張 超,吳 薇,唐 莉

(濟寧市水利事業(yè)發(fā)展中心 南四湖分中心,山東 濟寧 272007)

0 引 言

充水式橡膠壩是自1957年以來,隨著高分子合成材料工業(yè)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型水工建筑物,它是用膠布按設(shè)計要求的尺寸、錨固于底板上呈封閉狀、用水充脹形成的袋式擋水壩。其中,膠布是由高強力合成纖維織物等做受力骨架、內(nèi)外涂敷合成橡膠作黏結(jié)保護層加工而成[1]。

本文結(jié)合濟寧市濟鄒路南洸府河橡膠壩運行管理實踐和國內(nèi)有關(guān)做法,分析橡膠壩運行管理中的常見問題,并提出建議,可為橡膠壩的運行管理提供參考與借鑒。

1 工程概況

濟寧市濟鄒路南洸府河橡膠壩位于任城區(qū)洸府河濟鄒公路橋下游480m,對應(yīng)洸府河樁號10+900處,工程規(guī)模為大(Ⅱ)型,工程級別為Ⅱ等,2011年建成。工程采用充水枕式壩袋,壩高4.2m,壩長為120m,共1節(jié),設(shè)計內(nèi)壓比1.25,正常蓄水位為36.10m,蓄水量為195.42×104m3,水面面積0.486km2。壩袋錨固采用壓板螺栓雙錨固結(jié)構(gòu),壩頭形式為堵頭式。充排水系統(tǒng)包括進(jìn)出水管道、水源井、抽排水泵等,充水泵采用2臺18.5kW潛水泵,每臺潛水泵設(shè)計流量80m3/h;排水泵采用3臺臥式離心泵,每臺離心泵配套電機功率45kW,設(shè)計排水量600m3/h。橡膠壩主要功能為非汛期攔蓄上游來水、抬高上游水位、蓄水造景;汛期塌壩泄洪。

2 充水式橡膠壩運行管理中常見問題

1)壩袋表面污垢較多。汛期到來前橡膠壩塌壩后,壩袋在河底長期接觸淤泥,汛后升壩時發(fā)現(xiàn)壩袋表面常常存在較多淤泥和雜物。這些淤泥和雜物在壩頂水流的水堿、泥沙和陽光的作用下,橡膠壩表面逐漸形成污垢,影響工程美觀。

2)電動閥門故障。經(jīng)常遇到的問題有閥門行程控制失靈、開度指示失靈。

3)充排水泵電機采用直接啟動方式,沖擊電流過大。啟動時,沖擊電流過大,會造成電機繞組發(fā)熱,縮短電機壽命,長時間會導(dǎo)致電機損壞。

4)充水泵出水量不足。主要由進(jìn)水管泥沙淤積引起;充水泵進(jìn)水口被淤泥和雜物堵塞,閥門沒有開到位,也會導(dǎo)致充水泵出水量不足。

5)排水泵出水量不足。主要由空氣進(jìn)入泵內(nèi)以及長時間運轉(zhuǎn)導(dǎo)致軸封裝置和閥門漏氣、雜物進(jìn)入水泵,導(dǎo)致葉輪堵塞,引起出水量不足;閥門沒有開到位,也會導(dǎo)致出水量不足。

6)充排水系統(tǒng)漏水。經(jīng)常發(fā)生的是排水泵自身漏水,水泵自身漏水通常是由機械密封損傷引起。個別橡膠壩充水到設(shè)計高程后,壩袋異常滲漏,導(dǎo)致壩袋塌落。

7)壩袋破損和老化。主要由遭受洪水沖擊、漂浮物撞擊、銳器扎割和老化引起。壩袋破損常見的有表皮損傷、貫通傷、擠壓折皺傷。壩袋老化主要由壩袋在運用過程中,承受各種復(fù)雜應(yīng)力以及受到光、熱、氧、水等因素引起。

8)壩袋振動。主要由壩頂溢流、下游水位升高、壩內(nèi)空氣殘留和“煙斗水”引起。在塌壩泄洪時,在壩袋塌落線處存有一股形似“煙斗”狀的水體,稱之為“煙斗水”。該“煙斗水”是引起壩袋振動的一個主要因素。

3 處理建議

3.1 壩袋表面污垢較多問題的處理

目前,橡膠壩壩袋的清洗主要是人工清洗和化學(xué)清洗。人工清洗時,操作者利用鐵鍬、墩布、鐵紗等工具在橡膠壩表面上擦除污垢,人工清洗方式操作者勞動強度大,清洗效率低?；瘜W(xué)清洗時,使用化學(xué)清洗劑,清洗效率高,成本低,但污染環(huán)境。

