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橡胶坝的现状 1 绪论 橡胶坝 又称橡胶水闸 是用高强度合成纤维织物做受力骨架 内外涂敷橡胶作保护层 加工成胶布 再将其锚固于底板上成封闭状的坝袋 通过充排管路用水 气 将其充胀形成的袋式挡水坝 坝顶可以溢流 并可根据需要调节坝高 控制上游水位 以发挥灌溉 发电 航运 防洪 挡潮等效益 2 橡胶坝的用途 橡胶坝主要适用于低水头 大跨度的闸坝工程 已被广泛应用于灌溉 发电 防洪 城市美化环境 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和流量 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 3 橡胶坝的材质 坝袋胶布由承受坝袋张力的补强帆布和保护帆布并确保气密性的橡胶层构成 橡胶层分布在坝袋的外层 中层 内层 发挥各层橡胶的功效 外层橡胶由于河流中漂浮物较多 外层橡胶采用具有耐磨损 耐日照 耐热 耐臭氧等性能的特种橡胶 中层橡胶直接保护帆布的橡胶层 对两层或多多层帆布起连接作用 给予橡胶和帆布之间较好的粘和性 内层橡胶除了保护帆布的功能外 还具有较高的水密性和气密性 4 5 橡胶坝的特点 优点造价低节省 三材 施工期短抗震性能好不阻水 止水效果好管理方便 运行费用低 缺点坝袋坚固性差坝袋易老化 使用寿命短坝高受限制 6 橡胶坝在国外的发展概况 橡胶坝是本世纪50年代末 随着高分子合成材料工业的发展而出现的一种新型的水工建筑物 1957年世界上首座橡胶坝诞生于美国洛杉矶河道上 坝高1 52m 长6 1m 胶布厚为3mm 胶布强度为90KN m 坝袋由火石轮胎橡胶公司生产 自世界上首座橡胶坝在工程实践中得到应用至今约半个世纪以来 许多国家都已兴建过橡胶坝 世界各国兴建橡胶坝的总数量现还无法确切统计 但仅日本一国 据称已达3000多座 跨 7 1957年最早的一座橡胶坝在美国洛杉矶河道坝1 52m 长6 1m 胶布厚为3mm 胶布强度为90KN m 8 9 橡胶坝在国外的发展概况 近10年来 美国 澳大利亚等国家对橡胶坝进行了进一步的试验研究 如美国弗吉尼亚综合研究院和州立大学对橡胶坝的自由振动 三维振动 非线性振动 坝顶溢流等方面进行了试验研究 并采用有限元方法对橡胶坝的坝袋形状进行分析 澳大利亚昆士兰大学土木工程系对橡胶坝的减振装置如在坝面上设挑流鳃以减轻坝袋振动等方面进行了试验和理论计算 10 橡胶坝在国外的发展概况 日本和我国同时开始兴建橡胶坝 但日本橡胶坝的发展速度远比我国要快 至今已超过3000座 跨 目前国际橡胶坝市场大都由日本公司所垄断 究其原因 除日本橡胶工业发达外 还是看准了橡胶坝的经济和技术效益 日本以住友 SUMIGATE 和桥石 BRIDGESTONE 两家橡胶工厂为代表生产橡胶坝 据两年前住友公司报道 仅其一家公司就已向美国出口了700多座 跨 橡胶坝 日本这两家生产橡胶坝袋的公司集坝袋制造 工程设计 锚固件制造 施工安装为一体 机械化程度高 工程质量有保证 日本公司的这些运作方式值得我们学习借鉴 11 在橡胶坝坝袋在制造方面 日本早已经开始生产无搭接缝的坝袋 无搭接缝坝袋其锚固时的气密性要远高于有搭接缝的坝袋 再加上采用了在充气坝体上设置挑流鳃 减轻了坝袋的振动 克服了在坝袋溢流抗振动方面不如充水式橡胶坝的不足 这些为日本大量建设充气式橡胶坝提供了保证 日本住友公司现生产了一种在坝袋内设双层钢丝网的新型坝袋 并已应用于实际橡胶坝工程中 12 图为韩国仁川 坝高3 5米 坝长50米 单层坝袋厚度18毫米 碧科得整体式充气橡胶坝袋 13 湖北厥水河 烈山湖 橡胶坝项目 坝高2 5米 坝长64米 3跨 总长200米 采用自动化控制管理 充气式橡胶坝袋 坝袋整体厚度20毫米 要求整体无拼接 该项目使用寿命30年 比传统有接缝橡胶坝袋使用寿命提高15年 14 在橡胶坝高度建设方面 日本住友公司几年前施工的充气坝坝高达6米 为世界上最高的充气坝 桥石公司为荷兰建造的Ramspol橡胶坝高达8米 这是迄今为止世界上最高的橡胶坝 Ramspol橡胶坝为水气双充 其高程比荷兰首都Amsterdam低4 