挑坎橡胶坝及气动盾形橡胶坝两种新型橡胶坝的比选.doc

挑坎橡胶坝及气动盾形橡胶坝两种新型橡胶坝的比选李新宽， 任红侠， 潘艳阳（金堆城钼业集团有限公司 ，渭南 714102）摘要：通过对挑坎橡胶坝和气动盾形橡胶坝的原理、共性及优点、景观效果、管理运行、投资、基础要求、坝长、运用年限等方面的分析，阐述了两者各自的优势和存在问题，得出了气动盾形橡胶坝在适用范围，使用寿命，管理运行成本等方面相对于挑坎橡胶坝表现出的优势。关键词：橡胶坝；挑坎；气动盾；耐久性；景观效果；管理运行；坝长Two new type fabric dam comparisons between Flip bucket fabric dam andPneumatic shield shape fiber damLi Xinkuan Ren Hongxia Pan Yanyang（JINDUICHENG MOLYBDENUM GROUP CO.,LTD.，Weinan 714102，china）Abstract：Comparisons between two fabric dams on theory, common points, advantages, landscape, management, investment, foundation requirement, dam length, service life, the author expressed the advantages and disadvantages of both dams. By the comparisons, the author concluded that the Pneumatic shield shape fiber dam shows advantage in suitability, service life, manage and operation cost. Key words: Fabric dam; Flip bucket; Pneumatic shield; durability; landscape view; management & operation; dam length橡胶坝产生于50年代末，坝袋材料是以高强度纤维织物做受力骨架，内外涂敷橡胶保护层而形成的胶布材料。胶布锚固于基础底板上，形成密封袋形，充入水或气，形成坝体。挑坎橡胶坝在普通坝袋生产工艺的基础上进行了改进，当坝袋充分鼓起时，下游中间高度形成一道背脊（挑坎），水流过坝后被挑起，形成挑流。而且由于背脊是工艺上坝袋塌落回折的地方，所以塌坝时很容易与坝底板砼完全平顺贴合。由于挑流作用，坝下不会形成真空，从而减少了坝袋的振动和磨损，增强了橡胶坝的景观效果。气动盾形橡胶坝是综合了传统钢闸门及橡胶坝优点的一种新型闸门。一般由挡水板（强化钢板）、埋件、坝袋（充胀气囊）、抑制带和自动控制系统组成。坝袋支撑在挡水板下游侧，整个系统通过坝袋的充气或排气控制挡水板起伏。在坝袋放空的情况下，挡水板完全倒卧于河底。 图一 气动盾形橡胶坝 图二 挑坎橡胶坝1 共性及优点1.1 造价低与同规模常规闸门相比，整体投资可减少3070。1.2 节省三材与传统闸门相比，通过采用橡胶坝袋和钢板挡水板等薄壁性结构，代替钢结构及钢筋砼结构，而且一般不需要中间闸墩、工作桥和安装启闭机具等结构，水下结构简单，因此三材用量显著减少。1.3 施工期短橡胶坝袋及挡水板等均为工厂制作、现场安装，工程结构简单，三材用量少，故而施工速度较快，工期一般为36个月。1.4 抗震性能好橡胶坝袋为柔性薄壳结构，富有弹抗冲击弹性35左右，伸长率达600，故能抵抗较强地震波的冲击。气动盾形橡胶坝分区安装，各单元分区之间相互独立，也有较强的抗震特性。1.5不阻水塌坝后紧贴在底板上，不缩小原有河床断面，无需建中间闸墩、启闭机架等结构，不影响河道来流下泄。2 单宽流量对比与瀑布效果气动盾形橡胶坝较易形成薄壁堰流(/H 0.67，为堰顶厚度，H为堰上水头)，堰顶的水舌形状不受堰顶厚度的影响，流量系数大于0.403，单宽泄量较大，水舌离开堰顶后，在重力作用下自然下落，由于挡水板显现出负角度的倾斜度，瀑布效果较好。挑坎橡胶坝近似于实用断面堰(0.67/H2.5，为堰顶厚度，H为堰上水头)堰顶对水流的顶托作用明显，流量系数在0.385以下，堰顶厚度对水舌形状的影响，堰上的水流形成一连续的降落状。虽然挑坎增强了水流的挑射效果，但是同样情况下，瀑布效果还是不如气动盾形橡胶坝。 图三 气动盾形橡胶坝 图四 挑坎橡胶坝3 安装、运行与管理对比3.1完成启闭时间在北方行洪河道上，绝大多数源短流急，洪水暴涨暴落，气动盾形橡胶坝启闭时间短，一般10-20min完成启闭，运用灵活，对行洪和截流有时间保证。