橡膠水壩出現(xiàn)于50年代末,由高強度的織物合成纖維受力骨與合成橡膠構(gòu)成,錨固在基礎(chǔ)底板上,形成密封袋形,充入水或氣,形成水壩。與傳統(tǒng)的土石、鋼、木相比,橡膠水壩具有以下特點:
1 造價低。橡膠壩的造價與同規(guī)模的常規(guī)閘相比,一般可以減少投資30~70%,造價較低,這是橡膠壩的突出優(yōu)點。
2 節(jié)省三材。橡膠壩袋是以合成纖維織物和橡膠制成的薄柔性結(jié)構(gòu),代替鋼木及鋼筋磚結(jié)構(gòu),由于不需要修建中間閘墩、工作橋和安裝啟閉機具等鋼和鋼筋磚水上結(jié)構(gòu),并簡化水下結(jié)構(gòu),因此三材用量顯著減少,一般可省鋼材30~50%,水泥50%左右,木材60%以上。
3 施工期短。橡膠壩袋是先在工廠投靠然后到現(xiàn)場安裝,施工速度快,一般3~15天即可安裝完畢,整個工程結(jié)構(gòu)簡單,三材用量少,工期一般為3~6個月,多數(shù)橡膠壩工程是當年施工當年受益。
4 抗震性能好,橡膠壩的壩體為柔性薄殼結(jié)構(gòu),富有彈抗沖擊彈性35%左右,伸長率達600%,具有以柔克剛的性能,故能抵抗強大地震波和特大洪水的波浪沖擊。
5 不阻水,止水效果好。壩袋錨固于底板和岸墻上,基本能達到不漏水。壩袋內(nèi)水泄空后,緊貼在底板上,不縮小原有河床斷面,無需建中間閘墩、啟閉機架等結(jié)構(gòu),故不阻水。
根據(jù)室內(nèi)測試資料和工程實踐,可初步判定橡膠壩的使用壽命為15~25年。
二、橡膠壩的適用范圍
橡膠壩適用于低水頭、大跨度的閘壩工程。主要用于:灌溉、防洪和改善環(huán)境,如:
1 用于水庫溢洪道上的閘門或活動溢流堰,以增加庫容及發(fā)電水頭,工程效益十分顯著。從水力學(xué)和運用條件分析,建在溢洪道或溢流堰上的橡膠壩,壩后緊接陡坡段,無下游回流頂托現(xiàn)象,袋體不易產(chǎn)生顫動。在洪水季節(jié),大量推移質(zhì)已在水庫沉積,過流時不致磨損壩袋,即使有漂浮物流過壩體,因為有過壩水層保護堰頂急流,也不易發(fā)生磨損。
2 用于河道上的低水頭溢流壩或活動溢流堰、平層河道的特點是:水流比較平穩(wěn),河道斷面較寬,宜建橡膠壩,它能充分發(fā)揮橡膠壩跨度大的優(yōu)點。
3 用于渠系上的進水閘、分水閘、節(jié)制閘等工程建在渠系的橡膠壩,由于水流比較平穩(wěn),袋體柔性、止水性能好,能保持水位和控制壩高來調(diào)節(jié)水位和流量。
4 用于沿海岸作防浪堤或擋潮閘。由于橡膠制品有抗海水浸蝕和海生生物影響的性能,不會像鋼、鐵那樣因生銹引起性能降低。
5 用于船閘的上、下游閘門。實踐表明:閘門適用于跨度較小的孔口,而壩袋則適用跨度較大的孔口。
6 用于施工圍堰或活動圍堰。橡膠活動圍堰有其特殊優(yōu)越之處,如高度可升可降,并且可從堰頂溢流,解決在城市取土的困難,不需取土筑堰可保持河道清潔,節(jié)省勞力和縮短工期。
7 用于城區(qū)園林工程。橡膠水壩造型優(yōu)美,線條流暢。尤其是彩色橡膠水壩更為園林建設(shè)增添一幅優(yōu)美的風(fēng)景。
三、橡膠壩的運行和維護
1、運行
自動控制運行的橡膠壩通常可根據(jù)上、下游水位進行自動控制與運行。半自動化橡膠壩不能自動充氣,需要通過定期檢查來檢驗橡膠壩的運行情況,采用可攜帶式鼓風(fēng)機給壩體充氣。
橡膠壩充氣容易,不需專門技術(shù),易于掌握。人工打開排氣閥就可實現(xiàn)放氣。通常,在半到一小時(甚至更短時間)內(nèi)即可完成壩體的充、放氣工作。
2、維修
橡膠壩幾乎不需要維修。唯一的一個機械部件是球網(wǎng)系統(tǒng),它被用于控制壩的放氣,不怎么需要維修,因此,橡膠壩幾乎是免維修結(jié)構(gòu)。
粘土和廢渣可能會粘附在壩體上,使壩外觀難看。用清潔水洗刷表面,即可把壩體清洗干凈。當河水受到諸如生鐵廢渣的嚴重污染時,可將橡膠壩放氣,以將攔蓄的水與污染物同時排泄掉,壩上游面的清洗可由身穿防護服的人員進行。而壩體下游面的清洗可在對壩進行重新充氣的同時實施。
四、橡膠壩的耐久性和可靠性
由于氧和臭氧引起斷鏈和(或)聚合物的交聯(lián),這將對合成橡膠起到破壞作用并改變其網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。隨著天然橡膠的老化,斷鏈的作用會導(dǎo)致橡膠軟化并粘著。大多數(shù)其他合成橡膠由于交聯(lián)作用而變脆、變硬,而且,受熱、紫外線以及諸如銅、鉆和錳這些金屬均會加速橡膠的氧化,應(yīng)力也會加速橡膠壩的氧化。通過在壩體表面用氯磺;垡蚁┖铣上鹉z(氯錫酸鹽聚乙烯橡膠)做涂層,可增強抵抗陽光照射的能力。根據(jù)纖維試樣大量的試驗數(shù)據(jù)以及對壩的實際性能進行的監(jiān)測已證實了橡膠材料的耐久性。在實驗室的條件下進行的加速橡膠纖維老化的試驗結(jié)果表明:橡膠纖維的設(shè)計使用年限至少有40年。
