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我国橡胶坝技术研究和应用概况

我国地域辽阔,气候多变。在北方,河流多属于季节性河流,非汛期水量小,冬季河流结冰。在南方,降水量大,即使在非汛期,河水流量也比较大。为适应在不同条件下应用橡胶坝,进行了大量的试验研究,如坝袋胶布的胶料配方研究,帆布试制,坝袋抗波浪试验,泥沙冲淤试验,坝袋振动试验,橡胶坝流量系数试验,坝袋锚固,充气橡胶坝技术研究等等。所有这些试验研究为我国在南北方地区的不同条件下兴建橡胶坝提供了可靠的保证,同时在为期三十多年的实践和运用中,也积累了许多宝贵经验。

斜坡橡胶坝

一、坝袋结构型式的改进

堵头式橡胶坝的发明。在橡胶坝运用中发现,当坝袋锚固在直墙上时,会出现下列不利情况:
a、当坝袋充到设计高度时,靠近直墙部位的坝袋出现很深的褶皱,这样不仅降低了坝袋的有效高度,而且坝内残存的气体不易排除。
b、当坝袋坍落时,坝袋两端仍挂在边墙上,过流阻水,且坝袋易被飘浮物刺破。
c、在橡胶坝运行时,坝袋两端部位应力比较复杂,出现局部应力集中,长期使用,坝袋易损坏。为了改善以上不利情况,采用了堵头式橡胶坝。堵头式的橡胶坝,坝袋不和直墙锚固,只利用堵头与直墙的挤压,达到止水的目的。充水后,坝袋全断面形状柏同,不起褶皱,坝袋应力分布比较均匀。
双向挡水橡胶坝。在有些情况下,橡胶坝需要双向挡水。双向挡水橡胶坝在锚固线布置、水工结构布置等方面都与单向挡水坝有所不同。通过对各种型式的锚固线试验分析,选定一种锚固线布置,使坝袋工作时,褶皱最少。
双层组合式坝袋结构。这种橡胶坝是由两个坝袋囊叠加而成,下坝袋锚固在基础底板上,上坝袋锚固在下坝袋上。可同时充胀各层坝袋,也可以充胀其中一层或两层坝袋挡水。这种坝袋型式一般可用于较高的橡胶坝,与单袋式橡胶坝比较,具有节省坝袋材料,减少底板长度等优点;其缺点是锚固工作量大,控制系统相对复杂。这种坝型是当时为适应我国还不能生产高强度的胶布而研制的,现建成的几座双层橡胶坝要么被拆除,要么被单层坝袋所更换。
二、锚固构件的改进
锚固是橡胶坝工程的关键部分之一,对橡胶坝的锚固既要牢固,又要保证密封性,使坝袋不透水(气)。
锚固构件型式。橡胶坝锚固以螺栓锚固型式为主,在实践中,又发明了楔块式锚固。楔块锚固,是用钢筋混凝土或木块做材料,将坝袋锚固在底板上预制好的锚固槽中。楔块锚固具有节省钢材,防止螺栓生锈等优点。此外,还研制了胶囊充水锚固方式并应用于试验工程中。密封材料。坝袋在锚固时,为了保证坝袋不透水(气),以前用纯胶片作垫片,密封性不理想,现在采用具有高压缩量的海绵止水胶,密封性较好。
将坝袋用锚固构件固定于基础底板与闸墩或端墙上,要求牢固可靠地承受坝袋拉力,又要密封不透水。目前我国橡胶坝的锚固型式大都采用螺栓压板锚固。为节省钢材,避免螺栓锈蚀,近年来出现了用钢筋混凝土预制块、钢纤维混凝土预制块或木块做材料,将坝袋锚固于底板上预先浇注好的锚固槽中的所谓“楔块锚固”结构型式,这是一项创新。此外,还有胶囊充水式锚固。它具有安装简便,拆卸灵活,止水性能好等优点,适用于拆卸式活动橡胶坝。坝袋锚固后,为了保证坝袋不透水(气),过去常用纯胶片作密封垫片,因其压缩量有限,密封效果不够理想。现在多采用具有高压缩量的海绵止水胶作垫平片,密封效果较佳。
三、坝袋制造
以前使用的坝袋胶布强度低,单层帆布强度通常小于300 KN/m。现在,坝袋帆布强度有了较大的提高,据称单层帆布强度可达500 KN/m,这为兴建较高的橡胶坝创造了基本条件。
