谈橡胶坝坝袋抗磨损措施

姚 杰

(浙江省水利水电勘测设计院，浙江杭州 310002)

橡胶坝结构简单新颖，坝袋是石油副产品用现代化工业生产的合成材料，原材料来源丰富，坝的跨度大，适用范围广，它还具有造价低、节省三材(钢、木、水泥)、施工期短、抗震性能好、不阻水和止水效果好、操作灵活及维修费用低等优点，广泛被应用在水利、发电、航运、城市景观等方面.当然，由于橡胶坝坝袋为较薄的胶布制品，其坚固性能较差，易受机械损伤，在运输、安装和运用中需要精心维护［1-2］.

随着橡胶坝在水利工程中的广泛应用，特别是在山区性河流的主河道上的使用，需经历洪水期复杂的运行工况，坝袋受磨损破坏的情况时有发生.本文将分析橡胶坝坝袋在运行中产生的各种磨损情况，结合具体实例，研究如何通过设计、施工控制及运行管理来有效降低坝袋磨损的措施，达到延长坝袋寿命、提高工程效益的目的.

1 橡胶坝坝袋磨损分析

橡胶坝坝袋由于运行工况复杂，周围环境多变，坝袋磨损的原因多种多样，但坝袋易磨损的部位却有其共性，最容易发生磨损的部位主要有以下几处:坝袋下游面、坝袋两端(紧贴墩墙处)及坝袋顶面.

以上部位容易发生磨损的原因分析如下:

(1)坝袋下游面

在山区性河道中，推移质砂砾石含量较大，坝袋下游面在塌坝泄洪时，坝袋会产生脉动，塌落线部位坝袋与底板间的接触磨损是由于泄洪时坝袋脉动拍打底板造成，由于水流流态复杂，经常会有砂砾、碎石等卷入坝袋与底板之间造成磨损加剧，有些带有锋利棱角的块石甚至直接磨破坝袋.同时，由于与橡胶坝接触部分的底板分缝施工时候控制不严，造成缝面错抬，形成凸起的棱角，或者不够光滑，有脱皮、起砂等现象，对坝袋造成的磨损也很厉害.所以，坝袋下游面是最易磨损的部位.

(2)坝袋两端(紧贴墩墙处)

橡胶坝由于其结构特点，两端是通过挤压两侧墩墙进行止水，特别是堵头式橡胶坝，两端与墩墙的接触面范围大，坝袋在塌坝泄洪时会与两侧墩墙面不停摩擦，如果墩墙面不够平整光滑，容易引起磨损.还有就是在半坝运行时此部位容易产生褶皱，会导致应力集中，将坝袋撕裂.

(3)坝袋顶面

橡胶坝坝袋顶面磨损主要为坝顶过流时水流夹带的砂砾石、杂物通过时的磨损.特别是修建于山区性主河道的橡胶坝，坝址上游沿河杂物抛撒严重，有时候甚至会发现沙发、带钉子的木头等极易刮坡坝袋的杂物，这些杂物在泄洪时快速冲向下游，经过坝袋表面时很容易将坝袋磨破.

2 抗磨损措施

2.1 橡胶坝设计实例

仙居永安溪橡胶坝(典型断面见图1)正常蓄水位40.0 m，50年一遇标准设计洪水位40.5 m，为冲水式橡胶坝，坝袋高度4.0 m，底板顶高程36.0 m，长度12 m，厚1.3 m，为C25混凝土底板.选用螺栓压板锚固型式，锚固线采用双锚固线布置.坝袋内压比选用1.4，经坝袋设计计算，坝袋径向计算强度T=72 kN/m，所以选用坝袋型号:JBD4.0-300-2，胶布强度J300150-2(600/300)，对应坝袋安全系数k=8.333，满足规范要求.为确保坝袋运行安全，每跨设有两根超压溢流管，管径φ40～φ55 cm，管口高程 41.60 m.

橡胶坝共分为四跨，单跨净宽87 m，跨间设隔墩，隔墩顶高程41.5 m，宽2.5 m，右岸设重力式岸墙，左岸设边墩，边墩顶高程42.0 m，宽2.3 m，设缝与泄洪闸分开.隔墩、边墩、岸墙材料均为C25混凝土.橡胶坝总宽度359.6 m.消力池斜坡段水平投影长度3.2 m，坡度为1:4，总长 16.7 m.池深 0.5 m，底板厚度为0.5 m，出池河床高程为35.7 m.

橡胶坝冲排水控制室布置在泄洪冲砂闸右岸，面积为11.8 m×22.6 m(宽×长)，下层泵房底高程为34.4 m，上层为管理房，管理房地坪高程41.7 m，坝袋冲水时间为3 h，塌坝时间为2 h.