實踐證明橡膠壩是可靠的?煽康脑蛑皇浅、放氣裝置的失靈率很低。這是由于裝置的構(gòu)造簡單,壩易于養(yǎng)護;不需要定期噴漆與加潤滑油,因為它們不依賴于像滑動門這樣的構(gòu)件。所進行的大多數(shù)的維修工作與漏氣有關(guān),并且修理起來很簡單。通過廠家提供配備的修理工具及備料,即可處理大部分的漏氣問題。對于重大的修理問題,很容易得到制造廠家的技術(shù)支持。
現(xiàn)代化的橡膠壩工程可通過安裝閉路電視系統(tǒng)對橡膠壩安裝地點進行監(jiān)視,以保證安全運行。大功率、可遙控攝相機安裝在方便有利的地方對橡膠壩群的監(jiān)控更為有效。
五、需注意的問題
1、壩的損壞
(1)人為破壞造成的損壞
橡膠壩容易受到尖利和有尖角物體的損壞,在容易遭受到由于無知或惡意破壞而造成的嚴重的重復(fù)損傷的地方不應(yīng)安裝橡膠壩。
通過筑起柵欄把靠近橡膠壩的地面隔護起來,可以減少上述情況的發(fā)生;?qū)⑾鹉z壩設(shè)置在被封閉起來的區(qū)域內(nèi),進入該區(qū)域的通路只限于允許出入的工作人員。
(2)洪水過后的殘骸造成的損壞
由于洪水過后遺留的各種殘骸,諸如民用設(shè)施與建筑材料這類尖利的物體很可能對壩體的上游面造成損傷。微小處的漏氣易于修復(fù),然而,如果漏氣面積很大,例如建筑物的碎石造成的漏氣,修復(fù)起來比較困難。
(3)放氣造成的損壞
放氣期間,橡膠壩體可能會由于緊靠壩下游面的尖利物體所刺破。
(4)磨損造成的損傷
壩體的振動、壩與河床以及與兩岸的摩擦,以及漂浮的各種垃圾都可能導(dǎo)致壩的摩損。
(5)火造成的損壞
火也許是對橡膠壩最為不利的潛在危害因素;鹂梢鸫蠓秶膲误w損壞,而修復(fù)大面積的壩體有時是不可能的。對于很重要的壩,可行的辦法是提供備用橡膠壩,以便在出現(xiàn)嚴重損壞時,能迅速替換。
2、氣體漏損
人們也許會對橡膠本身也可透氣感到驚奇。而實際上,無論壩安裝的有多么好,仍將滲漏掉一些氣體。這是因為氣體分子可通過橡膠膜而逸出。這種損失幾乎是感覺不到的。因此,橡膠壩需反復(fù)充氣以維持壩內(nèi)的氣壓。
交聯(lián)、刺傷、管道聯(lián)結(jié)缺陷以及緊固系統(tǒng)不嚴也可能引起氣體損失。
施工質(zhì)量和其它因素的影響導(dǎo)致漏氣。就平均情況而言,每個月應(yīng)進行充氣以保持其內(nèi)壓。
3、易風(fēng)化
正如前面所述,合成橡膠易風(fēng)化。現(xiàn)已使用像乙烯·丙烯·二烯這樣的單分子(EPDM)橡膠以及氯磺;垡蚁┖铣上鹉z(氯錫酸鹽丙烯橡膠)以提高橡膠壩的耐久性。
4、冷凝水的聚集
頻繁地充氣和放氣引起壩內(nèi)氣壓的變化,引發(fā)壩體內(nèi)冷凝水的積聚,會導(dǎo)致放氣時間延長。因此,需定期打開排放口以排放冷凝水。這種操作很簡單,只需人工打開排水閥。
5、放氣后壩體上的碎石堆積
在放氣期間,淤泥有時是漂礫堆積在放氣后的壩體上,再次充氣前,必須將它們清除掉。這個問題可通過分階段給壩充氣加以克服。
6、放氣失敗
偶爾,由于排水管堵塞,將壩內(nèi)氣體完全放光可能是困難的。這種情況的發(fā)生是壩體內(nèi)過量的冷凝水堵塞著空氣排放系統(tǒng)所致。
六、將創(chuàng)新技術(shù)成果應(yīng)用于橡膠壩
機械、電子、信息、材料、生物、化學(xué)以及其他行業(yè)中的創(chuàng)新技術(shù)可用于改進橡膠壩的性能。這些創(chuàng)新技術(shù)可用于橡膠壩的設(shè)計、建造、運行與維修各個環(huán)節(jié)。例如:EPDM橡膠壩比那些用普通橡膠或合成橡膠制成的壩更耐久。EPDM橡膠能抵抗臭氧與紫外線光。
為進一步提高橡膠壩的耐久性,一制造商已發(fā)現(xiàn)把陶瓷碎屑作為涂層涂于壩體上是可行的,這種涂層材料很硬,能抵抗高壓荷載,因而可增加壩的抗磨損性并保護壩免受尖利和有尖角物體的扎損。碎屑要磨得很細并通過一種專門的工藝涂敷在壩體上,以使正常的充、放氣操作不會引起碎屑涂層的破損。
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