科普 | 水利水電工程常識——重力壩(1)

2021-02-23 南水北調與水利科技

重力壩是在水壓力及其他外荷載作用下,主要依靠壩體自重來維持穩定的壩。重力壩是由混凝土或漿砌石修築的大體積檔水建築物,其基本剖面是直角三角形,整體由若干壩段組成。

▶重力壩剖面圖                ▶重力壩立面圖

重力壩是世界上最早出現的一種壩型之一。公元前3世紀,中國在連通長江與珠江流域的靈渠工程上,修建了一座高5m的砌石溢流壩,迄今已運行2000多年,是世界上現存的,使用歷史最久的一座重力壩。

 ▶靈渠工程

據統計,在各國修建的大壩中,重力壩在各種壩型中往往佔有較大的比重。中國20座高100m以上的高壩中,混凝土重力壩就有10座。

重力壩之所以得到廣泛應用,是由於有以下優點

①相對安全可靠,耐久性好,抵抗滲漏、洪水漫溢、地震和戰爭破壞能力都比較強;

②設計、施工技術簡單,易於機械化施工;

③對不同的地形和地質條件適應性強,對地基條件要求相對來說不太高;

④在壩體中可布置引水、洩水孔口,解決發電、洩洪和施工導流等問題。

重力壩的缺點是:

①壩體應力較低,材料強度不能充分發揮;

②壩體體積大,耗用水泥多;

③施工期混凝土溫度應力和收縮應力大,對溫度控制要求高。

重力壩按築壩材料的不同分為:混凝土重力壩和漿砌石重力壩。

重力壩按其結構形式分為: ① 實體重力壩; ② 寬縫重力壩;③ 空腹重力壩。

實體重力壩 (Solid Gravity Dam)

重力壩壩體是實心的,稱為實體重力壩。實體重力壩對地形、地質條件適應性強,剖面大、自重大使其穩重,分段結構使其有較強的抗地震、抗戰爭破壞能力。

 ▶非溢流重力壩剖面示意圖

中國第一大水電站,世界第一大水電站三峽水電站壩高181米,是混凝土實體重力壩。

 ▶三峽大壩--混泥土實體重力壩

中國第三大水電站,世界第五大水電站也是混凝土實體重力壩。

 ▶建設中的向家壩水電站

實體重力壩的缺點主要是建築材料用量大,工程量大,而且壩中部許多材料僅起填充、加重作用,對壩體強度貢獻很小。壩體與壩基接觸面積大,壩底的揚壓力也大,不利於壩體的穩定。

 ▶壩底的揚壓力(Uplift Pressure)是上遊蓄水滲透到壩體與壩基之間的縫隙產生的壓力,其向上的作用力會抵消部分壩體重量,影響壩體穩定。

為有效利用建築材料的強度,減少材料消耗,減小壩低揚壓力,採用減少壩體中部材料的方法,這就有寬縫重力壩與空腹重力壩出現,下期會繼續介紹,歡迎關注


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