图1 橡胶坝典型断面图

2.2 坝袋抗磨损设计

坝袋自身的强度和厚度直接影响其搞磨损能力，其中外胶的厚度和材质是关键.本工程设计时已充分考虑其抗磨损要求，采用了先进的无搭接缝成型技术，并将外胶厚度适当加厚，使坝袋具有较强的抗磨损能力.

2.3 中(边)墩抗磨损措施

橡胶坝两端与墩墙的接触面范围大，坝袋在塌坝泄洪时会与两侧墩墙面不停摩擦，如果墩墙面不够平整光滑，容易引起磨损.本工程设计时为降低坝袋两端与墩墙面的摩擦，在墩墙表面与坝袋接触面范围内贴不锈钢板.同时，对不锈钢板的安装提出先预埋龙骨后将已开孔钢板塞焊的施工要求，最后需将各焊点打磨平整.

2.4 底板抗磨损措施

(1)本工程设计时，底板顶高出河床底20 cm，有利水流夹带的泥沙等悬移质快速流向下游，减少在坝袋及底板上的滞留时间，降低坝袋的磨损机率.

(2)底板下游塌落线部位是坝袋最易磨损的部位，该区域平整、光滑能大大降低坝袋与底板之间的磨损.为此，本工程设计时采用了掺聚丙烯纤维C40高强度混凝土，并要求采用水磨使其表面平整光滑，有效减少坝袋与底板间的接触磨损［3］.同时为保证锚固槽接触部位平整光滑，采用手持式磨光机，配置金刚石磨片对锚固槽内错台、毛刺等部位进行磨光处理［4］.

(3)橡胶坝泄洪时，由于水流流态复杂，经常会有砂砾、碎石等卷入坝袋与底板之间.为尽快将砂砾、碎石等排向下游，减免其滞留于底板上，本工程底板下游侧采用1:4的斜坡直接与消力池底板相衔接.

(4)底板分缝施工时候加强质量控制，严禁出现缝面错抬、混凝土表面脱皮、起砂等现象，有效降低对坝袋造成的磨损.

2.5 运行管理措施

橡胶坝的运行管理方式直接关系到坝袋的使用寿命.为了减少坝袋的磨损，延长其使用寿命，运行管理中应从多方面进行控制.

(1)上游河道漂浮物控制

为减少上游漂浮物泄洪时过坝时对坝袋的磨损，平时应加强上游河道沿线垃圾倾倒管理，汛前应沿河检查并打捞带锋利尖角等易刮破坝袋的大件漂浮物，同时，有条件的宜在坝前一定位置设置拦污漂.

(2)坝顶溢流水深控制

橡胶坝平时运行时应保持一定的溢流水深，一般20～30 cm为宜，如此可以避免阳光长时间直接照射坝袋加速其老化，降低耐久性和抗磨损性.若溢流水深过大(不宜超过50 cm)，会引起坝袋飘动或蠕动，从而导致两端与墩墙面的产生磨擦，加速磨损.同时，坝袋塌坝宜各坝袋同起同落，使各坝袋顶溢流水深较均匀、流态较稳定［5］.

(3)塌坝高度控制

坝袋一般应按严格内压比满充运行，严禁超高压运行，避免半坝运行，因为坝袋未充满时在过坝水流的脉动作用下，容易引起振动.故在运行过程中就注意观测，避免出现溢流流量、坝高、下游水深的不利组合，尽量防止和减少振动.当塌坝泄洪时，必须使坝袋塌平，防止形成“烟斗头”的小坝阻水，引起水流流态复杂，造成磨损加剧［6］.

(4)检查清理工作

每次坝袋塌坝泄洪结束后，应及时对坝袋及下游底板进行检查清理.主要检查坝袋的磨损、机械损伤情况，如有破损须及时修补.同时应对坝袋表面和下游底板等处的残留物，如树枝、碎石、垃圾等进行清理.

3 结语

橡胶坝以其独有的优势已被广泛应用于各种水利工程中，遇到的运行工况越来越复杂，研究如何提高其抗磨损性、增强耐久性、延长使用寿命具有非常积极意义.上述分析研究可知，通过优化设计、精心施工、加强运行管理，可以有效的降低橡胶坝坝袋的磨损，达到延长坝袋寿命、提高工程效益的目的.

［1］高本虎.橡胶坝工程技术指南［M］.北京:中国水利水电出版社，2004.

［2］陆吾华，侯作启.橡胶坝设计与管理［M］.北京:中国水利水电出版社，2005.

［3］徐富平，丁邦满，吕建国，等.龙潭水电站工程橡胶坝袋抗磨损设计与运行管理［J］.水利水电技术，2009(12):122-123.

［4］苗旭辉.橡胶坝施工中的几点注意事项［J］.价值工程，2010(1):90.

［5］丁清伟.橡胶坝坝袋振动原因及处理［J］.贵州水力发电，2010(5):55-57.

［6］张永进，戴顺光.河床式水电站中橡胶坝的设计应用技术［J］.小水电，2011(3):42-46.