簡述水壩類型及其對工程地質(zhì)條件的要求

簡述水壩類型及其對工程地質(zhì)條件的要求一、 我國水能資源開發(fā)利用現(xiàn)狀自然界中，水能資源是一種廉價的、不污染環(huán)境且具有再生性的能源，世界上許多國家都在開發(fā)利用它?，F(xiàn)今工業(yè)發(fā)達國家水能資源的開發(fā)利用程度一般均在40%以上，其中英國、法國、瑞士、意大利等國已超過90%。我國地域遼闊，江河縱橫，流域面積超出100km2的大江河有1500多條，水能資源十分豐富，理論蘊藏著6.76億千瓦，居世界首位。據(jù)統(tǒng)計，全國已建成的水庫有近十萬座，總庫容數(shù)億立方米，其中1億立方米以上的大型水庫數(shù)百座。15m以上的水壩有18000多座，其中100m以上的高壩13座。大、中型水電站96座，其中裝機容量在25萬千瓦以上的大型水電站21座。葛洲壩、劉家峽、丹江口、新安江、龔咀、烏江渡、白山、新豐江等一批骨干工程，已為工農(nóng)業(yè)建設(shè)發(fā)揮了重要作用。二、 水壩的主要類型水壩起攔擋水流、抬高上游水位的作用，是水工建筑物中的主要建筑。水壩類型較多，不同類型的水壩其工作特點和對工程地質(zhì)條件的要求不同。按筑壩的材料不同，主要可分為散體堆填壩和混凝土（或漿砌石）壩兩類。前者是適應(yīng)于較大變形的柔性結(jié)構(gòu)，又可分為土壩、堆石壩、干砌石壩等;而后者則是變形敏感的相對剛性結(jié)構(gòu)，按結(jié)構(gòu)又可分為重力壩，拱壩和支墩壩等。1、 土壩土壩是利用當(dāng)?shù)赝亮隙阎傻臍v史最悠久、采用最廣泛的壩型。它有很多優(yōu)點：①可以就地取材、造價相對較低;②結(jié)構(gòu)簡單，施工容易，既可以大規(guī)模機械化施工，又可以半機械化施工;③屬柔性結(jié)構(gòu)物，抗震性能好;④對地質(zhì)條件要求低，幾乎在所有條件下均可修建;⑤壽命較長，維修簡單，后期加高、加寬均較容易，因此，在各國壩工建設(shè)中所占比例最大。我國15m以上的水壩中，土壩占95%;美國土壩比例占45%，日本占86%。有些國家采用這種壩型堆筑高壩，如前蘇聯(lián)、加拿大和美國。2、 堆石壩（干砌石壩）壩體用石料堆筑（干砌）而成，它也是一種就地取材的古老壩型。現(xiàn)今由于機械化施工和定向爆破技術(shù)的不斷發(fā)展，堆石壩已成為經(jīng)濟壩型的一種。3、 重力壩重力壩也是一種常見壩型，有混凝土重力壩和漿砌石重力壩。由于它結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠、安全，對地形適應(yīng)性好，施工導(dǎo)流方便，易于機械化施工，速度快，使用年限長，養(yǎng)護費用低，安全性好，所以重力壩在近代發(fā)展很快，在各種壩型中的比例僅次于土壩。目前，世界上最高的重力壩是瑞士的大荻克遜（GrandDixence）壩，高為285m。重力壩的特點是重量大，依靠其自重與地基間產(chǎn)生的摩擦力來抵抗壩前庫水等的水平推力，保持大壩穩(wěn)定。同時，還利用其自重在上游面產(chǎn)生的壓應(yīng)力，足以抵消庫水等在壩體內(nèi)和壩基接觸面上產(chǎn)生的拉應(yīng)力，使之不致發(fā)生拉張破壞。重力壩在滿足抗滑穩(wěn)定及無拉應(yīng)力兩個主要條件的同時，壩體內(nèi)的壓應(yīng)力通常是不高的。如一座高達70m的重力壩，其壩體最大壓應(yīng)力一般不超過2MPa，所以材料強度未能被充分利用，不經(jīng)濟。同時，由于基礎(chǔ)面較寬，地基面上的壓應(yīng)力也是不高的。澆筑混凝土壩體時，由于溫度效應(yīng)會使其產(chǎn)生裂縫。為了克服上述缺點和節(jié)省材料，近數(shù)十年來國內(nèi)外創(chuàng)造發(fā)展了寬縫式、空腹式、空腹填碴式及預(yù)應(yīng)力式等新型重力壩。4、 拱壩拱壩在平面上呈圓弧形，凸向上游，拱腳支撐于兩岸。作用于壩體上的庫水壓力等，借助于拱的推力作用傳遞給拱端兩岸的山體，并依靠它的支承力來維持穩(wěn)定。拱壩是一個整體的空間殼體結(jié)構(gòu)。從水平切面上看，它是由許多上下等厚或變厚的拱圈疊成，大部分荷載即由拱的作用傳遞到兩岸山體上。在鉛直斷面上，則是由許多彎曲的懸臂梁組成，少部分荷載依靠梁的作用傳遞給壩基。由于拱是推力結(jié)構(gòu)，只要充分利用它的作用，即可充分發(fā)揮材料強度。典型的薄拱壩，比起相同高度的重力壩可節(jié)省混凝土量在80%，如法國的托拉（Tora）拱壩高為85cm，其最大厚度僅2.4m。