談橡膠壩壩袋抗磨損措施

姚 杰

(浙江省水利水電勘測設(shè)計院，浙江杭州 310002)

橡膠壩結(jié)構(gòu)簡單新穎，壩袋是石油副產(chǎn)品用現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的合成材料，原材料來源豐富，壩的跨度大，適用范圍廣，它還具有造價低、節(jié)省三材(鋼、木、水泥)、施工期短、抗震性能好、不阻水和止水效果好、操作靈活及維修費用低等優(yōu)點，廣泛被應(yīng)用在水利、發(fā)電、航運、城市景觀等方面.當(dāng)然，由于橡膠壩壩袋為較薄的膠布制品，其堅固性能較差，易受機械損傷，在運輸、安裝和運用中需要精心維護［1-2］.

隨著橡膠壩在水利工程中的廣泛應(yīng)用，特別是在山區(qū)性河流的主河道上的使用，需經(jīng)歷洪水期復(fù)雜的運行工況，壩袋受磨損破壞的情況時有發(fā)生.本文將分析橡膠壩壩袋在運行中產(chǎn)生的各種磨損情況，結(jié)合具體實例，研究如何通過設(shè)計、施工控制及運行管理來有效降低壩袋磨損的措施，達到延長壩袋壽命、提高工程效益的目的.

1 橡膠壩壩袋磨損分析

橡膠壩壩袋由于運行工況復(fù)雜，周圍環(huán)境多變，壩袋磨損的原因多種多樣，但壩袋易磨損的部位卻有其共性，最容易發(fā)生磨損的部位主要有以下幾處:壩袋下游面、壩袋兩端(緊貼墩墻處)及壩袋頂面.

以上部位容易發(fā)生磨損的原因分析如下:

(1)壩袋下游面

在山區(qū)性河道中，推移質(zhì)砂礫石含量較大，壩袋下游面在塌壩泄洪時，壩袋會產(chǎn)生脈動，塌落線部位壩袋與底板間的接觸磨損是由于泄洪時壩袋脈動拍打底板造成，由于水流流態(tài)復(fù)雜，經(jīng)常會有砂礫、碎石等卷入壩袋與底板之間造成磨損加劇，有些帶有鋒利棱角的塊石甚至直接磨破壩袋.同時，由于與橡膠壩接觸部分的底板分縫施工時候控制不嚴(yán)，造成縫面錯抬，形成凸起的棱角，或者不夠光滑，有脫皮、起砂等現(xiàn)象，對壩袋造成的磨損也很厲害.所以，壩袋下游面是最易磨損的部位.

(2)壩袋兩端(緊貼墩墻處)

橡膠壩由于其結(jié)構(gòu)特點，兩端是通過擠壓兩側(cè)墩墻進行止水，特別是堵頭式橡膠壩，兩端與墩墻的接觸面范圍大，壩袋在塌壩泄洪時會與兩側(cè)墩墻面不停摩擦，如果墩墻面不夠平整光滑，容易引起磨損.還有就是在半壩運行時此部位容易產(chǎn)生褶皺，會導(dǎo)致應(yīng)力集中，將壩袋撕裂.

(3)壩袋頂面

橡膠壩壩袋頂面磨損主要為壩頂過流時水流夾帶的砂礫石、雜物通過時的磨損.特別是修建于山區(qū)性主河道的橡膠壩，壩址上游沿河雜物拋撒嚴(yán)重，有時候甚至?xí)l(fā)現(xiàn)沙發(fā)、帶釘子的木頭等極易刮坡壩袋的雜物，這些雜物在泄洪時快速沖向下游，經(jīng)過壩袋表面時很容易將壩袋磨破.

2 抗磨損措施

2.1 橡膠壩設(shè)計實例

仙居永安溪橡膠壩(典型斷面見圖1)正常蓄水位40.0 m，50年一遇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計洪水位40.5 m，為沖水式橡膠壩，壩袋高度4.0 m，底板頂高程36.0 m，長度12 m，厚1.3 m，為C25混凝土底板.選用螺栓壓板錨固型式，錨固線采用雙錨固線布置.壩袋內(nèi)壓比選用1.4，經(jīng)壩袋設(shè)計計算，壩袋徑向計算強度T=72 kN/m，所以選用壩袋型號:JBD4.0-300-2，膠布強度J300150-2(600/300)，對應(yīng)壩袋安全系數(shù)k=8.333，滿足規(guī)范要求.為確保壩袋運行安全，每跨設(shè)有兩根超壓溢流管，管徑φ40～φ55 cm，管口高程 41.60 m.

橡膠壩共分為四跨，單跨凈寬87 m，跨間設(shè)隔墩，隔墩頂高程41.5 m，寬2.5 m，右岸設(shè)重力式岸墻，左岸設(shè)邊墩，邊墩頂高程42.0 m，寬2.3 m，設(shè)縫與泄洪閘分開.隔墩、邊墩、岸墻材料均為C25混凝土.橡膠壩總寬度359.6 m.消力池斜坡段水平投影長度3.2 m，坡度為1:4，總長 16.7 m.池深 0.5 m，底板厚度為0.5 m，出池河床高程為35.7 m.

橡膠壩沖排水控制室布置在泄洪沖砂閘右岸，面積為11.8 m×22.6 m(寬×長)，下層泵房底高程為34.4 m，上層為管理房，管理房地坪高程41.7 m，壩袋沖水時間為3 h，塌壩時間為2 h.