65米 整个橡胶坝分3跨 每跨高度为8米 下底宽60米 上口宽80米 坝袋帆布层数达到6层 厚度16毫米 单跨重量33吨 坝袋使用年限25年 15 荷兰Ramspol橡胶坝为水气双充 坝高8 35米 该坝体下部为刚性连接支承 与普通橡胶坝在结构上有较大差异 且其单向挡水最大高度仅4 4米 16 我国橡胶坝历史发展概况 回顾自1965年以来 橡胶坝在我国推广的30多年来曲折历程 是在不断解决应用中一系列技术和质量问题后逐步发展的 我国橡胶坝的发展史 按年代大体可分为4阶段 1965 1970 研究试验阶段 1970 1979 总结改进阶段 1979 1992 稳步发展阶段 1992至今 快速发展阶段 17 我国于1965年下半年白手起家开始进行了橡胶坝研制建设工作 1966年在北京 河北 广东等地建成了第一批工程 1967年在北京召开了橡胶坝坝袋初步技术鉴定及经验交流会 1968年在水电部和化工部领导下 组织了有水电 化工 纺织系统的科研 设计 施工 管理及生产制造等单位参加的 橡胶坝会战小组 有计划地开展了科研工作 促进了橡胶坝的发展 到1968年底 全国已建成橡胶坝15座 河北省还建成了橡胶渡槽和橡胶片闸 航运部门还将橡胶坝及片闸应用在船闸工程中 1969年 中国 水利水电科学研究院橡胶坝会战组对我国橡胶坝的试建进行了初步总结 第一阶段 1965 1970研究试验阶段 18 在此阶段具代表性的橡胶坝是北京右安门橡胶坝 此坝可称为我国第一座橡胶坝 它建于1966年6月 位于北京南护城河上 是城市工业用水和分洪的节制闸 设计坝高为3 4m 坝顶长37m 坝底长24m 河道边坡1 2 锚固型式为螺栓锚固 充水水源有两种 一为河水 二为井水 采用水泵充排坝袋 原坝袋运用21年后 于1987年更换坝袋 同时将原来的单锚固改为双锚固 橡胶坝在运用中 坝高变化频繁 用于调节流量 19 1987年换坝袋至今 20 由于众所周知的文革原因 1968年以后因机构 人员变动 橡胶坝会战小组 中止联系 组织工作停顿 橡胶坝的发展一度趋向自流状态 针对我国橡胶坝发展中存在的问题 为了更好地学习国内外先进经验 水利部委托辽宁省水利局于1979年6月在辽宁省本溪市主持召开了全国橡胶坝坝袋定型及经验交流会 会议交流了我国自1965年以来 各地在橡胶坝的科研 设计 施工和管理 以及坝袋研制方面的丰富经验 并对坝高5米以下的充水式橡胶坝作了初步定型 会后 与1980年6月出版了 橡胶坝技术资料选编 总之 这次会议影响深远 可称之为我国橡胶坝事业上的一个里程碑 第二阶段 1970 1979总结改进阶段 21 此阶段主要为橡胶坝交流经验 总结推广 稳步发展 如于1984年3月在广州召开橡胶坝技术经验交流会 1985年在广州开办了橡胶坝技术培训班 并在培训班教材的基础上于1989年出版了 橡胶坝 一书 推动建立橡胶坝技术开发协作组 组织编制了部标准 橡胶坝技术指南 并由水利部于1989年颁布 1991年在天津市召开了全国橡胶坝技术经验交流会等 1992年中国水利学会农田水利专业委员会橡胶坝学组在河北省承德市成立 所有上述工作为后来我国广泛推广应用橡胶坝奠定了坚实的基础 第三阶段 1979 1992稳步发展阶段 22 我国橡胶坝发展至此 可以认为在橡胶坝的科研 设计 施工和运用管理以及坝袋制造和防护等方面的技术已较成熟 具备了广泛推广应用的条件 故橡胶坝这一新技术被国家科委批准列入1992年的 国家级科技成果重点推广计划 项目 橡胶坝学组成立后于1994年在北京市密云水库召开了全国橡胶坝技术研讨会 橡胶坝坝袋材料性能的检测参数于2000年纳入水利部灌排设备检测中心的检测业务范围 被国家质量技术监督局批准的水利部灌排设备检测中心的计量认证证书编号为 2000 量认 国 字 G1232 号 第四阶段 1992至今快速发展阶段 23 国内应用 自我国于1965年开始橡胶坝的研制工作 于1966年建成了几座橡胶坝 如北京右安门橡胶坝 广东洪秀全水库橡胶坝等 至今 已建成各种橡胶坝据估计有700余座 遍及我国绝大多数省市 并以每年50座左右的速度发展 在中国 除为数很少的几座充气式橡胶坝外 均为充水式橡胶坝 最大坝高为5米 引人注目的是山东省临沂市于1997年建成一高3 