杂谈 | 水坝—水利人独有的骄傲

水坝按照建造形式，基本上可以分为三类：重力坝、土石坝和拱坝。

（1）重力坝

重力坝，顾名思义就是利用自身重力来维持坝体稳定的水坝类型。一般来说重力坝都是混凝土结构的。混凝土在建筑工程上一般写作砼，看“砼”这个字是由“人、工、石”三个字构成的，所以混凝土其实就是一种人造石头。石头有个特点就是一般来说都是整块的（这里指的是构成地壳的岩石，在很大的尺度上都是整块的石头，而不是指的风化之后的碎石及人工粉碎之后的碎石）。整块的石头一般来说隔水性能是非常好的，水很难渗透石头；而且整块的石头基本上是不怕水冲的，不会被水冲毁，冲了几万年还是一块石头。重力坝就是利用了石头的这个特性，在河床的基岩上开始浇筑混凝土，使混凝土和基岩胶结成为一体，然后层层浇筑，慢慢地形成一座整体结构的人造巨石（大坝），将河水阻挡住，形成水库，满足国民经济各业的用水要求。

重力坝因为是整体结构，相当于一整块与基岩长在一起的石头，所以它有一个最大的优势——抗毁伤能力强。第一，很难被洪水冲毁；第二发生了超过校核洪水标准（各种洪水标准的意义见洪水标准规范）的洪水而导致洪水漫过了堤坝流向下游，也不会造成水坝溃坝从而给下游带来灾难性的损失；第三。抗军事打击能力强，常规武器基本不能给重力坝造成实质性的毁伤（用炸弹炸巨型岩石，想想也知道结果）。

（图为丹江口大坝）

重力坝最大的缺点是建造费用贵，一是本身需要大量水泥，原材料价格较高；二是在建造重力坝时，必须在河床基岩上浇筑混凝土，而一般河流河床的基岩都不是裸露在外的，由于千百万年的风化和水流搬运作用，河床一般都有覆盖层（就是基岩上覆盖的各种泥土、碎石及其他沉积物），有些河床的覆盖层厚达二三十米甚至七八十米，在浇筑混凝土之前需要将深厚的覆盖层全部挖除，这也是工程量巨大和投资巨大的工作。

国内著名的重力坝比如三峡大坝、丹江口大坝等。

（2）土石坝

土石坝是建造的最为广泛的一种坝型。土石坝细分的类别也比较多。像土坝、堆石坝、面板坝（混凝土面板坝、沥青混凝土面板坝）、心墙坝（黏土心墙坝、沥青混凝土心墙坝）、斜墙坝、水坠坝等等等等，别看明目繁多，但是这些统统都是土石坝。

土石坝不像重力坝是整体结构，而是散粒体结构。简单地说就是在河床上堆上一堆土，或者堆上一堆碎石头形成坝体。但是这堆土或者这堆碎石头透水，那么再在这堆土或者这堆碎石头中加上防水的东西，比如在倾向上游的方向（迎水的方向）做一块面板（就是我门前述的混凝土面板或者沥青混凝土面板）放在坝前，靠面板防水，坝体主要是为了支撑面板；或者在这堆土中间筑一道防水墙（就是我们前述的黏土或者沥青混凝土心墙），或者在这堆土迎水面筑一道防水墙（斜墙），坝体主要是为了保护这道墙；当然也可以用黏土填筑整个坝体，形成均质坝。这样就建造好了土石坝。

由上可知，土石坝那些繁多的种类其实只是对不同的防水结构的称呼而已，其挡水的本质都一样。

土石坝相对重力坝最大的优势是价格便宜，堆土或者堆石头的价格显然要比浇筑混凝土便宜得多，只是防水结构稍贵一些而已；其次，土石坝建造的材料容易获取，土石坝又叫当地材料坝，也就是说建造大坝的材料都可以在当地找到，这尤其适合边远艰苦，交通条件差的落后地区建设；第三，相对于重力坝，土石坝建造技术简单。

（图为小浪底大坝）

土石坝最大的缺点是抗毁伤能力弱。因为是散粒体结构，只要有一个地方被毁坏一个缺口而没有及时封堵，水流能从缺口过去，坝体就会不断被水流冲走（因为是散粒体结构，就相当于水把泥沙冲走一样），从而导致水坝溃坝（顺便说一句，我国很多地方河道的堤防都是土堤，就类似于土石坝，这也就是为什么每次抗洪，堤坝决开一个小口，没有及时封堵，很快就会变成巨大的决口的原因）；发生了超过校核洪水标准的洪水而导致洪水漫过了堤坝流向下游，会造成严重的溃坝事故从而给下游带来灾难性的损失（原因同样是因为散粒体结构），所以土石坝不像重力坝，土石坝坝顶是严禁过水的，抗军事打击能力弱。所有的原因都是因为土石坝的散粒体结构。

国内许多重要的大坝都是土石坝，比如小浪底。

（3）拱坝

拱坝也是一种应用很广的坝型。拱坝对地形地质条件要求很高，最好是“V”型河谷，两岸基岩完整且稳定。在这样的河谷中修建倾向上游的拱形水坝，类似一个弓臂朝向上游，弓弦朝向下游的弓放在河谷中。弓弦和弓臂的结合部固定在两岸的基岩上，这就是拱坝的基本结构。

拱坝虽然也是混凝土结构，但是拱坝并不是靠自身的重力来维持稳定的。那么拱坝是如何维持稳定的呢？奥妙就在两岸的基岩上。两岸的基岩一定要足够结实，拱坝就利用自身的拱形结构，将水施加的压力通过那张弓的弓臂传递到两岸的基岩上，靠基岩来维持稳定。因为拱坝不需要靠自身的重力来维持稳定，所以拱坝可以做的非常薄，充分利用结构优势，节省建筑材料。拱坝建设过程中需要注意的最重要的问题就是两岸基岩的情况，基岩有问题，很容易导致拱坝失稳而造成严重事故。1959年法国马尔帕塞双曲拱坝失事，原因就是左坝肩基岩存在问题，导致大坝失稳溃决。左坝肩失稳，大坝绕着右坝肩转了个角度，好像水库开了个门，把一库水全部泄向了下游……

（图为小湾水电站双曲拱坝）

（4）两个问题

1）除了上述三种最常见的坝型之外，水利工程中还有大头坝、支墩坝、连拱坝、浆砌石坝等坝型。基本上他们都是重力坝的变种，在上世纪有所建设，现在工程中实际应用的很少，在此就不再一一叙述了。

2）无论是混凝土重力坝还是拱坝，坝体都是大体积的素混凝土，就是没有钢筋的混凝土，只在大坝表面局部有配筋。而并非我们通常认为的，整个大坝都是钢筋混凝土结构的。