水坝分类浅谈

                                                                                                朱诗鳌

 

  水坝按照不同的分类依据可以有不同的分类法，主要有：

    1.  按结构与受力特点可分为：

          ●重力坝

          ●拱坝

          ●支墩坝

          ●预应力坝

    2.  按泄水条件可分为：

          ●非溢流坝

          ●溢流坝

  3.  按筑坝材料的不同可分为：

          ●土石坝

          ●砌石坝

          ●混凝土坝

          ●橡胶坝等

  4.  按坝体能否活动可分为：

          ●固定坝

          ●活动坝

    5.  按坝工技术历史发展的进程可分为：

          ●古代坝

          ●近代坝

          ●现代坝

   

就上述分类，浅谈以下 ：

★  在第1种分类中，所列各坝型的受力特点是众所周知的，但它们蕴蓄的“年龄”差异，并不一定为众人所注意。拱坝和支墩坝是在重力坝出现大约3000年之后才问世，预应力坝还要再晚大约1500年。由于重力坝给人们的印象是根深蒂固的，即使到了19世纪中期，开始出现了有理论指导设计的近代拱坝，但科学家仍只承认重力坝是正统的坝型，而认为拱坝设计是离经叛道之举。“拱坝”作为一个正式的坝工术语，是迟至1910年才由莫里森（Morrison）和布罗迪（Brodie）在其著作《砌石坝设计》（Masonry Dam Design）中首次提出。拱坝、支墩坝和预应力坝虽然比重力坝年轻得多，但在坝工历史上都充分展示了它们的生命力。

★  在第3种分类中所列的土石坝，实际上也是一种“重力坝”，只是人们没有有意去想它是重力坝，习惯上也不那么称呼罢了。

★  在第3种分类中，本文特意将砌石坝排在混凝土坝之前，是因为其“资历”比混凝土坝老得多。砌石坝有着悠久的历史。早在公元前8世纪，也门的马里卜（Marib）坝就开始用以石灰为胶结材料的灰浆砌石铺面。进入初世纪之后，罗马人在西班牙筑坝时就开始使用在整个坝断面中用灰浆砌筑块石的施工方法，浆砌石坝应运而生。19世纪20年代发明了水泥。自19世纪中叶起，以石灰为胶结材料的灰浆便逐渐为水泥灰浆所代替。到19世纪后期，在砌石坝工程中又逐渐用水泥混凝土^①部分地代替石料建造坝体。不过当时人们还以为水泥混凝土的强度不如块石，只是在坝体内强度较低的部位才用水泥混凝土。后来又发展到用水泥混凝土来填塞石块间的空隙，石块用量逐渐减少，进而形成了“蛮石混凝土坝”。此后，到20世纪初期便进一步发展成了完全用混凝土浇筑的混凝土坝，从而为坝工技术的发展开辟了更广阔的前景。

★  谈到水坝，人们多半会想到它是固定不动的，没在意它还可以是“活动的”。因此第4种分类乍看起来似乎有些多余。实际上，活动坝在坝工历史上占有重要的地位。活动坝的主体部分是活动的，可自动或半自动启闭，多用来改善河道的通航条件，有的也用以引水或发电。世界最早的活动坝当推我国秦代灵渠上的“陡门”，它也被誉为世界“船闸之父”。长期以来世界各国所创造的活动坝类型数不胜数，如卷帘坝、翻板坝与蝴蝶坝等等，其结构形式可谓使人眼花缭乱。汪胡桢等所译《水利工程学》（Der Wasserbau）的“闸坝工程学”一编，就开宗明义地将水坝分为固定坝和活动坝两大类。有意思的是，在该书中两者的篇幅竟然不相上下。该书1929年出版，作者旭克利许（Schoklitsch,A.）是捷克布律恩大学教授。美国水利工程界耆宿弗里曼（Freeman,J.R.）当时称此书为前所未有的杰作。在活动坝的大家族中，橡胶坝堪称后起之秀。橡胶坝可用于航运、灌溉、防洪、供水、挡潮、发电以及园林美化等工程，具有造价低、施工方便、寿命长、抗振能力强以及环境效果好等优点。迄至今天，活动坝仍在水利工程中发挥着积极作用。三峡大坝建成后，葛洲坝近坝段冲刷降低了枯水水位，因而对航运带来影响。《泥沙研究》2002年第5期，曾发表了贾鹏等的建议：在葛洲坝下游河道中建造一系列混凝土结构沉箱活动坝，抬高枯水水位以利通航。令人称奇的是，朱水生在2006年宣称发明了一种活动坝——新型液压升降坝，可全面代替翻板坝和橡胶坝等坝型。更说这是世界领先的原创发明，具有巨大的经济价值。

★  最后一种分类法，是作者在其《坝工技术史》一书中率先提出并定义的。其中“古代坝”是指19世纪中期以前建的坝，其基本特征是，坝是凭经验建造的，无论是重力坝、拱坝，还是土石坝都是如此。在整个建坝历史的进程中，古代坝的历时占了绝大部分。古代坝工技术在人们长期的经验摸索中缓慢地进步着，正是在这进步的过程中，人们才得以积累了许多丰富、可贵的建坝实践经验，为近代坝的诞生奠定了基础。

   “近代坝”是指19世纪中期至20世纪初期建的坝，其基本特征是，坝的设计开始有了理论作指导，这主要体现在重力坝和拱坝的设计上。坝的设计理论与几千年的古代筑坝经验相结合，就使得坝工技术在19世纪中期发生了巨大的变革。土石坝的设计方法在这一时期也略显端倪：科林 (Collin) 在1850年就曾对土石坝提出了类似于今天的分析方法，可惜他的方法几十年内都未能为人们引起注意。

    “现代坝”是20世纪初期以后建的坝，其基本特征是，重力坝与拱坝的设计理论进一步完善与提高，土石坝的设计理论在20年代开始形成，加上施工技术与管理工作的进步，使整个坝工建设在全世界得到普遍与飞速发展。

 

 

①  “水泥混凝土”是以水泥为胶结材料拌和的混凝土，我们现在常说的“混凝土”实际上是其简称。此外，还有石灰混凝土等。

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