我國(guó)橡膠壩技術(shù)研究和應(yīng)用概況

我國(guó)地域遼闊，氣候多變。在北方，河流多屬于季節(jié)性河流，非汛期水量小，冬季河流結(jié)冰。在南方，降水量大，即使在非汛期，河水流量也比較大。為適應(yīng)在不同條件下應(yīng)用橡膠壩，進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，如壩袋膠布的膠料配方研究，帆布試制，壩袋抗波浪試驗(yàn)，泥沙沖淤試驗(yàn)，壩袋振動(dòng)試驗(yàn)，橡膠壩流量系數(shù)試驗(yàn)，壩袋錨固，充氣橡膠壩技術(shù)研究等等。所有這些試驗(yàn)研究為我國(guó)在南北方地區(qū)的不同條件下興建橡膠壩提供了可靠的保證，同時(shí)在為期三十多年的實(shí)踐和運(yùn)用中，也積累了許多寶貴經(jīng)驗(yàn)。

一、壩袋結(jié)構(gòu)型式的改進(jìn)

堵頭式橡膠壩的發(fā)明。在橡膠壩運(yùn)用中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)壩袋錨固在直墻上時(shí)，會(huì)出現(xiàn)下列不利情況：
a、當(dāng)壩袋充到設(shè)計(jì)高度時(shí)，靠近直墻部位的壩袋出現(xiàn)很深的褶皺，這樣不僅降低了壩袋的有效高度，而且壩內(nèi)殘存的氣體不易排除。
b、當(dāng)壩袋坍落時(shí)，壩袋兩端仍掛在邊墻上，過(guò)流阻水，且壩袋易被飄浮物刺破。
c、在橡膠壩運(yùn)行時(shí)，壩袋兩端部位應(yīng)力比較復(fù)雜，出現(xiàn)局部應(yīng)力集中，長(zhǎng)期使用，壩袋易損壞。為了改善以上不利情況，采用了堵頭式橡膠壩。堵頭式的橡膠壩，壩袋不和直墻錨固，只利用堵頭與直墻的擠壓，達(dá)到止水的目的。充水后，壩袋全斷面形狀柏同，不起褶皺，壩袋應(yīng)力分布比較均勻。
雙向擋水橡膠壩。在有些情況下，橡膠壩需要雙向擋水。雙向擋水橡膠壩在錨固線布置、水工結(jié)構(gòu)布置等方面都與單向擋水壩有所不同。通過(guò)對(duì)各種型式的錨固線試驗(yàn)分析，選定一種錨固線布置，使壩袋工作時(shí)，褶皺最少。
雙層組合式壩袋結(jié)構(gòu)。這種橡膠壩是由兩個(gè)壩袋囊疊加而成，下壩袋錨固在基礎(chǔ)底板上，上壩袋錨固在下壩袋上?？赏瑫r(shí)充脹各層壩袋，也可以充脹其中一層或兩層壩袋擋水。這種壩袋型式一般可用于較高的橡膠壩，與單袋式橡膠壩比較，具有節(jié)省壩袋材料，減少底板長(zhǎng)度等優(yōu)點(diǎn)；其缺點(diǎn)是錨固工作量大，控制系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜。這種壩型是當(dāng)時(shí)為適應(yīng)我國(guó)還不能生產(chǎn)高強(qiáng)度的膠布而研制的，現(xiàn)建成的幾座雙層橡膠壩要么被拆除，要么被單層壩袋所更換。
二、錨固構(gòu)件的改進(jìn)
錨固是橡膠壩工程的關(guān)鍵部分之一，對(duì)橡膠壩的錨固既要牢固，又要保證密封性，使壩袋不透水（氣）。
錨固構(gòu)件型式。橡膠壩錨固以螺栓錨固型式為主，在實(shí)踐中，又發(fā)明了楔塊式錨固。楔塊錨固，是用鋼筋混凝土或木塊做材料，將壩袋錨固在底板上預(yù)制好的錨固槽中。楔塊錨固具有節(jié)省鋼材，防止螺栓生銹等優(yōu)點(diǎn)。此外，還研制了膠囊充水錨固方式并應(yīng)用于試驗(yàn)工程中。密封材料。壩袋在錨固時(shí)，為了保證壩袋不透水（氣），以前用純膠片作墊片，密封性不理想，現(xiàn)在采用具有高壓縮量的海綿止水膠，密封性較好。
將壩袋用錨固構(gòu)件固定于基礎(chǔ)底板與閘墩或端墻上，要求牢固可靠地承受壩袋拉力，又要密封不透水。目前我國(guó)橡膠壩的錨固型式大都采用螺栓壓板錨固。為節(jié)省鋼材，避免螺栓銹蝕，近年來(lái)出現(xiàn)了用鋼筋混凝土預(yù)制塊、鋼纖維混凝土預(yù)制塊或木塊做材料，將壩袋錨固于底板上預(yù)先澆注好的錨固槽中的所謂“楔塊錨固”結(jié)構(gòu)型式，這是一項(xiàng)創(chuàng)新。此外，還有膠囊充水式錨固。它具有安裝簡(jiǎn)便，拆卸靈活，止水性能好等優(yōu)點(diǎn)，適用于拆卸式活動(dòng)橡膠壩。壩袋錨固后，為了保證壩袋不透水（氣），過(guò)去常用純膠片作密封墊片，因其壓縮量有限，密封效果不夠理想?，F(xiàn)在多采用具有高壓縮量的海綿止水膠作墊平片，密封效果較佳。
三、壩袋制造
以前使用的壩袋膠布強(qiáng)度低，單層帆布強(qiáng)度通常小于300 KN/m?，F(xiàn)在，壩袋帆布強(qiáng)度有了較大的提高，據(jù)稱單層帆布強(qiáng)度可達(dá)500 KN/m，這為興建較高的橡膠壩創(chuàng)造了基本條件。
