新闻中心

产品中心

橡胶坝施工中关键技术点应用研究

发布日期:2020-09-22   00:00:00    信息来源:     浏览数:66 次

随着科技的快速发展,水利建筑行业出现了一种新型建筑物,即橡胶坝。这种坝的坝高可以根据实际需要进行调节,且坝顶可以起到溢流堰的作用,在实际应用中较为灵活。1966 年,我国第一座橡胶坝问世。虽然我国橡胶坝建设起步较晚,但发展迅速,近年来已完建大批橡胶坝工程,在农业灌溉、城镇供水、生态涵水、景观建设、湿地保护等领域取得了巨大的经济效益和社会效益。水利、水电、水运事业的发展,对橡胶坝的质量提出了更高的要求。基于橡胶坝坚固性差的弱点和现有坝袋制作特点的限制,不仅需对橡胶坝的结构型式进行相应改进,其施工工艺和流程亦需同步改良。

 

1、 橡胶坝的特点

橡胶坝作为一种新型坝,与其他类型的闸、坝相比具有以下突出优点: ①节省三材。一般可节 省 钢 材 30% ~ 50% ,节省水泥 20%~50% ,节省木材 60% 。②造价低。与同等规模的钢结构闸门造价相比一般可减少投资 30% ~70% 。③不阻水、止水效果好。橡胶坝的主要缺点是坚固性较差和易老化。这是因为坝袋的主要材料为几毫米厚的胶布,虽然 柔性较好,但坚固性较差,容易受到机械损伤,在使用过程中需要精心维护,防止尖锐物刺伤。橡胶坝典型剖面图见图 1

2、 橡胶坝施工关键技术

2. 1 准备工作

橡胶坝施工前期准备工作主要包括两个方面: 一是土建; 二是橡胶坝袋的定制。土建涉及修筑围堰、施工导流、基坑开挖、基础底板施工、锚固槽施工、埋设相关控制及观测管道。土建施工工序流程图见图 2。坝袋定制要选择优秀的生产厂家,保证坝袋质量,出厂后要严格检查其质量和尺寸是否符合设计要求。

2. 2 坝袋锚固

橡胶坝的坝袋锚固形式按锚固的材料分为胶囊锚固、螺栓锚固和楔块锚固。从目前已建成的橡胶坝工程来看,常用的锚固方式是楔块锚固和螺栓压板式锚固。下文主要以楔块锚固为例分析施工技术,楔块锚固图见图 3。楔块锚固施工的重点在于橡胶坝楔块断面施工和锚固槽施工。施工时,应优先选择较重的楔块,以梯形楔块为宜,以此来增强坝袋的稳定性,利用水压力降低坝袋漏水量。安装坝袋时通过锤击加固楔块以固定坝袋,为保证楔块具有足够强度,通常在楔块内添加构造钢筋。楔块一般为
500 ~ 600mm 的钢筋混凝土构件,使用的混凝土强度不低于 C20,长度控制在 150 ~ 200mm,高度小于后楔块 20mm。在使用楔块锚固技术时,应选择合适尺寸的楔块,并从强度和平整度等方面入手控制楔块质量,施工时严格控制施工质量,避免楔块破损或者坝袋被拉出的现象[3-7]。锚固槽施工对尺寸精度要求较高,且在槽口的布置和设计中要保证线条平直,锚固混凝土面的设计和施工中要保持槽口平整光滑。为保证锚固槽的安装精度,施工中可采用二期混凝土施工工艺。浇筑底板混凝土时,待底板浇筑到一定尺寸时停止浇筑; 待一期混凝土强度满足要求后,凿毛,铺设锚固槽模板,进行二期混凝土的浇筑工作; 锚固槽两侧设置固定挡板,施工中应注意采用合适的预留宽度,一般为 1m; 因地板沉陷缝处设有止水带,预留深度设置在止水带上侧,避免对止水带产生干扰、破坏。由于二期混凝土施工工艺工序多、工期长、安装工作量大、锚固槽底部易出现空洞现象、止水效果较差,因此在实际工程施工过程中常采用一次成型施工工艺。在一次成型施工工艺中,锚固槽箱型模板支立有两种方法[8]:


(1) 采用独立模板支撑体系,锚固槽两侧模板均通过竖向钢筋固定在对称的角铁上,使模板与基础钢筋分离,并将对称的两根角铁焊接为一个整体; 角铁通过钢筋支架固定模板,避免角铁直接接触模板面,防止拆模后角铁锈蚀对锚固槽混凝土面产生不利影响。
(2) 锚固槽悬空模板在底板混凝土开盘浇筑后暂不支立,锚固槽模板的安装需要待底板浇筑至设计底高程以下 10cm 左右后进行; 采用水准仪、经纬仪测量跟踪放样并控制安装精度,锚固槽悬空模板通过钢筋焊接固定于锚固槽结构配筋; 模板长度以 5m 左右为宜; 在支撑短钢筋电焊过程中,严禁损伤锚固槽结构配筋

2. 3 坝袋安装

橡胶坝坝袋安装流程见图 4。

(1) 安装检查。

检测建筑物混凝土结构强度,检验其是否满足设计要求,检查与坝袋接触的混凝土表面是否保持平滑,对充排的管道进行检查,排除渗漏情况,同时在底板上标明中心线和坝轴线位置。

(2) 底垫片检测。

严格控制底垫片的外形尺寸,出厂以前严格检查底垫片尺寸。

(3) 坝袋就位。

依次按照下游、上游、岸墙的铺设顺序安装坝袋。

(4) 螺丝压板锚固。

注意平整性,对齐螺丝压板,不平整的地方用橡胶片垫平; 紧螺帽,在进行充水试验的同时分阶段拧紧螺帽; 可采用扭力扳手等施工工具将螺帽拧紧使其满足设计要求,在此过程中应逐一拧紧,避免漏拧。

(5) 坝袋安装。

坝袋安装前,详细检查坝袋底板、垫板等部分杂物是否清理干净; 仔细清理基础表面后,进行地板铺设和水帽安装; 管道进口法兰与水帽法兰通过螺栓拧紧底垫片和法兰垫片; 垫片铺设时应保持平整以保证止水效果; 坝袋安装时四周套入锚固螺栓,坝袋入仓,先固定坝袋端部; 安装完成后再次进行检查,检查完成后进入封闭坝袋。

(6) 充排水试验[9-10]。

以上 5 个步骤的工作结束后,进行坝袋的充排水试验,一般分为 3 个阶段: 第 1 阶段,充水至坝高的 50% ,停止充水,静止 2h。在此期间仔细观察坝袋是否有打折、漏水等不良现象,确认没有问题后进入第 2阶段。第 2 阶段,充水至坝袋设计高度的 80% ,然后静止 5h。在此期间,需要仔细检查坝袋,确认无误后进入第 3 阶段。第 3 阶段,充水至坝袋设计高度的 100% ,然后静止 8h。在此期间仔细检查坝袋,确认无误后,充水试验结束,排干坝袋中的水,开始封装锚固槽。

2. 4 混凝土工程施工技术

橡胶坝混凝土工程主要是坝底板、坝体下游部分消力池底板、混凝土护坡以及工程顶部压顶。浇筑顺序为从两端向中间浇筑。橡胶坝的基础一般是在临时围堰施工后边排水边开挖,开挖到设计高程后浇筑混凝土。由于作业空间狭小,对于坑壁支撑、涌水、漏水的处理和开挖次序等,必须对现场进行仔细研究后预先提出切实可行的措施。为避免基础表面暴露过久,受扰动变
得松软,开挖时保留 30cm 厚的保护层,待到绑扎底板钢筋和浇筑混凝土之前再继续挖至设计高程。开挖集水井以排除地下渗水,井的位置与地板的距离不能小于 5cm[11]。在软基上修建橡胶坝必须注意保持原土,以免基础遭受扰动和破坏,防止产生不均匀沉陷而改变底板局部的高程。在橡胶坝基础底板施工中,要特别注意坝袋与基础底板和岸墙、中墩接触部位表面混凝土的质量需同时满足强度和平整度的要求,尤其应注意坝袋塌落段必须平整、光滑。塌落段的混凝土要进行抹面处理,以防磨损坝袋。开挖齿墙的槽如为竖直面,应在短时间内一次开挖成功,并快速绑扎钢筋和浇筑混凝土。开挖深度较大或土质较差时,除下部开挖成竖直墙外,上部宜开挖成斜坡,以免造成塌方。开挖时地下水位必须始终保持在齿墙底部设计高程以下,以免齿墙遭到破坏,齿墙两侧应严防受力震荡造成塌方,回填混凝土要严格控制施工质量,避免造成局部沉陷,影响工程安全。