过去坝袋采用冷粘人工成型,在胶布的搭接缝处易出现问题。现在普遍采用热压合机械成型工艺,坝袋的质量有了进一步的提高,有的厂家还开发出了无搭接缝的坝袋。
彩色坝袋可美化环境,近年已兴建了不少彩色橡胶坝工程,深受人们喜爱。但由于将胶布表层黑色橡胶改为彩色,表层彩色橡胶耐老化性能还有待工程实践作出回答,另外,据称坝袋彩色色泽的保持也仅有为期几年的时间。故彩色坝袋表层橡胶的耐老化性和色泽的保持还有待进一步研究开发。
四、防老化措施
制成坝袋的高强纤维织物及合成氯丁橡胶等,都是高分子合成材料,易受太阳暴晒、臭氧、化学腐蚀等因素的影响而使其寿命缩短。我国于1966年制成并投入运用的第一批坝袋,在北方的北京右安门橡胶坝运用21年,而南方的广东省洪秀全水库橡胶坝则使用16年,为了延长坝袋的使用寿命,广东院会同化工部广州合成材料老化研究所和广州第六橡胶厂从治本和治标两个方面进行研究解决。治本方面是用防老化性能极好的氯璜化聚乙烯(6~ 1007c)代替防老化性能差的天然橡胶,用氧化铅(排水性能好)代替吸水性大的氧化镁做硫化体系所制成的混炼胶配在坝袋的外胶;现在制成的第二代坝袋,经室内测试推算,寿命都在20年以上。治标方面是采用老化所研制的防老化涂料涂复在新建或已使用的旧坝袋表面,经室内和现场原体测试结果表明,每涂复一次防老化材料,可以保护、即防止坝袋表面出现老化龟裂的时间为5~8年。深圳市东湖公园工、Ⅱ级橡胶坝,深圳市罗芳桥等橡胶坝工程都采用治本和治标相结合的措施,其使用寿命将会更长,效果会更好。
五、机压热粘合成型
为了改进人工操作冷粘合成型中搭缝质量不均等薄弱环节,沈阳第四橡胶厂、广州第六橡胶厂、烟台利迅达橡胶制品有限公司等生产厂家都采用了“热压粘合机”。其有效工作长度为12 m、15 m,搭接硫化工作面宽为30 cm,加热温度150cC,工作压力为120 k~c㎡,当压延和经大平板硫化机疏化出来的胶布,按坝袋设计周长裁剪成坝袋布,最后经“热压粘合机”成型:其搭接处不但质量均匀,而且搭接强度一般大于原布的强度,经过10多年运用检验,还没有发生机压热粘合搭接缝开脱事故。这是坝袋制造工艺又一新突破。
六、控振防磨防漂浮措施
如前面控振防磨中所述,比较有效控制橡胶坝的运用高度来适应过坝流量大小,从而控制了橡胶坝的振动,这是问题重要的一面。另一面是充水坝袋一般不易坍平,就是在下游锚固线以后的水量排不干而形成一个状似“烟斗”的小坝,就是这个小坝成了振动和起破坏作用酌新的根源,必须设法消灭它。根据室内模型反复观察和研究,广东利用坝内导水胶管的虹吸作用,从而消除了这个小坝,坝高消失了,水流与坝高没有矛盾了,振动也就消除了,因而磨损也得到控制或改善。
七、安全装置
根据各地多座工程违反操作规程出现超高超压运用破坝的责任事故说明,设计和充分利用橡胶坝的安全装置不容忽视。充气橡胶坝宜设计性能良好的安全阀、水封管或U型管等安全装置。而充水坝袋应设计安全可靠而又经济简便的安全溢流管、安全溢流孔。其超压排水能力应大于进坝的供水能力,以确保坝袋安全,而出口高程应与坝内实测的设计压力水头齐平。所有安全装置要经常保持其灵敏性能。严禁人为堵塞超压装置或有意超高超压运用。有条件的工程单位,可考虑采用微机监控,或实行自动控制,以确保橡胶坝的安全运用。

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