水坝小科普——浅谈水坝的四种结构形式（观光陆丰“半月湾”水坝有感而发）

龙津河畔

上个周末，参加了海丰户外的一次远足。这是我今年参加户外组织的第一个活动，今年，由于新冠疫情和脚伤的原因，已经有好久没有参加活动了，连去年疯狂的马拉松运动也退出了。其实，退出激烈运动从表面上是一种退，其实，也是一种迂回策略，退出激烈运动可以让身体的机件使用寿命延长一点，哈哈哈，这一借口也是够萌的。

这次活动，让我第一次见到了前两年火遍抖音，刷爆全市的“网红景点"：陆丰陂洋半月湾。

陆丰陂洋半月湾，坐落于陆丰市陂洋镇三岭村三板桥旁边，三十多年前由人工建成长约36米的拦水坝，主要是用于三岭村周边农田灌溉，因弯形似半月而得名。它背依青山绿野、环抱碧海清波，镶嵌在青山碧水之间，犹如深邃夜空中的一弯新月。

那时候也想前往，无奈听说到前往的游客太多，严重堵塞，后来当地政府就暂停了这个所谓的景点。现在，当地政府通过招商引资，重建了一些基础配套设施，使人们又能重新前往了。

在陂洋装逼回来以后，突然想，这陆丰版的“胡佛大坝”可是很罕见的，与平时我们所见到的大坝形状大多是平直的，都是下宽上窄呈直线形的。那么，大坝的类型分为多少种呢，而是上网查了一下资料，东拼西凑，东拉西扯，拼成了这篇所谓的小科普。

水坝按结构与受力特点大来致可分为重力坝、拱坝、支墩坝、预应力坝等。

下面我分就分别来说一说各种坝的基本情况啦。

支墩坝，是指由向上游倾斜的挡水面板及一系列三角形支墩所组成的坝型。水荷载由面板传给支墩，再由支墩传给地基。由于利用倾斜面板上的水重帮助坝体稳定，以及支墩基底受较小的扬压力，使坝的体积大为减少。

一般都修建在岩基上。可做成溢流及非溢流形式，前者需采取下游消能防冲措施。用混凝土、钢筋混凝土筑成，也可用浆砌石筑成。根据挡水面板的型式分为平板坝（面板为平板状）、连拱坝（面板为一系列连续拱）及大头坝（面板由支墩上游面扩宽加厚成头部形）等3种类型。支墩坝体积轻、用料少，但钢筋用量多，结构及施工复杂。

最典型的支墩坝就是浙江衢州的湖南镇梯形支墩坝,中国最高的支墩坝,高129m，1980年竣工。

　　拱坝是一种建筑在峡谷中的拦水坝，做成水平拱形，凸边面向上游，两端紧贴着峡谷壁。是指一种在平面上向上游弯曲，呈曲线形、能把一部分水平荷载传给两岸的挡水建筑，是一个空间壳体结构。

拱坝的水平剖面由曲线形拱构成，两端支承在两岸基岩上。竖直剖面呈悬臂梁形式，底部座落在河床或两岸基岩上。拱坝一般依靠拱的作用，即利用两端拱座的反力，同时还依靠自重维持坝体的稳定。

拱坝的结构作用可视为两个系统，即水平拱和竖直梁系统。水荷载及温度荷载等由此二系统共同承担。当河谷宽高比较小时，荷载大部分由水平拱系统承担；当河谷宽高比较大时，荷载大部分由梁承担。拱坝比之重力坝可较充分地利用坝体的强度。其体积一般较重力坝为小。其超载能力常比其他坝型为高。拱坝主要的缺点是对坝址河谷形状及地基要求较高。通俗点讲，拱坝要求河谷很窄，且两岸是坚硬的岩石。