2. 5 坝袋防老化及破损修补技术

橡胶坝防老化主要通过化学防护措施、物理防护措施和设计运行优化 3 个方面实施。

2. 5. 1 化学防护措施
橡胶坝袋多采用天然橡胶和氯丁橡胶,这两种材料多采用分子结构中含有较多双键并以易吸水的氧化镁为硫化体系,耐老性和耐水性较差。所以,橡胶坝坝袋采用化学方法防老化最关键的是解决内因造成的老化问题。解决办法是: 将高分子材料改性,或将防老助剂添加在材料和制品中,以此来提高坝袋本身的耐老化性能。
2. 5. 2 物理防护措施
橡胶坝老化也包括一些物理因素,例如光、热、电、高能辐射和机械应力等。物理防护的方法有喷油、涂塑料、镀金屑、喷蜡、着色、覆盖材料、制成复合层等,也可在坝袋表面敷设耐老化材料以有效延长坝袋使用寿命。通常采用涂层方法,可以有效阻碍老化、减缓坝袋的老化过程。应注意,坝袋表面涂层[12]。
2. 5. 3 设计运行优化
除了防护措施物理和化学防护措施,还可在橡胶坝的水工结构、坝型设计和橡胶坝的安装技术方面进行合理设计。例如,安装时减少和避免坝袋的褶皱、变形,使应力分布均匀; 水流过坝时防止震动和磨损。为了延长橡胶坝坝袋的使用寿命,需要严格遵守管理方法和操作规程。

2. 6 原浆抹面施工技术

2. 6. 1 配料、搅拌和运输
采用施工机械加工、运输混凝土,混凝土拌制过程中严格控制粗、细料质量,使配合比满足设计要求[13]。
2. 6. 2 浇筑和捣实
分层浇筑混凝土,浇筑过程中混凝土下料要保持均匀,且层间浇筑时间差控制在 40min 以内。振捣过程中振捣棒呈梅花形布置工作。振捣过程中合理控制振捣时间,避免振捣不足和过度振捣。
2. 6. 3 抹面
抹面分为找平、粗抹、精抹和终抹 4 个阶段。

①找平。混凝土浇筑时对混凝土面进行初平,采用砂浆置换出工作面处的散粒料,按照设计高程用刮尺对工作面进行平整; 达到平整度后,在混凝土初凝前使用砂浆对残留部位进行填补。

②粗抹。在混凝土初凝不久具备一定硬度后,再次使用刮尺进行粗抹,主要对表面混凝土微缩时产生的微裂缝进行修补,压实表面粗骨料。

③精抹。混凝土终凝前对混凝土表面微裂缝进行处理,同时注意保护现场已抹平的混凝土。
④终抹。施工人员对混凝土表面进行检查并进行保护,对于平整度不符合要求的部位使用镘刀进行处理。
2. 6. 4 养护
以上工序完成后对混凝土进行覆盖,尽可能减少养护过程中由混凝土收缩导致的微裂缝。

2. 7 坝袋修补和补强技术

2. 7. 1 坝袋补修技术
为了延长坝袋的使用寿命,对破损坝袋要及时修补。坝袋破损的修补分为局部修补、全面修补、水下抢修和重要部位修补。

(1) 局部修补。

充坝断水,检修坝顶和坝的下游面。对搭接缝的封口脱落、坝袋气泡和轻度破损及时修补。坝袋起泡有两种情况: 一是胶泡,即胶层下面的水泡; 二是布泡,即帆布下面的水泡。

1) 胶泡的处理。

用剪刀割去鼓起的胶泡,然后用吹风机充分吹干,并将坝袋及补强片打毛用 32 的醋酸乙酯和汽油的混合溶液刷洗,待充分挥发后再刷胶浆,停放 10 ~ 20min 后将胶片补上压实。

2) 布泡的处理。

将帆布下层的水用注射管将水抽掉,将空气泡用小铁辊滚压实,用等强胶布贴补 (工艺上同样需要打毛、刷洗、刷胶浆、补强压实)。

(2) 全面修补。

筑围堰断流,保证无水作业。拆除坝袋,对坝袋内外进行全面检查。主要采用挖补、半挖补和粘补等措施,如裂口冒水采用挖补法,内外选用等强胶布粘补,胶布周边大于受损面积 7 ~ 8cm。大面积挖补时,需大于20cm,胶布受损采用半挖补法,选用单层胶布粘补,胶片周边大于受损面积 5 ~ 6cm。鼓泡用贴补法,选用胶片粘补,胶片周边大于受损面积 4 ~ 6cm。上述两种情况均属于无水现场冷粘法。现场修补坝袋,一般要选择适宜的气温及湿度。环境温度在 15 ~ 25℃、湿度低于 70% 时,应避免在雨天和风沙天气施工,如天气湿度过大,则要在红外灯照射下进行。