圖1 橡膠壩典型斷面圖

2.2 壩袋抗磨損設(shè)計

壩袋自身的強度和厚度直接影響其搞磨損能力，其中外膠的厚度和材質(zhì)是關(guān)鍵.本工程設(shè)計時已充分考慮其抗磨損要求，采用了先進的無搭接縫成型技術(shù)，并將外膠厚度適當(dāng)加厚，使壩袋具有較強的抗磨損能力.

2.3 中(邊)墩抗磨損措施

橡膠壩兩端與墩墻的接觸面范圍大，壩袋在塌壩泄洪時會與兩側(cè)墩墻面不停摩擦，如果墩墻面不夠平整光滑，容易引起磨損.本工程設(shè)計時為降低壩袋兩端與墩墻面的摩擦，在墩墻表面與壩袋接觸面范圍內(nèi)貼不銹鋼板.同時，對不銹鋼板的安裝提出先預(yù)埋龍骨后將已開孔鋼板塞焊的施工要求，最后需將各焊點打磨平整.

2.4 底板抗磨損措施

(1)本工程設(shè)計時，底板頂高出河床底20 cm，有利水流夾帶的泥沙等懸移質(zhì)快速流向下游，減少在壩袋及底板上的滯留時間，降低壩袋的磨損機率.

(2)底板下游塌落線部位是壩袋最易磨損的部位，該區(qū)域平整、光滑能大大降低壩袋與底板之間的磨損.為此，本工程設(shè)計時采用了摻聚丙烯纖維C40高強度混凝土，并要求采用水磨使其表面平整光滑，有效減少壩袋與底板間的接觸磨損［3］.同時為保證錨固槽接觸部位平整光滑，采用手持式磨光機，配置金剛石磨片對錨固槽內(nèi)錯臺、毛刺等部位進行磨光處理［4］.

(3)橡膠壩泄洪時，由于水流流態(tài)復(fù)雜，經(jīng)常會有砂礫、碎石等卷入壩袋與底板之間.為盡快將砂礫、碎石等排向下游，減免其滯留于底板上，本工程底板下游側(cè)采用1:4的斜坡直接與消力池底板相銜接.

(4)底板分縫施工時候加強質(zhì)量控制，嚴(yán)禁出現(xiàn)縫面錯抬、混凝土表面脫皮、起砂等現(xiàn)象，有效降低對壩袋造成的磨損.

2.5 運行管理措施

橡膠壩的運行管理方式直接關(guān)系到壩袋的使用壽命.為了減少壩袋的磨損，延長其使用壽命，運行管理中應(yīng)從多方面進行控制.

(1)上游河道漂浮物控制

為減少上游漂浮物泄洪時過壩時對壩袋的磨損，平時應(yīng)加強上游河道沿線垃圾傾倒管理，汛前應(yīng)沿河檢查并打撈帶鋒利尖角等易刮破壩袋的大件漂浮物，同時，有條件的宜在壩前一定位置設(shè)置攔污漂.

(2)壩頂溢流水深控制

橡膠壩平時運行時應(yīng)保持一定的溢流水深，一般20～30 cm為宜，如此可以避免陽光長時間直接照射壩袋加速其老化，降低耐久性和抗磨損性.若溢流水深過大(不宜超過50 cm)，會引起壩袋飄動或蠕動，從而導(dǎo)致兩端與墩墻面的產(chǎn)生磨擦，加速磨損.同時，壩袋塌壩宜各壩袋同起同落，使各壩袋頂溢流水深較均勻、流態(tài)較穩(wěn)定［5］.

(3)塌壩高度控制

壩袋一般應(yīng)按嚴(yán)格內(nèi)壓比滿充運行，嚴(yán)禁超高壓運行，避免半壩運行，因為壩袋未充滿時在過壩水流的脈動作用下，容易引起振動.故在運行過程中就注意觀測，避免出現(xiàn)溢流流量、壩高、下游水深的不利組合，盡量防止和減少振動.當(dāng)塌壩泄洪時，必須使壩袋塌平，防止形成“煙斗頭”的小壩阻水，引起水流流態(tài)復(fù)雜，造成磨損加?。?］.

(4)檢查清理工作

每次壩袋塌壩泄洪結(jié)束后，應(yīng)及時對壩袋及下游底板進行檢查清理.主要檢查壩袋的磨損、機械損傷情況，如有破損須及時修補.同時應(yīng)對壩袋表面和下游底板等處的殘留物，如樹枝、碎石、垃圾等進行清理.

3 結(jié)語

橡膠壩以其獨有的優(yōu)勢已被廣泛應(yīng)用于各種水利工程中，遇到的運行工況越來越復(fù)雜，研究如何提高其抗磨損性、增強耐久性、延長使用壽命具有非常積極意義.上述分析研究可知，通過優(yōu)化設(shè)計、精心施工、加強運行管理，可以有效的降低橡膠壩壩袋的磨損，達到延長壩袋壽命、提高工程效益的目的.

［1］高本虎.橡膠壩工程技術(shù)指南［M］.北京:中國水利水電出版社，2004.

［2］陸吾華，侯作啟.橡膠壩設(shè)計與管理［M］.北京:中國水利水電出版社，2005.

［3］徐富平，丁邦滿，呂建國，等.龍?zhí)端娬竟こ滔鹉z壩袋抗磨損設(shè)計與運行管理［J］.水利水電技術(shù)，2009(12):122-123.

［4］苗旭輝.橡膠壩施工中的幾點注意事項［J］.價值工程，2010(1):90.

［5］丁清偉.橡膠壩壩袋振動原因及處理［J］.貴州水力發(fā)電，2010(5):55-57.

［6］張永進，戴順光.河床式水電站中橡膠壩的設(shè)計應(yīng)用技術(shù)［J］.小水電，2011(3):42-46.