胡佛大坝，位于美国内华达州和亚利桑那州交界之处的黑峡，坝高220米，底宽200米，顶宽14米，堤长377米。

龙羊峡位于青海省共和县与贵德县之间的黄河干流上，大坝高178米，主坝长396米

二滩水电站，地处中国四川省西南边陲攀枝花市盐边与米易两县交界处，处于雅砻江下游，坝高240米。

　　重力坝，也就是我们最常见的大坝。重力坝是由砼或浆砌石修筑的大体积档水建筑物，其基本剖面是直角三角形，整体是由若干坝段组成。

这种坝型工作原理是利用坝体的重力来抵消上游水压力所产生的拉应力，以及坝基的摩擦力和凝聚力来抵抗水压力的顺河向作用。

典型的重力坝有：三峡大坝、丹江口、三门峡等。

三峡大坝

丹江口大坝

三门峡大坝

预应力坝

预应力坝就是在其建造过程中采用了预应力的水坝。这个比较难懂，在介绍预应力坝之前，我们得先搞清楚什么是预应力。

　　木桶是施加预压应力的典型例子。

木桶的桶壁由若干木块拼成，在桶壁的外周一般套有两道对桶壁箍得很紧的铁箍(或篾箍)。如图所示，为了铁箍将桶壁箍得很紧，制造木桶时是用锤子沿铁箍周边逐点将铁箍由桶的较小端向较大端方向敲动，如图中竖向力所示（实标操作时，是将木桶倒置，向下敲铁箍）。于是铁箍就挤压木块，木块间就产生了压应力，这就是预压应力，如图中水平力所示。在水桶装水后，由于水压力的作用，就会在各木块间产生拉应力。如果上述的预压应力大于由水压力产生的拉应力，各木块就被压紧了，就不会漏水；否则，木块就会被拉开，出现裂缝而漏水。

重力坝建成蓄水后，库水对坝体所作用的水推力，会在坝踵处 ( 即坝的上游坝脚处，如图1所示) 产生拉应力；而重力坝的坝体自重又会在坝踵处产生压应力。当这一压应力足以能抵销上述拉应力时，坝踵处就不存在拉应力了，从而保证了坝的安全。因为重力坝是不允许在坝踵处出现拉应力的，否则坝体就会在坝踵处拉裂，最终导致整个坝体破坏。

由上可知，为了保证在坝踵处不出现拉应力，就要求重力坝有足够大的自重，断面就因而要设计得很宽厚，使用的筑坝材料（如混凝土）也就要得很多。可见，重力坝应该说还是一种不经济的坝型，它是凭其巨大的自重在坝踵处产生压应力以维持其稳定的，因此我们特称之为“重力坝”。

重力坝可谓是凭“蛮干”而工作的——“蛮干不如巧干”哦。

而“预应力重力坝”可谓巧干，它是用施加预应力的办法，在坝踵处产生压应力，从而取代部分坝体自重的作用，起到节省筑坝材料的效果。

　　图1所示是一座常规的重力坝，其断面尺寸较大，在坝踵处没有拉应力。

设想将坝断面缩小，水库蓄水不变，那么在坝踵处就会产生拉应力，最终将导致坝体破坏，如图2所示。

现在将这一断面缩小了的坝体，在蓄水之前，就预先在坝踵处施加压应力，比如通过张拉一根一端锚固在坝基、另一端连接于坝顶的锚缆，就会在坝踵处产生相应的预压应力，如图3所示。

这一施加了预压应力的坝体，在蓄水后，就可抵销坝踵处的拉应力，也就是说，这时的坝体，在坝踵处就不会出现拉应力了，既保证了坝体的安全，又节省了筑坝材料，如图4所示——这就是“预应力重力坝”。 《朱诗鳌的坝工世界》

　　在国内，据文献记载，预应力只有少数水坝在加固中使用，如杉木河水库大坝加固，采用预应力锚索来加固溢流坝段,以提高深层抗滑稳定安全系数,满足了大坝稳定要求。内行看门道，外行看热闹，作为外行人，从大坝的外形看，我就姑且把它当作重力坝就行了。

剧终。

下次我们又要到哪儿去玩呢