(3) 水下抢修。

坝袋在运行中遇到突然破损时,应采取临时抢修措施。当出现小的孔洞时,可用急救塔式木塞或橡胶塞堵孔; 如贯穿孔较大时,可采用钢板螺栓组合的夹补法修补。压板的形式有圆头形、棱形和圆饼形等,圆饼形螺栓主要用于环向曲线撕裂的修补,地面压板与螺栓头先焊牢,以免上螺帽时螺栓松动,通常可用手摇钻沿破损面的上、下孔部位钻孔,用螺栓压板先

将裂口加紧止水及补强。

(4) 重要部位修补。

水下抢修后,待有条件时再将螺栓压板拆除,在无水现场使用冷粘法进行处理,可以用手提小压合机进行修补,这样可使坝袋恢复原有质量,而不会因破一个小孔洞而丧失工作能力。

2. 7. 2 坝袋补强技术
橡胶坝运行一段时间后,坝袋强度在一定程度上会随之降低,一旦出现问题将严重影响工农业生产和效益的发挥。为此,检修过程中需要进行橡胶坝坝袋的补强工作。坝袋补强前,需做好准备工作,主要包括坝袋损伤情况检查、附属工作实施 (现场排水渠系开挖、坝袋拆除、拆坝)、补强材料准备、工作场面整修等。

坝袋补强方法主要有挖补、半挖补、贴补等。一般情况下,裂口冒水采用挖补法,内外选用等强胶布粘补; 胶布受损采用半挖补法补强,选用单层胶布粘补; 坝面浸水、淹水、鼓泡、外析液体等,视内部受损情况而定,采用贴补法或半挖补法补强,选用胶片或单层胶布粘补; 砂眼视损伤情况而定,严重者采用贴补法补强,选用胶片粘补; 微型鼓泡,即小鼓泡群,其鼓泡为软
泡且严重的,采用贴补法补强,选用胶片粘补;轻度微型软鼓泡、微型硬鼓泡及龟裂暂不处理,待使用中观察,视发展情况再定; 封口条连续性鼓泡、起拱、外析液体等,中、重度更换封口条,轻度暂缓实施。
(1) 橡胶坝坝袋补强施工一般为露天作业,要选择气温、湿度适合,无风沙天气施工。空气湿度应在 70% 以下,温度不能过低或过高,在18 ~ 35℃为宜。粘补时记明湿度、温度备查,每日一般分 4 次记录,填好相关参数。
(2) 坝面受损粘补胶片时,粘补胶片周边大于受损面积 5 ~ 6cm; 粘补胶布时,小面积的胶布周边 大 于 受 损 面 积 7 ~ 8cm,大 面 积 的 大 于20cm。封口条更换,新旧相接的两头均要留有搭接尺度,按更换长度加长 10cm。
(3) 按黏结面的尺寸,将坝面和胶布、胶片、胶条用打磨机 (木锉) 进行打磨,打磨面达到平整、均匀、无亮处。补强部位潮湿处,用吹风机烘干,达到基本干燥为准。
(4) 黏结面不平整处,粘补前用剪刀、木锉修整,填补垫片,达到大面平整后,再行粘补。
(5) 黏结面不得有任何杂质,用硬刷清理干净。涂胶前用醋酸乙酯和适量 120 号汽油进行涂刷,将污物清除干净,然后晾干,待溶剂完全挥发后,再涂胶浆。涂刷溶剂时,毛刷要斜立,用力反复涂刷,由一端开始,顺序渐进,以便污物、杂质全部清除干净。
(6) 黏结剂。即黑 (甲) 白 (乙) 浆,应分别密封存放在阴凉干燥处,随用随配,防止浪费,使用前按比例掺和均匀,供涂刷使用。胶浆配合比为黑 (甲) 白 (乙) 浆 = 61,胶浆内要掺入适量的溶剂,溶剂和胶浆调和,达到浓度适中为止。胶浆调后,用毛刷试验,达到胶浆细丝下达为宜。黑胶浆溶剂配合比为醋酸乙酯120 号汽油 = 64。白胶浆溶剂为醋酸乙酯。
(7) 胶浆的涂刷变数为坝面 3 遍,封口条 2遍。第 1 遍胶浆稍稀些,以利于胶浆渗透到磨面中。有规则地按顺序涂刷,动作要快而稳。毛刷斜向用力,使胶浆渗入到磨面内。胶浆涂刷不宜过厚,达到均匀一致。涂刷时间视气温而定,一般晾晒 5min 左右即可。第 2 遍涂刷法,基本同第 1 遍,晾干 10min 左右。第 3 遍较为重要,需密切注意,掌握时间,过早过晚均影响黏合质
量,一般 2 ~ 3min 即可。以表面不粘手,对粘有劲,并呈现拉丝细密的状态为宜。
(8) 小面积坝面受损由一人操作黏合,大面积坝面受损和封口条更换由两人操作黏合,抢时间按部位初步稳和; 初步吻合后,用花压辊、平压辊、辊压车压实,压实中不得留有空隙,循序渐进; 不得残存气泡,出现气泡,用锥子从两侧的黏合面之间插入将气体放出,再行压实。
(9) 胶浆刷的处理。胶浆刷如暂时不用,可放入混合溶剂 (醋酸乙酯120 号汽油 = 32)中浸泡,用时挤干溶剂; 若隔日再用,要马上处理,将刷子放入 120 号汽油中浸泡,泡后在粗糙的脚面上竖向磨蹭,然后用钢针剔净备用。坝袋补强需要注意: 修复现场,严禁烟火,以防火灾; 坝袋清洗后,不得在坝袋上随意行走,保持坝袋表面清洁; 现场工作人员不得穿钉鞋上坝,避免坝袋受损。

