)期也略顯端倪:科林 (Collin) 在1850年就曾對(duì)土石壩提出了類似于今天的分析方法,可惜他的方法幾十年內(nèi)都未能為人們引起注意。 “現(xiàn)代壩”是20世紀(jì)初期以后建的壩,其基本特征是,重力壩與拱壩的設(shè)計(jì)理論進(jìn)一步完善與提高,土石壩的設(shè)計(jì)理論在20年代開始形成,加上施工技術(shù)與管理工作的進(jìn)步,使整個(gè)壩工建設(shè)在全世界得到普遍與飛速發(fā)展。
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