過(guò)去壩袋采用冷粘人工成型，在膠布的搭接縫處易出現(xiàn)問(wèn)題?，F(xiàn)在普遍采用熱壓合機(jī)械成型工藝，壩袋的質(zhì)量有了進(jìn)一步的提高，有的廠家還開(kāi)發(fā)出了無(wú)搭接縫的壩袋。
彩色壩袋可美化環(huán)境，近年已興建了不少彩色橡膠壩工程，深受人們喜愛(ài)。但由于將膠布表層黑色橡膠改為彩色，表層彩色橡膠耐老化性能還有待工程實(shí)踐作出回答，另外，據(jù)稱壩袋彩色色澤的保持也僅有為期幾年的時(shí)間。故彩色壩袋表層橡膠的耐老化性和色澤的保持還有待進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)。
四、防老化措施
制成壩袋的高強(qiáng)纖維織物及合成氯丁橡膠等，都是高分子合成材料，易受太陽(yáng)暴曬、臭氧、化學(xué)腐蝕等因素的影響而使其壽命縮短。我國(guó)于1966年制成并投入運(yùn)用的第一批壩袋，在北方的北京右安門橡膠壩運(yùn)用21年，而南方的廣東省洪秀全水庫(kù)橡膠壩則使用16年，為了延長(zhǎng)壩袋的使用壽命，廣東院會(huì)同化工部廣州合成材料老化研究所和廣州第六橡膠廠從治本和治標(biāo)兩個(gè)方面進(jìn)行研究解決。治本方面是用防老化性能極好的氯璜化聚乙烯(6~ 1007c)代替防老化性能差的天然橡膠，用氧化鉛（排水性能好）代替吸水性大的氧化鎂做硫化體系所制成的混煉膠配在壩袋的外膠；現(xiàn)在制成的第二代壩袋，經(jīng)室內(nèi)測(cè)試推算，壽命都在20年以上。治標(biāo)方面是采用老化所研制的防老化涂料涂復(fù)在新建或已使用的舊壩袋表面，經(jīng)室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)原體測(cè)試結(jié)果表明，每涂復(fù)一次防老化材料，可以保護(hù)、即防止壩袋表面出現(xiàn)老化龜裂的時(shí)間為5~8年。深圳市東湖公園工、Ⅱ級(jí)橡膠壩，深圳市羅芳橋等橡膠壩工程都采用治本和治標(biāo)相結(jié)合的措施，其使用壽命將會(huì)更長(zhǎng)，效果會(huì)更好。
五、機(jī)壓熱粘合成型
為了改進(jìn)人工操作冷粘合成型中搭縫質(zhì)量不均等薄弱環(huán)節(jié)，沈陽(yáng)第四橡膠廠、廣州第六橡膠廠、煙臺(tái)利迅達(dá)橡膠制品有限公司等生產(chǎn)廠家都采用了“熱壓粘合機(jī)”。其有效工作長(zhǎng)度為12 m、15 m，搭接硫化工作面寬為30 cm，加熱溫度150cC，工作壓力為120 k~c㎡，當(dāng)壓延和經(jīng)大平板硫化機(jī)疏化出來(lái)的膠布，按壩袋設(shè)計(jì)周長(zhǎng)裁剪成壩袋布，最后經(jīng)“熱壓粘合機(jī)”成型：其搭接處不但質(zhì)量均勻，而且搭接強(qiáng)度一般大于原布的強(qiáng)度，經(jīng)過(guò)10多年運(yùn)用檢驗(yàn)，還沒(méi)有發(fā)生機(jī)壓熱粘合搭接縫開(kāi)脫事故。這是壩袋制造工藝又一新突破。
六、控振防磨防漂浮措施
如前面控振防磨中所述，比較有效控制橡膠壩的運(yùn)用高度來(lái)適應(yīng)過(guò)壩流量大小，從而控制了橡膠壩的振動(dòng)，這是問(wèn)題重要的一面。另一面是充水壩袋一般不易坍平，就是在下游錨固線以后的水量排不干而形成一個(gè)狀似“煙斗”的小壩，就是這個(gè)小壩成了振動(dòng)和起破壞作用酌新的根源，必須設(shè)法消滅它。根據(jù)室內(nèi)模型反復(fù)觀察和研究，廣東利用壩內(nèi)導(dǎo)水膠管的虹吸作用，從而消除了這個(gè)小壩，壩高消失了，水流與壩高沒(méi)有矛盾了，振動(dòng)也就消除了，因而磨損也得到控制或改善。
七、安全裝置
根據(jù)各地多座工程違反操作規(guī)程出現(xiàn)超高超壓運(yùn)用破壩的責(zé)任事故說(shuō)明，設(shè)計(jì)和充分利用橡膠壩的安全裝置不容忽視。充氣橡膠壩宜設(shè)計(jì)性能良好的安全閥、水封管或U型管等安全裝置。而充水壩袋應(yīng)設(shè)計(jì)安全可靠而又經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便的安全溢流管、安全溢流孔。其超壓排水能力應(yīng)大于進(jìn)壩的供水能力，以確保壩袋安全，而出口高程應(yīng)與壩內(nèi)實(shí)測(cè)的設(shè)計(jì)壓力水頭齊平。所有安全裝置要經(jīng)常保持其靈敏性能。嚴(yán)禁人為堵塞超壓裝置或有意超高超壓運(yùn)用。有條件的工程單位，可考慮采用微機(jī)監(jiān)控，或?qū)嵭凶詣?dòng)控制，以確保橡膠壩的安全運(yùn)用。