3、 结语

经过 50 多年的不断发展,工程人员在改进坝袋结构型式的同时对橡胶坝关键部位的施工技术也进行了一系列的创新。本文从橡胶坝坝袋锚固施工、坝袋安装施工、混凝土工程施工、坝袋防老化及破损修补、原浆抹面施工、坝袋补强修补 6 个方面总结提炼了橡胶坝施工关键技术,可有效提高橡胶坝施工质量,保证工程按设计要求发挥效益,为橡胶坝施工质量控制提供技术支持。

参考文献

[1] 陆吾华,黄瑞森,伍培超 . 橡胶坝 [M] . 北京: 中国农业科技出版社,1989.
[2] 高本虎 . 国内外橡胶坝发展概况和展望 [J] . 水利水电技术,2002,33 (10): 5-8.
[3] 詹蓉,唐德善,刘子增 . 基于模糊一致矩阵的橡胶坝坝型优选方法 [J] . 水电能源科学,2009,27 (6): 107-109.
[4] 王秋昕 . 关于水利工程中橡胶坝施工技术浅析 [J] . 黑龙江科技信息,2016 (12): 225.
[5] 郭清华,李天科,刘经强 . 城北橡胶坝充排水系统优化设计 [J] . 中国农村水利水电,2011 (7): 81-83,87.
[6] 洪豆,方朝阳,昌先健 . 充气橡胶坝形态研究 [J] . 水电能源科学,2017,35 (11): 63-67.
[7] 罗伟争 . 气动盾形橡胶坝在城市河道中的应用 [J] . 中国农村水利水电,2015 (2): 173-174.
[8] 白文柱,高翔 . 基于现场总线技术的橡胶坝控制系统的设计实现 [J] . 水利水电技术,2013,44 (12): 35-37.
[9] 朱海岩,杨纪伟,徐明 . 上游洲滩与橡胶坝之间相互影响关系的 试 验 研 究 [J] . 水 电 能 源 科 学,2013,31 ( 9 ):
95-97.
[10] 刘刚,易贤命,刘富峰,等 . 淦河水生态修复与保护[J] .中国农村水利水电,2011 (11): 18-21.
[11] 梁亮,沈振中,张倩 . 橡胶坝坝基渗控措施有限元分析
[J] . 水电能源科学,2010 (11): 58-60.
[12] 侯玉香 . 承德市第五橡胶坝施工技术 [J] . 施工技术,2010,39 (S1): 676-678.
[13] 靳雁平 . 桃源橡胶坝原浆抹面施工技术 [J] . 河北水利科技,2000,21 (2): 43-45.

作者简介:

苏博 ( 1990—) ,女,研究方向: 工程项目管理。
崔玉荣 ( 1995—) ,女,研究方向: 工程项目管理。
焦延涛 ( 1983—) ,男,讲师,博士,研究方向: 水工混凝土结构安全。
张帅超 ( 1996—) ,男,工程师,研究方向: 水利工程建设。
王博 ( 1986—) ,男,讲师,博士,研究方向: 工程项目管理。