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水力发电主要利用势能,利用势能必须有落差,在落差较大的河段修建拦水大坝,建立水库蓄水提高水位,在坝外安装水轮机,水库的水流通过输水道到坝外低处的水轮机,水流推动水轮机旋转带动发电机发电,所以大坝是水电站的主要配套建筑物。
大坝有多种,根据抵抗水头压力的机制不同,可分为重力坝、拱坝与支墩坝。重力坝顾名思义就是利用坝体自身重量来抵抗上游水压力并保持自身稳定;而拱坝则是像拱桥一样,是在平面上呈凸向上游的拱形挡水建筑物,借助拱的作用将水压力的全部或部分传到河谷两岸的基岩上;按筑坝材料的不同,可分为土石坝、混凝土坝、橡胶坝、钢闸门坝等;按坝体能否活动可分为固定坝与活动坝,橡胶坝、钢闸门坝属于活动坝。
大坝的划分还按施工方式的不同划分,按库容和效益指标划分,按安全性划分,这里就不再介绍了,本栏目仅介绍水电站常用的重力坝、拱坝、土石坝、支墩坝,本节介绍重力坝。
实体重力坝
重力坝是古老的坝型,至今仍是最重要的坝型,只不过古代是用土石料填筑而成,现代用钢筋混凝土筑成,现代说的重力坝单指混凝土重力坝。图1是重力坝剖面示意图,重力坝依靠自身重量压在坝基上以摩擦力与粘附力维持坝体的稳定,重力坝基本剖面呈三角形,见图1左图。右图是一段重力坝示意图,坝身分段筑成,段间有横缝,各段独立承受水的压力。
重力坝坝体是实心的,称为实体重力坝,重力坝对地形、地质条件适应性强,剖面大、自重大使其稳重,分段结构使其有较强的抗地震、抗战争破坏能力。
图1--实体重力坝
重力坝是大中型水电站使用最多的坝型,例如中国第一大水电站,世界第一大水电站三峡水电站坝高181米,是混凝土实体重力坝,见图2。
图2--三峡水电站(照片来自网络)
中国第三大水电站,世界第五大水电站向家坝水电站坝高161米,见图3,也是混凝土实体重力坝。
图3--建设中的向家坝水电站(照片来自网络)
实体重力坝的缺点主要是建筑材料用量大,工程量大,而且坝中部许多材料仅起填充、加重作用,对坝体强度贡献很小。坝体与坝基接触面积大,坝底的扬压力也大,不利于坝体的稳定。
坝底的扬压力是上游蓄水渗透到坝体与坝基之间的缝隙产生的压力,其向上的作用力会抵消部分坝体重量,影响坝体稳定。
宽缝重力坝
为有效利用建筑材料的强度,减少材料消耗,减小坝低扬压力,采用减少坝体中部材料的方法,这就有宽缝重力坝与空腹重力坝。
宽缝重力坝就是把坝的横缝(内部部分)很宽,也就是把每节坝体的内部部分减薄,使两节坝体间的横缝加宽。图4是宽缝重力坝结构示意图,在右边图中把靠前的4个坝体水平剖开,可清楚看到每段坝体间的宽缝。宽缝重力坝坝体比实体重力坝可节省建筑材料10%至20%,坝体与坝基接触面积相对小一些,坝基中的渗透水可从宽缝处排出,使坝低扬压力减小。施工时可根据各坝段地质条件采用不同的缝宽。
宽缝重力坝的主要缺点是施工模板的种类与数量相对实体重力坝要增加,施工难度增大,工作量增大。
图4--宽缝重力坝
我国新安江水电站采用宽缝重力坝,坝高105米;潘家口水电站采用宽缝重力坝,坝高107.5米;还有丹江口、古田四级、黄龙滩等水电站也采用宽缝重力坝。
文章来源:水利水电资料库
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