橡胶水坝应用简述

李文进

一、橡胶水坝的产品特点
   橡胶水坝出现于50年代末，由高强度的织物合成纤维受力骨与合成橡胶构成，锚固在基础底板上，形成密封袋形，充入水或气，形成水坝。与传统的土石、钢、木相比，橡胶水坝具有以下特点：
   1 造价低。橡胶坝的造价与同规模的常规闸相比，一般可以减少投资30～70％，造价较低，这是橡胶坝的突出优点。
   2 节省三材。橡胶坝袋是以合成纤维织物和橡胶制成的薄柔性结构，代替钢木及钢筋砖结构，由于不需要修建中间闸墩、工作桥和安装启闭机具等钢和钢筋砖水上结构，并简化水下结构，因此三材用量显著减少，一般可省钢材30～50％，水泥50％左右，木材60％以上。
   3 施工期短。橡胶坝袋是先在工厂投靠然后到现场安装，施工速度快，一般3～15天即可安装完毕，整个工程结构简单，三材用量少，工期一般为3～6个月，多数橡胶坝工程是当年施工当年受益。
   4 抗震性能好，橡胶坝的坝体为柔性薄壳结构，富有弹抗冲击弹性35％左右，伸长率达600％，具有以柔克刚的性能，故能抵抗强大地震波和特大洪水的波浪冲击。
   5 不阻水，止水效果好。坝袋锚固于底板和岸墙上，基本能达到不漏水。坝袋内水泄空后，紧贴在底板上，不缩小原有河床断面，无需建中间闸墩、启闭机架等结构，故不阻水。
   根据室内测试资料和工程实践，可初步判定橡胶坝的使用寿命为15～25年。
   二、橡胶坝的适用范围
橡胶坝适用于低水头、大跨度的闸坝工程。主要用于：灌溉、防洪和改善环境，如：
   1 用于水库溢洪道上的闸门或活动溢流堰，以增加库容及发电水头，工程效益十分显著。从水力学和运用条件分析，建在溢洪道或溢流堰上的橡胶坝，坝后紧接陡坡段，无下游回流顶托现象，袋体不易产生颤动。在洪水季节，大量推移质已在水库沉积，过流时不致磨损坝袋，即使有漂浮物流过坝体，因为有过坝水层保护堰顶急流，也不易发生磨损。
   2 用于河道上的低水头溢流坝或活动溢流堰、平层河道的特点是：水流比较平稳，河道断面较宽，宜建橡胶坝，它能充分发挥橡胶坝跨度大的优点。
   3 用于渠系上的进水闸、分水闸、节制闸等工程建在渠系的橡胶坝，由于水流比较平稳，袋体柔性、止水性能好，能保持水位和控制坝高来调节水位和流量。
   4 用于沿海岸作防浪堤或挡潮闸。由于橡胶制品有抗海水浸蚀和海生生物影响的性能，不会像钢、铁那样因生锈引起性能降低。
   5 用于船闸的上、下游闸门。实践表明：闸门适用于跨度较小的孔口，而坝袋则适用跨度较大的孔口。
   6 用于施工围堰或活动围堰。橡胶活动围堰有其特殊优越之处，如高度可升可降，并且可从堰顶溢流，解决在城市取土的困难，不需取土筑堰可保持河道清洁，节省劳力和缩短工期。
   7 用于城区园林工程。橡胶水坝造型优美，线条流畅。尤其是彩色橡胶水坝更为园林建设增添一幅优美的风景。
   三、橡胶坝的运行和维护
1、运行
自动控制运行的橡胶坝通常可根据上、下游水位进行自动控制与运行。半自动化橡胶坝不能自动充气，需要通过定期检查来检验橡胶坝的运行情况，采用可携带式鼓风机给坝体充气。
橡胶坝充气容易，不需专门技术，易于掌握。人工打开排气阀就可实现放气。通常，在半到一小时（甚至更短时间）内即可完成坝体的充、放气工作。
2、维修
橡胶坝几乎不需要维修。唯一的一个机械部件是球网系统，它被用于控制坝的放气，不怎么需要维修，因此，橡胶坝几乎是免维修结构。
粘土和废渣可能会粘附在坝体上，使坝外观难看。用清洁水洗刷表面，即可把坝体清洗干净。当河水受到诸如生铁废渣的严重污染时，可将橡胶坝放气，以将拦蓄的水与污染物同时排泄掉，坝上游面的清洗可由身穿防护服的人员进行。而坝体下游面的清洗可在对坝进行重新充气的同时实施。

