为拦截水流、抬高水位、调蓄水量,或为阻挡河水泛滥、海水入侵而兴建的各种闸、坝、堤防、海塘等水工建筑物。河床式水电站的厂房、河道中船闸的闸首、闸墙和临时性的围堰等,也属于挡水建筑物。仅用以抬高水位的、高度不大的闸、坝也称壅水建筑物。不少挡水建筑物兼有其他功能,也常列入其他水工建筑物。如溢流坝、拦河闸、泄水闸常列入泄水建筑物,进水闸则常列入取水建筑物。
构成
挡水建筑物可用混凝土、钢筋混凝土、钢材、木材、橡胶等构筑而成,也可用土料填筑或石料砌筑、堆筑而成。其主要形式有重力式和拱式两种。混凝土重力坝、浆砌石重力坝和大头坝、支墩坝,主要依靠本身的重量抵抗水平推力来保持稳定,其体积相对较大,属于重力式结构。土坝、土坝和堆石坝都有边坡稳定问题,但就其整体稳定的性能来说,也属于重力式机构。各种形式的拱坝,依靠拱的作用将大部分水平推力传至两岸,只有小部分水平推力传至河床地基,属于拱式结构,坝体体积相对较小。连拱坝的拱形挡水面板属于拱式结构,但就其整体来讲,仍属于重力式结构。除这两种基本形式外,有些临时性或半永久性的中小型低水头挡水建筑物,如一些围堰工程、壅水坝、导流坝等,使用嵌固式的板桩结构,利用桩在地基内地嵌固作用来抵抗水平推力以保持稳定,可称为嵌固式挡水建筑物。
作用
挡水建筑物所承担的任务,在其所从属的水利工程的总体规划中已基本确定。挡水建筑物的形式、轮廓尺寸、建筑材料、地基处理等的设计,需遵照规定的设计程序,通过水力、结构等的计算分析和方案比较来确定。挡水建筑物的设计必须特别注意水的作用。对于混凝土浇筑、浆砌石砌筑的挡水建筑物,水压力、浪压力、扬压力等可能影响整体稳定;对于土石堆筑的当水建筑物,渗流可能影响上下游边坡的稳定,并可能使建筑物本身或地基产生危害性的管涌与流土;兼有泄水作用的闸、坝,其下泄水流对河床、岸坡乃至建筑物本身可能产生有害的、甚至破坏性的冲刷和磨损,高速水流还可能引起建筑物和闸门的空蚀和振动。针对这些水的作用,挡水建筑物除必须采取适当的体形和轮廓尺寸外,还常需在防渗排水、消能防冲、防空蚀、抗振动等方面采取有效措施。
历史沿革
挡水建筑物的历史悠久。根据记载,埃及修建土石坝已有近5000年的历史。中国的黄河大堤已延续使用了几千年。19世纪以来,挡水建筑物在规模和数量上发展迅速,已建的挡水建筑物最大高达335米(罗贡坝),最大土石方量达1.21亿立方米(塔贝拉坝),最大混凝土浇筑量达1229万立方米(伊泰普水电站)。中国正在修建的长江三峡水利枢纽,混凝土浇筑量达2800万立方米,1999年混凝土最大浇筑强度为458.5万立方米每个月,均为世界最高水平。