因而，拱壩是一種經(jīng)濟合理的壩型，但它的施工技術(shù)要求很高。拱壩具有較強的抗震性能和超載能力。位于阿爾卑斯山區(qū)的瓦伊昂（Vaiont）雙曲拱壩，高庫261.6m，當(dāng)1963年10月9日水庫左岸的高速巨大滑坡體進入庫內(nèi)時，激起250m高的涌浪，高150m的洪波溢過壩頂泄向下游，而壩體卻安全無恙。5、 支墩壩支墩壩是由相隔一定距離的支墩和向上游傾斜的擋水蓋板組成。庫水壓力等由蓋板經(jīng)支墩傳遞給地基。為了增加支墩的整體性和側(cè)向穩(wěn)定性，支墩還常設(shè)有加勁梁。根據(jù)蓋板的形狀不同，支墩壩可分為平板壩、大頭壩和連拱壩。支墩壩是一種輕型壩，它的特點是能比較充分地利用材料強度，能利用上游面的水重幫助壩體穩(wěn)定，揚壓力對它的作用很小，因此，可節(jié)省大量材料。各類水壩對工程地質(zhì)條件的要求1、 土壩土壩對工程地質(zhì)條件的要求如下。壩基有一定強度。由于土壩允許產(chǎn)生較大的變形，故可以在土基（軟基）上修建。但它是以自身的重力抵擋庫水的推力而維持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)物，體積很大，荷載被分布在較大面積上，所以要求壩基材料具有一定承載能力和抗剪強度。選擇壩址時，應(yīng)避免淤泥軟土層，膨脹、崩解性較強的土層，濕陷性較強的黃土層以及易溶鹽含量較高的巖層作為壩基。考慮到高壩地基產(chǎn)生的沉陷量較大，壩體應(yīng)采取超高建筑的形式設(shè)計，使超高等于所計算的最終沉降量。壩基透水性要小。壩基若是深厚的砂卵石層或巖溶化強烈的碳酸鹽巖類，則不僅會產(chǎn)生嚴重的滲漏，影響水庫蓄水效益，而且可能會出現(xiàn)滲透穩(wěn)定問題。在河谷地段地下水位較低、巖石透水性較強的碳酸鹽巖地區(qū)建壩，常會出現(xiàn)“十庫”。因此，在查明以上條件后，要進行防滲設(shè)計。附近應(yīng)有數(shù)量足夠、質(zhì)量合乎要求的土料，包括一般的堆填料和防滲土料，它直接影響壩的經(jīng)濟條件和壩體質(zhì)量。④要有修建洪道的合適地形、地質(zhì)條件。需要修建泄洪道是土壩的特點，在選壩時必須考慮有無修建泄洪道的有利地形、地質(zhì)條件;否則會增加工程布置的復(fù)雜性和造價。2、 堆石壩堆石壩對工程地質(zhì)條件要求與土壩大致相同，但地基要求要高些。一般巖基均能滿足此種壩的要求;而松軟的淤泥土、易被沖刷的粉細砂、地下水位較低的強烈?guī)r溶化地層，則不適于修建此種壩型。此外，采用剛性斜墻防滲結(jié)構(gòu)的堆石壩，應(yīng)修建在巖基上，修建堆石壩的另一重要條件是壩址區(qū)要有足夠的石料，其質(zhì)量的要求是有足夠的強度和剛度及有較高的抗風(fēng)化和抗水能力。3、 重力壩重力壩對工程地質(zhì)條件的要求如下：壩基巖石的強度要高。要求壩基巖石堅硬完整，有較高的抗壓強度，以支持壩體的重量。同時，也應(yīng)具有較大的抗剪強度，以利于抗滑穩(wěn)定性。因此，一般要求重力壩修建在堅硬的巖石地基上，軟基是不適宜的。當(dāng)壩基中有緩傾角的軟弱夾層、泥化夾層和斷層破碎帶等軟弱結(jié)構(gòu)面時，對重力壩的抗滑極為不利，尤其是那些傾向與工程作用力方向一致的緩傾角結(jié)構(gòu)面。壩基中若有河流覆蓋層和強風(fēng)化基巖時，需清除或加固。壩基巖石的滲透性要弱。壩基巖石中的縫隙，會產(chǎn)生滲漏及揚壓力，對水庫蓄水效益和壩基抗滑穩(wěn)定均不利。特別是強烈?guī)r溶化地層及順河向的大斷裂破碎帶，在壩址勘察時應(yīng)十分注意，對它們的處理常常是復(fù)雜和困難的。就近應(yīng)有足夠的、合乎質(zhì)量要求的砂礫石和碎石等混凝土骨料，它往往是確定重力壩型的依據(jù)之一。4、 拱壩拱壩的上述結(jié)構(gòu)特點，決定了它對工程地質(zhì)條件的特殊要求如下。壩址應(yīng)為左右對稱的峽谷地形。河谷高寬比（L/H）應(yīng)小于2,愈狹窄的”V”字形峽谷，愈有利于發(fā)揮拱壩的推力結(jié)構(gòu)作用。若地形不對稱，就需開挖或采取結(jié)構(gòu)措施使之對稱。壩基及拱端應(yīng)坐落在堅硬、完整、新鮮、均勻的基巖上，上、下游岸坡和拱端巖體穩(wěn)定，且無與推力方向一致的軟弱結(jié)構(gòu)面存在。拱壩要求變形量小，特別應(yīng)注意地基的不均勻沉降和潛蝕等現(xiàn)象。5、 支墩壩支墩壩對工程地質(zhì)條件要求較低，可修建在各種地基上，在地基較差的河段中修建支墩壩時，通常設(shè)有基礎(chǔ)板，把荷載分布在地基上，以免