橡胶坝在围堰挡水中的应用.pdf

本发明公开了一种橡胶坝的新用途，尤其是涉及橡胶坝在围堰挡水中的应用。在上游横向过水土石围堰的顶部修建一个橡胶坝，挡水时向坝袋内充水，使橡胶坝升到设计高度挡水，维持较高的上游水位进行通航和发电，来洪水时，将坝袋内的水排空，橡胶坝坍坝过水。橡胶坝设计内外压力比为1.2，设计坝高4.85m，有效高度4.70m，坝袋有效长度为18.608m。橡胶坝在水利工程围堰挡水中运用有以下特点：比常规闸坝更低的造价、施工工期短、坝体为柔性软壳结构，能抵抗地震，波浪冲击，止水效果好，跨度大，汛期不阻水等特点。

1、  橡胶坝在围堰挡水中的应用。

橡胶坝在围堰挡水中的应用
一、技术领域
本发明涉及水利工程建筑物橡胶坝的新用途，具体地说明是涉及橡胶坝在水利工程围堰挡水中的应用。
二、背景技术
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。
橡胶坝属薄壁柔性结构，是随着高分子合成材料的发展而出现的一种新型水工建筑物。1957年世界上首座橡胶坝诞生于美国洛杉矶，坝高1.52m，长6.1m，坝袋胶布厚为3mm，强度为90kN/m。此后世界各国相继开始兴建橡胶坝。我国于1965年下半年开始进行橡胶坝的研制建设工作，于1966年6月建成我国第一座橡胶坝——北京右安门橡胶坝，坝高3.4m，坝顶长37.6m，该橡胶坝曾两次更换坝袋，至今运行正常。
橡胶坝自20世纪90年代以来在我国发展迅速。从1966年到1993年近三十年中全国仅建成橡胶坝366座，而据不完全统计，截至2006年10月，我国的橡胶坝已建成约2000座，近年来更是以每年新建300座左右的速度发展。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。橡胶坝在我国分布广泛，西到新疆维吾尔自治区石河子市(44°17′N，86°02′E)，东到黑龙江省鸡西市梨树区(45°05′N，130°41′E)，北到黑龙江省大兴安岭林区加格达奇(50°24′N，124°07′E)，南到海南省五指山市(18°46′N，109°30′E)，遍布我国大陆所有的省、自治区和直辖市。此外，香港特别行政区截止1999年已建成橡胶坝20座，台湾省也建有橡胶坝钢闸门。
橡胶坝主要适用于低水头、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。
三、发明内容
1.发明目的：
本发明实涉及橡胶坝的新用途，具体地说是涉及橡胶坝在围堰挡水中的应用。
2.技术方案：
橡胶坝主要由土建部分、坝袋及锚固件，充排水(气)设施及控制系统等部分组成。在上游横向过水土石围堰的顶部修建一个橡胶坝，挡水时向坝袋内充水，使橡胶坝升到设计高度挡水，维持较高的上游水位进行通航和发电，来洪水时，将坝袋内的水排空，橡胶坝坍坝过水。橡胶坝设计内外压力比为1.2，坝高4.85m，有效高度为4.70m，坝袋有效长度为18.608m。
橡胶坝控制运行的原则是升坝蓄水，满足通航和发电需要，在汛期河道发生洪水时要坍坝泄洪，避免库区洪水灾害，并保障橡胶坝安全度汛。
3.有益效果
橡胶坝在水利工程围堰挡水中运用有以下特点：
一是造价低。与常规闸坝相比，可减少投资30％～70％，可节省钢材30％～50％，水泥50％左右，木材60％以上。
二是施工期短。钢筋混凝土底板和泵房的施工可在两个月内完成，坝袋只需3天～15天即可安装完毕，多数橡胶坝工程当年施工当年受益。
三是坝体为柔性软壳结构，能抵抗地震、波浪等冲击，且止水效果好，跨度大，汛期不阻水，可用于城区园林美化。
四是维修少，管理方便。橡胶坝袋的使用寿命一般为15～25年。
五是汛期大洪水过后，河道来水量减少到适合通航和发电的流量时，橡胶坝在半天以内可完成升坝蓄水，维持较高的上游水位进行通航和发电(如果没有橡胶坝，大洪水过后，子堰已被冲走，上游蓄水位最高只到过水土石围堰的堰顶)，获取较大的经济效益。
四、具体实施例
桥巩水电站二期导流方案为：二期上游横向围堰为过水土石围堰，堰顶高程为73.5m，在过水围堰顶部设置一个橡胶坝。为保证枯水期二期导流期间基坑内施工人员的安全万无一失，在橡胶坝下游的围堰1∶8的背坡上设置一个土石子堰，子堰顶高程为78.50m。
