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橡胶坝损害原因与损坏解决方法

发布日期:2018-11-19 浏览数:250 次

       橡胶坝作为一个相对的新生事物,近年来逐渐被大众接受。它主要适用于低水头、大跨度的闸坝工程,如用于水库溢洪道上作为闸门或活动溢流堰,以增加水库库容及发电水头;用于河道上作为低水头、大跨度的滚水坝或溢流堰,可以不用常规闸的启闭机、工作桥等;用于渠系上作为进水闸、分水闸、节制闸,能够方便地蓄水和调节水位及流量;用于沿海岸作防浪堤或挡潮闸,由于不受海水浸蚀和海生生物的影响,比金属闸门效果好;用于跨度较大的孔口船闸的上、下游闸门;用于施工围堰或活动围堰,橡胶活动围堰高度可升可降,并且可从堰顶溢流,不需取土筑堰可保持河道清洁,节省劳力并缩短工期;用于城区园林工程,采用彩色坝袋,造型优美,线条流畅,可为城市建设增添一道优美的风景等。但是,橡胶坝在实际的运行过程中,也极易遭到损害。下面,就结合南阳白河橡胶坝的实际情况对橡胶坝的损害原因和防治措施进行分析。

 

1、白河橡胶坝水利工程概况
白河橡胶坝水利工程由4级坝构成。第1级橡胶坝位于南阳大桥下游160m,坝长为560m,总投资3 100万元,回水长为5km; 第2 级坝位于白河大桥上游110m,坝高为315m,坝长为650m,回水长为313km;第3级坝位于卧龙大桥下游130m,坝高为210 /215m,坝长为500m,回水长为318km;第4级坝位于卧龙大桥下游315km, 坝高为214m, 坝长为720m, 回水长为312km。白河橡胶坝工程自1993 年投入运行以来,在城市防洪、景观营造等方面发挥了巨大的经济效益和社会效益。但由于橡胶坝在设计时和运行管理中存在一些问题,有可能损害橡胶坝,因此必须进行分析并采取防治措施,加强橡胶坝的运行管理。
1、1 橡胶坝设计方面存在的问题

一是设计时对泥沙给橡胶坝运行管理带来的困难考虑不周。白河发生洪峰流量超过400m3 / s时,洪水挟沙量特别大,这样的洪水一般采取塌坝运行,但沙石在通过坝袋时,对坝袋产生一定程度的磨蚀,同时,沙石还易被洪水带入上游坝袋锚固槽,或过坝后因负压作用吸入坝袋底部,如果充坝前没有被清除,坝袋在振动或蠕动过程中与这些石块产生摩擦,一旦遇到特别尖锐物体,情况就特别危险。

二是设计没有考虑具体的工程措施,山洪暴发时河道中大量漂浮物如大树、船只等,通过时容易划破橡胶坝。三是安全检查极为不便。为节约建设资金,拦河坝仅在一端船闸处设工作桥,给检查观测带来极大不便,特别是行洪期间,无法对全坝进行检查。

1、2 运行管理方面存在的问题
一是该拦河坝上游流域面积广大,达10 910km2 ,尚未建全流域洪水预报信息系统。二是尚未掌握坝袋运行规律。多跨橡胶坝,其运行规律需要经过多年的实际调控才能掌握,该坝建成历史不长,对一些问题尚未弄清。三是安全监控方面存在不足。橡胶坝主要由合成材料制成,白河4 级橡胶坝为两布三胶,壁厚仅为7mm,未加钢丝网保护,极易被人为破坏,或被河道漂浮物刺伤。因此,需要对坝袋实行全天候、全方位地观察保护。

 

2、橡胶坝损坏的原因分析

橡胶坝是以高强力合成纤维为骨架,内外涂敷橡胶为保护层,制成坝袋,袋内注水或充气充胀后控制上游水位用以发挥灌溉、发电、航运、防洪、挡潮等效益。可是,橡胶坝在实际的运行过程中,损坏经常发生,具体原因表现在:

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,在容易遭受由于无知或恶意破坏而造成严重性重复损伤的地方不应安装橡胶坝。特别是有的地方没有通过筑起栅栏把靠近橡胶坝的地面隔护起来,或将橡胶坝设置在被封闭起来的区域内,致使进入该区域的通路允许非工作人员的出入。同时在施工过程中要严格控制工程质量。

2) 充水造成的破坏。

现在橡胶坝都是用自来水直接充坝,而自来水的压力一般都很大,容易造成坝袋压力过大而将坝袋充破。

3) 控制设备失灵造成的损坏。

橡胶坝在运行的过程中,由于机械故障、电气故障、管理不善等原因,可能导致坝袋充水控制设备失灵或溢流口堵塞而引起坝袋超高、超压造成坝袋损坏。

4) 溢流水深过大或水深不一致造成的破坏。

橡胶坝在坝顶溢流时水深是有一定限制的,水深过大会造成坝袋内压力过高而造成坝袋破坏,同时由于水流的脉动还可能造成坝袋的振动。另外,由于坝顶溢流水深不一致也容易造成坝袋的振动,坝袋振动会导致坝袋锚固件松动而造成坝袋损坏。

