橡胶坝

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简介

橡胶坝国外称尼龙坝、织物坝、可充胀坝等,我国通常称橡胶坝。它是20世纪50年代随着高分子合成材料工业的发展而出现的一种新型水工建筑物。橡胶坝是用胶布按设计要求的尺寸,锚固于底板上成封闭状的坝袋,通过连接坝袋和充胀介质的管道及控制设备,用水(气)将其充胀形成的袋式挡水坝。需要挡水时用水(气)充胀,形成挡水坝;不需要挡水时,泄空坝袋内的水(气),便可恢复原有河(渠)的过水断面。坝高调节自如,溢流水深可控,起到闸门、滚水坝和挡水坝的作用,可用于防洪、灌溉、发电、供水、航运、挡潮、地下水回灌及城市园林美化等工程中。

橡胶坝

组成

橡胶坝一般由坝基土建工程、挡水坝体、控制与观测系统等组成。

(1)坝基土建工程,包括坝底板、边墩(墙)、上下游翼墙、上下游护坡、上游防渗铺盖或截渗墙、下游消力池、海漫等。其基本作用是将上游水流平稳而均匀地引入并流经橡胶坝,并保证过坝水流不产生淘刷。固定橡胶坝坝袋的基础底板要能抵抗通过锚固系统传递到底板的推力,使坝体保持稳定。

(2)挡水坝体,包括橡胶坝坝袋和锚固结构,用水(气)将坝袋充胀后即可起到挡水作用,并可调节水位和控制流量。

(3)控制与观测系统,包括充胀坝体的充排设备、安全观测装置等。充水式橡胶坝的充排设备有控制室、蓄水池、水泵、管路、阀门等,充气式橡胶坝的充排设备是用空气压缩机(鼓风机)代替水泵,不需要蓄水池。观测设备有压力表、水封管、U形管、水位计或水尺等。

坝袋型式

1.坝袋型式的选择

坝袋按充胀介质可分为充水式、充气式。工程实践中,应按运用要求、工作条件等综合分析确定。

2.坝袋胶布材料结构

坝袋胶布应达到强度高、耐老化、耐腐蚀、耐磨损、抗冲击、耐屈挠、耐寒等性能要求,能满足工程使用。

(1)坝袋胶布结构。坝袋胶布由帆布和橡胶加工硫化而成,帆布是橡胶坝坝袋胶布的骨架,橡胶是用来保护和连接各层帆布,并与帆布共同承载。把合成纤维按一定编织结构进行编织,织成坝袋用的帆布,然后在帆布上浸胶、贴胶、硫化、使帆布与橡胶黏合在一起,就可以做成单层或多层的坝袋用胶布。

(2)帆布材料。帆布是橡胶坝坝袋承载的主体,也起着维持坝袋胶布尺寸的作用,其强度的大小影响着橡胶坝的规模、安全和稳定等。国内橡胶坝坝袋用的帆布是由锦纶丝束按方平结构编织,橡胶容易渗入网眼起到“钉子”作用。锦纶又名尼龙,具有很好的强度和耐磨性。

(3)橡胶材料。橡胶起到保护和连接帆布的作用,其性能的优劣决定了坝袋使用寿命的长短。目前橡胶坝坝袋的制造主要采用氯丁橡胶,也有采用乙丙或彩色等橡胶的。

锚固型式

橡胶坝是将坝袋安装锚固在基础底板和边坡(墙)上,用充水(气)将坝袋充胀,构成可升高挡水和可降低泄流的工程。锚固结构是橡胶坝工程的关键组成部分,工程中应切实做好锚固结构选择、锚固线布置及锚固结构强度试验研究等工作。

锚固线布置

锚固线是指用锚固构件将坝袋锚紧时,锚固构件沿坝底板和两岸边坡(岸墙)的布置线。按坝袋与坝底板的连接方式不同,主要有两种固线型式。

(1)单锚固线。单锚固线是将坝袋胶布安装锚固在基础底板上,只有底板上游一条锚固线。其锚线短,锚固件少,安装简单,密封和防漏性能好。但坝袋周长较长,坝袋胶布用量相对较多。一般充气式橡胶坝或坝高较低的充水式橡胶坝可采用单锚固线进行坝袋锚固。