橡胶坝共分两跨，坝高4.85m(有效高度4.70m)，设计内外压比1.2。橡胶坝底板顶高程为73.5，橡胶坝充到设计压力后坝顶高程为78.2m。坝袋有效周长(不包括锚固长度)为18.608m。坝袋型号采用JBD-5.0-300-3，坝袋胶布采用J300300-3。坝袋颜色为黑色。
橡胶坝控制运行原则，枯水期及汛期一般流量时，橡胶坝升坝蓄水，维持较高的上游水位进行通航和发电，获取较大的经济效益，汛期大洪水时，橡胶坝坍坝增大河道行洪断面行洪，避免库区洪水灾害，消除施工期淹没赔偿问题，并保障橡胶坝安全度汛。
橡胶坝运行状态：
橡胶坝于2008年2月底建成，至2008年10月底拆除，共需运行8个月。下面对各个时段内橡胶坝运行状态进行说明：
2008年3月1日-2008年5月15日(枯水期)：2月底，橡胶坝建成并完成调试。之后橡胶坝坍坝，利用橡胶坝后的子堰挡水，利用已建成的泄水闸控制上游水位为77.5m，进行通航和发电，这段时间内橡胶坝不运行。
2008年5月16日-2008年10月31日(汛期)：2008年5月下旬，在二期基抗内共作完成并撤退人员和设备后，橡胶坝充水升坝，拆除橡胶坝后面的子堰。之后利用橡胶坝挡水，利用已建成的泄水闸控制上游水位为78.0，进行通航和发电。当上游河道来水量小于6000m/s时，橡胶坝不需要坍坝，橡胶坝坝顶不参加过流；当上游河道来水量大于6000m/s时，橡胶坝坍坝(提前)至过水围堰顶73.5m，堰顶过流。
橡胶坝建成后应进行试运行，试运行应在橡胶坝生产厂家的指导、配合下进行。充坝前，应制定充坝试水方案。充坝时，不得一次将坝袋充至设定高度，而应按照每次宜充胀的坝袋高度，分多次充坝试水。每次充坝后，应停留一段时间，观察坝袋有无异常情况发生。橡胶坝上游未挡水时，坝袋不宜充胀至设计坝高。橡胶坝充水时，应打开排气孔，待坝袋充到设定坝高时，再将排气孔关闭。
橡胶坝的升坝与坍坝
1、橡胶坝升坝
1.1橡胶坝升坝指令
(1)2008年5月下旬：二期基抗导流时段结束，橡胶坝开始运行，发出升坝指令；
(2)2008年5月下旬-2008年10月31日：汛期洪水过后(洪水来前坍坝，当上游河道来水量减少到5060m/s时(双峰或多峰型红洪水，两洪峰之间流量小于5060m/s的情况除外)，可发出升坝指令，开始充水升坝。
1.2橡胶坝升坝操作
充水升坝前，打开水泵房内水泵进水管和通向坝袋的阀门(打开碟阀D1、D2、D3、D5、D7及D8，关闭碟阀D4及D6)，然后打开水泵电机，进行充水升坝。当超压溢流管向外溢水时，关闭电机及各充水阀门。
在充水升坝时，不得一次将坝袋充至设计高度，宜按坝高分级进行充胀，逐级逐步达到设计坝高，每次停留时间不得少于0.5h。分级至少应分两级(0.8h、h，h为设计坝高)。充水过程中要有专人现场观察，以便发现异常现象时采取必要的措施。
在充水升坝时，宜先将排气孔打开，待坝袋充胀到设定高度时，再将排气孔关闭。汛期洪水过后充坝时，由于充坝时围堰还在过水，因此不能在充坝前去打开中墩处的排气阀，此时可先打开位于两端的排气孔，等橡胶坝充到一定高度后(0.6-0.8倍设计坝高)再去打开中墩处的排气孔，待排完气后再将排气孔关闭。
橡胶坝充胀高度不得超过设计高度，坝袋内压力不得大于设计压力。
2、橡胶坝坍坝
2.1橡胶坝坍坝指令
(1)2008年5月下旬-2008年10月31日：汛期预报上游来水量大于6000m/s时，应提前开始坍坝。坍坝应在坝址处流量上升到6000m/s之前6小时或者流量到达5060m/s时开始(两个条件只需要达到其中一个条件就应开始坍坝)。坍坝时应全开8#-11#泄水闸的闸门。
2.2橡胶坝坍坝操作(不包括试运行后的坍坝操作)
根据洪水预报和调度指令，提前检查设备的完好情况和进出水阀门的关闭情况，如有问题应及时检修，及时作好坍坝前的准备工作。
坍坝可根据情况采取自排或者机排，汛期坍坝时应采取机排，以加快排水速度。自排水打开碟阀D5、D6、D7、D8，关闭D3、D4等，利用自排坍坝；机排时打开碟阀D1、D2、D4、D6、D7、D8，关闭D3、D5，启动水泵电机利用水泵抽排。
实际效果
由于在二期过水土石围堰顶部设置了橡胶坝，在避免库区洪水灾害，消除施工期淹没赔偿问题的同时，保证了汛期较高的上游行通航和发电水位，比未设橡胶坝时高4.5～5.0m，使电站施工期多发电量约0.80亿kW·h，经济效益非常显著。