5) 冰冻破坏。

特别是在长江以北地区,冬季时间比较长,寒冷的冬天天气可以使河水结冰,当冰块解冻时,锋利的冰块极易对橡胶坝造成破坏。

6) 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等的尖利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。

7) 放气造成的损坏。

放气期间,由于橡胶坝内的压力骤然降低,坝体向下游坝底板滑动,如果坝底板上有没有被清理的树枝、石块等,加上上游来水的冲击力,可能会被紧靠坝下游面的尖利物体所刺破,造成坝体的损害。

8) 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磨损。

9) 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。

 

3、橡胶坝防治措施
根据多年的实际管理经验,对橡胶坝的防治措施主要有:
1) 为了防止水压过大造成坝袋破坏,可以在设计时增加一个进水井,将自来水先注入进水井,由进水井进入坝袋。进水井上设有溢流口,水流量大时可以溢流,同时可以缓解坝袋的充水压力。
2) 对于控制设备失灵问题,控制设施一定要经常检修,保证设备能正常运行,发现溢流口堵塞后一定要及时清理;同时管理人员在橡胶坝运行的过程中一定要坚守岗位,还要准备一套备用设备,在控制设备失灵的情况下能够保证橡胶坝正常运行。
3) 必须科学调度洪水,减少橡胶坝磨损机会。根据该橡胶坝工程特点,洪水初期小于150m3 / s时,应尽量采用两侧调节闸泄洪,因其底板低,泥沙易被冲刷至下游,可减少橡胶坝前的淤积,遇较大洪水流量超过150m3 / s时一定要塌坝泄洪,这样可以加大泄洪能力,也有利于冲砂排淤。直至泄量小于150m3 / s时,就可启用调节闸泄洪,腾出时间立即检查橡胶坝看其冲刷磨损情况,必要时可及早对沙石进行清理打捞,以确保橡胶坝继续行洪时的安全,每年汛后要对橡胶坝彻底检查1遍,并将坝底及锚固槽的沙石清除干净。
4) 坝袋运行组合应以同起同落为宜。通过10年来的实际运用观察,橡胶坝以8节坝袋为一组,两岸泵站同时工作、同时蓄坝或塌坝,可使坝顶溢流单宽流量减少,避免下游集中水流冲刷,保证河床稳定。同时可使坝高高度一致,通过观察第1坝高起落情况就可知道全坝,可避免因无工作桥观察全坝带来的不利影响。

5) 采取措施减轻风浪冰冻对坝袋的影响。风浪对坝袋产生的不利因素主要有3点:一是风浪造成坝袋剧烈振动、拍打现象,具有长时间往复破坏作用;二是风浪对坝体产生附加作用力,并可使坝袋内压力增大;三是风浪增加了对坝体的冲击力,会使坝的锚固力加大。目前消去波浪的破坏作用尚无根本的措施,但可在风浪到来之时降低坝高,减少对坝袋的影响。由于橡胶坝冬季需正常蓄水,而每年在12月份下旬河面会封冰,最大厚度可达10cm,持续时间较长,同时坝袋内也会结冰。为防止冰压对坝袋的影响,可采取如下措施:

一是结冰期间不允许调节坝高,上游来水可通过坝顶溢流或调节闸调节,尽量保持水位不变,避免冰面对坝袋的压力。同时坝顶溢流还可减薄坝前结冰的厚度。

二是在化冰期间注意观察,防止发生冰块对坝袋的磨擦、刺破事故。冬季橡胶坝的充胀高度应控制在设计坝高的80%以下,同时在上游还必须采取破冰措施,为保证橡胶坝的安全,在冰冻季节最好能塌坝越冬。

6) 实现水情预报、坝闸安全监控现代化,提高运行管理水平。为了提高枢纽工程管理水平,科学监控、预报、调度洪水,近期准备建设水情预报与闸坝安全监控自动化系统,并可实现与市防汛指挥部门水情预报系统联网,达到水情资源共享,实现科学调度及安全监控现代化。
7) 加强汛前汛后检查观测。对橡胶坝运行必须经常进行检查观测,并作好详细的记录,如果发生异常迹象,要分析其原因,及时采取措施。小埠东橡胶坝平时
观测由专人负责。每年汛前汛后要进行特别检查,汛前主要检查维修工作是否完成,是否仍存在隐患;汛后着重检查工程变化、损坏情况,以便尽早采取措施。
除上述以外,橡胶坝选址要适当,不能设置于弯道处,橡胶坝址上游平顺段最好达到坝长的3~5倍,这样可以保证过坝水流平稳、水深一致;在橡胶坝底板施工
时,要严格控制底板的高程和平整度,严格按规范进行施工,这样可以保证坝顶的设计溢流水深和防止溢流水深不一致的情况发生;橡胶坝在安装时要严格按照规范规定,先定坝床中线,使橡胶坝中线与之一致,以保持顺水流方向布置;橡胶坝运行前须将上游水下障碍物清除干净;橡胶坝运行过程中如果发生振动,必须迅速塌坝过流或降低坝高,防止坝袋破坏。