   四、橡胶坝的耐久性和可靠性
由于氧和臭氧引起断链和(或)聚合物的交联，这将对合成橡胶起到破坏作用并改变其网状结构。随着天然橡胶的老化，断链的作用会导致橡胶软化并粘着。大多数其他合成橡胶由于交联作用而变脆、变硬，而且，受热、紫外线以及诸如铜、钻和锰这些金属均会加速橡胶的氧化，应力也会加速橡胶坝的氧化。通过在坝体表面用氯磺酰化聚乙烯合成橡胶(氯锡酸盐聚乙烯橡胶)做涂层，可增强抵抗阳光照射的能力。根据纤维试样大量的试验数据以及对坝的实际性能进行的监测已证实了橡胶材料的耐久性。在实验室的条件下进行的加速橡胶纤维老化的试验结果表明：橡胶纤维的设计使用年限至少有40年。
实践证明橡胶坝是可靠的。可靠的原因之一是充、放气装置的失灵率很低。这是由于装置的构造简单，坝易于养护；不需要定期喷漆与加润滑油，因为它们不依赖于像滑动门这样的构件。所进行的大多数的维修工作与漏气有关，并且修理起来很简单。通过厂家提供配备的修理工具及备料，即可处理大部分的漏气问题。对于重大的修理问题，很容易得到制造厂家的技术支持。
现代化的橡胶坝工程可通过安装闭路电视系统对橡胶坝安装地点进行监视，以保证安全运行。大功率、可遥控摄相机安装在方便有利的地方对橡胶坝群的监控更为有效。
   五、需注意的问题
1、坝的损坏
(1)人为破坏造成的损坏
橡胶坝容易受到尖利和有尖角物体的损坏，在容易遭受到由于无知或恶意破坏而造成的严重的重复损伤的地方不应安装橡胶坝。
通过筑起栅栏把靠近橡胶坝的地面隔护起来，可以减少上述情况的发生。或将橡胶坝设置在被封闭起来的区域内，进入该区域的通路只限于允许出入的工作人员。
(2)洪水过后的残骸造成的损坏
由于洪水过后遗留的各种残骸，诸如民用设施与建筑材料这类尖利的物体很可能对坝体的上游面造成损伤。微小处的漏气易于修复，然而，如果漏气面积很大，例如建筑物的碎石造成的漏气，修复起来比较困难。
(3)放气造成的损坏
放气期间，橡胶坝体可能会由于紧靠坝下游面的尖利物体所刺破。
(4)磨损造成的损伤
坝体的振动、坝与河床以及与两岸的摩擦，以及漂浮的各种垃圾都可能导致坝的摩损。
(5)火造成的损坏
火也许是对橡胶坝最为不利的潜在危害因素。火可引起大范围的坝体损坏，而修复大面积的坝体有时是不可能的。对于很重要的坝，可行的办法是提供备用橡胶坝，以便在出现严重损坏时，能迅速替换。
2、气体漏损
人们也许会对橡胶本身也可透气感到惊奇。而实际上，无论坝安装的有多么好，仍将渗漏掉一些气体。这是因为气体分子可通过橡胶膜而逸出。这种损失几乎是感觉不到的。因此，橡胶坝需反复充气以维持坝内的气压。
交联、刺伤、管道联结缺陷以及紧固系统不严也可能引起气体损失。
施工质量和其它因素的影响导致漏气。就平均情况而言，每个月应进行充气以保持其内压。
3、易风化
正如前面所述，合成橡胶易风化。现已使用像乙烯·丙烯·二烯这样的单分子(EPDM)橡胶以及氯磺酰化聚乙烯合成橡胶(氯锡酸盐丙烯橡胶)以提高橡胶坝的耐久性。
4、冷凝水的聚集
频繁地充气和放气引起坝内气压的变化，引发坝体内冷凝水的积聚，会导致放气时间延长。因此，需定期打开排放口以排放冷凝水。这种操作很简单，只需人工打开排水阀。
5、放气后坝体上的碎石堆积
在放气期间，淤泥有时是漂砾堆积在放气后的坝体上，再次充气前，必须将它们清除掉。这个问题可通过分阶段给坝充气加以克服。
6、放气失败
偶尔，由于排水管堵塞，将坝内气体完全放光可能是困难的。这种情况的发生是坝体内过量的冷凝水堵塞着空气排放系统所致。

   六、将创新技术成果应用于橡胶坝
机械、电子、信息、材料、生物、化学以及其他行业中的创新技术可用于改进橡胶坝的性能。这些创新技术可用于橡胶坝的设计、建造、运行与维修各个环节。例如：EPDM橡胶坝比那些用普通橡胶或合成橡胶制成的坝更耐久。EPDM橡胶能抵抗臭氧与紫外线光。
为进一步提高橡胶坝的耐久性，一制造商已发现把陶瓷碎屑作为涂层涂于坝体上是可行的，这种涂层材料很硬，能抵抗高压荷载，因而可增加坝的抗磨损性并保护坝免受尖利和有尖角物体的扎损。碎屑要磨得很细并通过一种专门的工艺涂敷在坝体上，以使正常的充、放气操作不会引起碎屑涂层的破损。

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