5米 16跨 每跨70米 总长1135米的橡胶坝 被收入1999年的基尼斯世界记录并获得大世界基尼斯最佳项目奖 24 临沂小埠东橡胶坝 高3 5米 16跨 每跨70米 总长1135米的橡胶坝 被收入1999年的基尼斯世界记录并获得大世界基尼斯最佳项目奖 25 国内橡胶坝目前最高6m 单跨最长176m 多跨最长1135m 建于1980年的西藏羊八井橡胶坝海拔4300多米 为我国海拔最高的橡胶坝 26 走向世界 随着橡胶坝技术的日趋成熟 其独特的优点被越来越多的人所认识 除在国内得到广泛的推广应用外 也开始走向世界 如1987年辽宁省水科所为泰国设计建造了6座橡胶坝 此后广东 吉林等省向泰国 尼泊尔设计建造了橡胶坝 1995年广东省水利勘设院为印度尼西亚设计建造一高3 1米 长90米的橡胶坝 这是我国橡胶坝首次进入印尼 中国水利水电科学研究院1995年为孟加拉国设计建造了2座橡胶坝 2001年中国水科院的专家再赴孟加拉设计施工了2座橡胶坝 1997年中国水科院为越南设计了3座橡胶坝工程 其中一座当年施工完毕 2000年末中国水科院的专家赴伊朗 为其设计了两座充气式橡胶坝工程 2001中国水科院的专家赴荷兰 通过多媒体演示宣传了中国的橡胶坝 与荷兰的水利部门商讨了采用活动型橡胶坝以保护当地居民的房屋免受洪水淹没事宜 现正进行方案设计 27 橡胶坝的结构组成 橡胶坝一般由基础 上建结构和贷坝和控制系统等部分组成 基础一般有 垫层法 强力夯实法 振动水冲法和桩基础上建结构包括 底板 岸墙 消力池 护坦 锚固槽 铺盖 海漫 护坡 埋设螺栓等 坝袋 由承受坝袋张力的骨架材料和确保气密性的橡胶层构成 1 骨架材料 橡胶坝对骨架材料的要求是承受冲漲压力 具有抗刺穿能力 可选择强力锦纶帆布或钢丝网 2 橡胶层 通常分为外层 中层 内层橡胶 3 外层橡胶 由于河流中漂浮物较多 外层橡胶应具有耐磨损 耐日照 耐热 耐臭氧等性能 4 中层橡胶 对两层或多骨架材料起连接作用 应具有较好的粘和性 5 内层橡胶 应具有较高的水密性和气密性橡胶坝的控制系统 由水泵 鼓风机或空压机 电气装置 管道和阀门等组成 28 橡胶坝的类型 橡胶坝的类型主要 1 按内部介质分别为充水式和充气式 2 按贷坝形式形状分为枕式和斜坡式 29 30 橡胶坝的种类 1 盾式橡胶坝 31 32 2 书籍式橡胶坝 33 书籍式橡胶坝的特点是 断面形状如同书本结构 坝体外观整体凭证光滑 在工厂一次成型 硫化 提高了坝袋横向张力 减轻坝袋的振动和溢水撞击 坝袋溢流景象美观 具有观赏效果 坝袋表面平整 书脊式橡胶坝塌坝时可完全塌平坝袋 采用自动充排系统 先进的自动化调节系统 通过液位传感器和压力传感器传出的信号 自动调节坝体高度和内部压力 完全实现自动化管理 利于后期管理 另一个特点是 当水流溢过冲胀状态的橡胶坝时 书脊结构能够减少50 的水流振动 在书脊处等距离开槽 过水状态形成小型瀑布景观 34 3 扰流坝 扰流橡胶坝有许多新的特点 使我们今天橡胶坝技术的市场领先之一 功能包括 有效阻止橡胶坝振荡和蠕动而引起下游摩擦保护层 35 橡胶气囊锚固夹紧系统空气疏散系统抗振动及防振扰流器抗磨损保护层 36 4 橡胶充气芯模 橡胶充气芯模是一种可膨胀 收缩的圆柱袋子 用来形成混凝土构件的空腔 在制造空心构件时 将它放入中间 并充入压缩空气 使胶囊即可膨胀 如混凝土构件凝固即可将气囊中气体排空 从空腔中抽出胶囊 它使用简便 经济耐用 未充气能柔软收缩 任意折叠 卷曲 充气膨胀后具有足够的强度来承受混凝土的压力 这是任何传统刚性模板所无可比拟的 适用于钢筋混凝土构件抽孔 包括桩 屋架 屋面板柱 梁 建筑工程 水利工程 船坞 船台 码头 施工实践证明 胶囊抽孔工艺设备简单 不仅节约材料 并且有形状多变等特点 可成圆形 椭圆形 矩形 拱形 八边形 梯形等管道 也可以成直孔 变截面孔等 可使建筑结构变轻型 薄壁空心 改变混凝土性能一直沿用刚性模板的状况 37 性能特点 1 设计科学合理应用橡胶充气芯模 预制或现场浇筑出来的成品构件 都能满足设计要求 且操作简单 省工 省时 省材 2 有良好的耐老化性能 使用寿命长 本产品用合成橡胶 天然橡胶与加强层硫化后制成 既有很好的抗胀强度 又有弹性和柔