(2)双锚固线。双锚固线是用两条锚线将坝袋胶布分别锚固于四周。其锚线长,锚固件多,安装工作量大,相应处理密封的工作量也大,但坝袋四周被锚固,坝袋可动范围小,对坝袋防振防磨有利。由于在上下游锚固线间的贴地段可用纯胶片代替坝袋胶布防渗,从而可节省约1/3的坝袋胶布,可降低坝袋的投资,在工程中普遍采用。

锚固结构型式

橡胶坝的锚固是用锚固构件将坝袋胶布沿其周边安装固定在坝底板和岸墙(中墩)上,构成一个密封的袋体。工程中锚固结构型式多种多样,按锚固构件的材料来分类,可分为螺栓压板式锚固、楔块挤压式锚固和胶囊充水式锚固三种。

(1)螺栓压板式锚固。螺栓压板式锚固的锚固构件由螺栓、压板及垫板组成。螺栓压板式锚固的锚固力可控,安装止水效果好,国内自橡胶坝建设之初就采用该种构件锚固,是应用最广泛的一种坝袋锚固型式。

(2)楔块挤压式锚固。楔块挤压式锚固构件由前楔块、后楔块和压轴组成。锚固槽有靴形和梯形两种,施工时用压轴将坝袋胶布卷入槽中,用楔块挤紧。

(3)胶囊充水式锚固。首先建一个椭圆形的锚固槽,再制作一条与锚固槽形状相似的封闭胶囊,将坝袋胶布、胶囊和底垫片共同放在锚固槽内,胶囊充水后使坝袋胶布受到挤压,利用坝袋胶布与锚固槽之间产生的摩擦力来抵抗坝袋的拉力。

特点

橡胶坝的结构简单新颖,坝袋是以石油副产品用现代工业技术生产的合成材料,原材料来源丰富,坝的跨度大,适用范围广,还具有以下优点。

(1)结构简单、节省三材、造价低。橡胶坝的坝袋是用合成纤维织物和合成橡胶制成的薄壁柔性结构,代替钢和钢筋混凝土结构,不需要修建中间闸墩、工作桥、机架桥等钢或钢筋混凝土结构,结构简单。

(2)施工期短。橡胶坝工程总工期的长短主要取决于土建工程的复杂程度和难易程度。工期一般为3~6个月,可安排在一个非汛期内,施工完毕,随即投入运行。

(3)抗震和抗冲击性能好。橡胶坝结构简单,其坝体为柔性薄壳结构,富有弹性,可适应基础的不均匀沉陷,能较好地承受地震波和水流的剧烈冲击。如1976年河北唐山发生了7.9级大地震后,修建于1968年的唐山市陡河橡胶坝却安然无恙。

(4)不阻水、止水效果好。橡胶坝体内的水泄空后,坝袋紧贴在底板上,不缩小原有河床的过水断面。橡胶坝跨度大,一般无需建中间闸墩和机架桥等结构物,不阻碍水流。橡胶坝将坝袋周边密封锚固在底板和岸墙上,可以达到滴水不漏,止水效果好。

(5)管理方便,运行费用低。橡胶坝的挡水主体为充满水(气)的坝袋,通过向坝袋内充排水(气)来调节坝高的升降,控制系统仅由水泵(空压机)、阀门等设备组成,简单可靠,管理方便,还可以配置自行充坍的自控装置。坝袋材料平时几乎不需要维修,避免了像闸门那样定期涂刷防锈漆。

橡胶坝以其自身的诸多特点,在工程中得到了广泛的应用。比如改善城市水生态环境,利用溢洪道或溢流堰抬高水头,沿海挡潮和防浪工程,回灌地下水等。

缺点

橡胶坝作为一种新型的水工建筑物有其突出的优点,但也有自身的缺点。

(1)坝袋坚固性较差。

(2)坝袋容易老化,使用寿命比较短。

(3)坝高受到限制。目前,世界上最高的橡胶坝为2003年建成的荷兰拉姆斯波水气双充橡胶坝,坝高为8m。