挑坎橡胶坝充排气时间比气动盾形橡胶坝长得多，根据国内橡胶坝工程统计，其充坍坝时间在1h2h。对建在行洪河道或溢流坝上的橡胶坝，遇突发洪水若排水时间过长，可能造成漫滩或漫坝等严重后果。3.2 水位控制气动盾形橡胶坝的结构形式如同杠杆，充胀气囊提供挡板启闭的力矩，挡板抬升形成挡水高度，这期间可以通过改变气囊气压调节挡水高度，稳定而无危险。挑坎橡胶坝可以通过改变坝袋内填充介质的多少来调节坝高，不过此高度可调但不可控。因为橡胶坝只有在一定的高宽比和一定的内压比前提下，坝袋形态才是可控的。因此在坝高调整过程中坝面过水呈现不稳定性和波动性。3.3安装与维护检修气动盾形橡胶坝具有模块化的特质，每一块挡水板和对应的充胀气囊为一个单元，安装时模块化安装，统筹好各单元位置后就可以独立施工。使用过程中不用担心由于某一单元出现问题而对整体使用造成影响，一旦某一单元出现问题，由于各单元挡板之间的连接拉力，依然能够维持运行，可以选择合适的时间段进行针对性的维修。挑坎橡胶坝为一体结构，安装时必须考虑整体位置和左右岸余量的多种因素，而且坝袋自重较大，安装时施工强度较大。在使用过程中，当坝袋出现较为轻微的破损，还可以通过定时补气的方式维持运行，但挡水高度将不可控；一旦出现较为严重的破损，则无法挡水，必须塌坝维修，在丰水期或汛期将影响使用。3.4 适宜工况气动盾形橡胶坝钢制挡板的作用：标定挡水高度，保护充胀气囊，塌落时覆盖保护下部结构。充胀气囊只有一个作用就是为挡板起落提供力矩，并不与来流中的砂石，漂浮物，冰凌等直接接触，也就使气动盾形橡胶坝有了更长的使用寿命。挑坎橡胶坝坝袋坚固性差易受沙石磨损、漂浮物、冰凌刺伤，在运输、安装和运行管理等方面必须倍加小心。尤其在北方低温工况下，橡胶物理性能下降，对锐物的抵抗性能降低，对挑坎橡胶坝坝袋的使用安全就提出了严峻的考验。而气动盾形橡胶坝充胀气囊只起到支撑和力矩提供的作用，并不直接触及锐物，表现出了更好的适用性。4 投资对比一般地质条件下，以当前物价水平，坝高在2-3m的挑坎橡胶坝，每延米投资在5万元左右，坝袋购买及安装费用一般不超过总投资的15。气动盾形橡胶坝与挑坎橡胶坝土建部分类似，坝底板厚度相当，厂家报价略高于挑坎橡胶坝10%15%，总体投资与挑坎橡胶坝相当。5 基础要求对比气动盾形橡胶坝与挑坎橡胶坝对地基基础均有较强的适应性，橡胶坝对基础承载力的要求不高，一般能满足地质条件稳定和地基应力、抗滑稳定要求即可，当出现淤泥质土基时，一般采用换土垫层法进行基础处理即可。通常沿垂直水流向对底板进行分块，即设置若干道垂直水流向的永久缝钢筋混凝土底板垂直水流方向永久缝缝距不宜大于岩基20m或土基35m。6 坝长对比考虑橡胶坝袋制造工艺及能力、材料性能、运输难易程度及费用、安装重量、施工强度、检修方便、过流要求以及运行管理要求等多方面因素，橡胶坝袋单跨长度以在100m以内为宜。对存在漂浮物较多、冬季冰凌严重等问题的河段，单跨以在2030m为宜。我国已建橡胶坝工程中单跨最长的橡胶坝，陕西省石门水库下游反调节池壅水橡胶坝，坝高2.5m ，坝长132.5m。被收入1999年基尼斯世界记录，并获得大世界基尼斯最佳项目奖的山东省临沂市一橡胶坝，总长达到1135米，但单跨也只有70米。由此可知，挑坎橡胶坝的建造必然受到一定的坝长限制。气动盾形橡胶坝的整座闸门采用模块化单元式连接而成，每个单元都由挡水板和与挡水板一样长度的充胀气囊支撑组成，而且不需中间墩座，所以基本不受长度限制。7 结论挑坎橡胶坝虽然可以在坝袋材质上进行改进，比如无搭接缝橡胶坝袋、钢丝网橡胶坝袋等的引入，但是在河道比降较大，水位变动频繁，砂石含量及漂浮物较多，尤其容易出现低温和冰凌的北方河道其适用性仍不及气动盾形橡胶坝。由于气动盾形橡胶坝采用模块化单元式连接，在其建造长度和运行管理方面相对于挑坎橡胶坝表现出了明显的优势。后期运行、维护费用较为低廉，可靠性更高。基于对综合条件及性能的考量，气动盾形橡胶坝相比于挑坎橡胶坝有更大范围的应用前景，比如美国弗里安特大坝溢流口加高就是用了气动盾形橡胶坝。参考文献1 于峰气动盾形闸门系统J 中国水利，2008年22期2 吴持恭水力学M北京：高等教育出版社，19983宋桂玲葫芦岛市连山河防洪工程橡胶坝设计J 吉林水利，20054 熊思红 金水河橡胶坝运行管理与维护J 河南科技，2010.65 SL191-2008，水工混凝土结构设计规范S6SL_227-98，橡胶坝技术规范S7王增长建筑给水排水工程（第四版）M北京：中国建筑工业出版社，1998联系人：李新宽 联系电话讯地址：陕西华县金堆镇工程公