轉(zhuǎn)刷技術(shù)是清理輪船船體表面應(yīng)用最廣泛的水下清洗技術(shù)。常有單刷、雙刷和三刷3種工具,由機器帶動刷盤轉(zhuǎn)動,部分結(jié)構(gòu)在清洗時,可形成負(fù)壓吸附在船體表面,配合潛水員推動作業(yè)。轉(zhuǎn)刷轉(zhuǎn)速為 0～450r/min 時,清洗效率可達(dá) 17～186 m2/h。也有在一艘工作船上裝一個長的圓柱形轉(zhuǎn)刷,垂直伸到水面以下 2.4～3.7m,這種裝置對清洗如散裝貨船那樣大而平的兩舷最為有效,清洗效率242m2/h。通過減小船用轉(zhuǎn)刷的刷頭尺寸、降低刷頭硬度,可利用轉(zhuǎn)刷技術(shù)來清洗橡膠壩壩袋表面。

郭亞楠等[2-4]基于轉(zhuǎn)刷技術(shù),利用一種由豎直旋轉(zhuǎn)清洗輪、水平旋轉(zhuǎn)清洗輪、電機等設(shè)備構(gòu)成的組合機械,實現(xiàn)對壩袋的清洗。這種機械在豎直旋轉(zhuǎn)清洗輪電機和水平旋轉(zhuǎn)清洗輪電機的驅(qū)動下,豎直旋轉(zhuǎn)清洗輪和水平旋轉(zhuǎn)清洗輪實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動,通過旋轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)橡膠壩表面的連續(xù)摩擦,即實現(xiàn)連續(xù)擦洗。通過上下行走輪的旋轉(zhuǎn),帶動豎直旋轉(zhuǎn)擦洗輪和水平旋轉(zhuǎn)擦洗輪實現(xiàn)進(jìn)給運動,當(dāng)上下行走輪從橡膠壩一端走到橡膠壩另一端,即可完成整個橡膠壩壩袋外表的清洗。

3.2 機電設(shè)備問題的處理

閥門行程控制失靈由微動開關(guān)損壞引起,應(yīng)更換微動開關(guān);閥門開度指示失靈由電位器損壞引起,應(yīng)更換電位器。針對電動機啟動時沖擊電流過大的問題,可將電機啟動方式由全壓直接啟動改為軟啟動。電機功率在7.5kW及以上的水泵可考慮配置軟啟動器。根據(jù)電機負(fù)載情況,為每個水泵配備足夠容量的軟啟動器[5]。

3.3 充排水系統(tǒng)問題的處理

針對充水泵出水量不足,可利用潛水泵抽水配合閥門開關(guān),定期進(jìn)行管道沖洗,定期檢查進(jìn)水口并清理雜物。由閥門開關(guān)不到位引起的出水量不足,應(yīng)及時檢修閥門。針對排水泵出水量不足,可定期人工清理進(jìn)排水口的雜物,定期檢查水泵葉輪是否堵塞并及時清理,定期檢修閥門。

針對水泵機械密封漏水,應(yīng)及時檢查并更換。針對個別橡膠壩充水至設(shè)計高程后,壩袋異常滲漏,導(dǎo)致壩袋塌落。彭淑芳[6]發(fā)現(xiàn),壩袋不明原因滲漏可優(yōu)先考慮螺栓壓板漏水,選擇合適日期直接放空蓄水進(jìn)行維護, 將原錨固槽混凝土、上壓板拆除, 清理干凈錨固槽、壓板螺栓套絲,安裝底墊片、海綿止水膠,最后打孔后安裝壩袋,可縮短檢修時間, 降低維護成本。但有的橡膠壩上下游全年處于有水狀態(tài),重新更換螺栓壓板需要在上下游分別修建圍堰,施工排水,維修費用很高。為此,在橡膠壩首次建設(shè)中,要高度重視每一道工序,橡膠壩建成通水前,嚴(yán)格檢查壩袋安裝質(zhì)量,避免工程運行后的返工和大修。

3.4 壩袋破損和老化問題的處理

針對橡膠壩表皮損傷,在沒有貫通的情況下,可在壩袋損傷部位貼補原裝壩袋膠布,補強膠布的尺寸要比損傷部位的四周大10cm以上,補強膠布周邊貼封口膠布。針對橡膠壩貫通損傷,僅有較小磨穿或者刺孔的情況下,可采用在壩袋內(nèi)外表面分別粘補與壩袋等強度膠布,或在壩袋里邊粘貼膠片和在壩袋外表面粘貼補強膠布,補強膠布的尺寸要比損傷部位的四周大至少15cm以上。對撕裂面積比較大的壩袋,視工程需要,可采用雙面粘補法或?qū)⒄z布換掉。在貫通傷尺寸不超12cm時,也可采用鋼板螺栓組合的夾補法進(jìn)行修補,鋼板尺寸要大于破損處尺寸15cm以上[7]。

針對壩袋老化,可在壩袋表面涂刷防老化涂層,阻礙外界老化因素的作用,減緩壩袋老化的速度。涂防老化涂層時,壩袋應(yīng)在充脹狀態(tài)。涂刷材料常見的有改性氯丁橡膠漿、聚氯酯油漆和氯磺化聚乙烯。預(yù)防壩袋老化,科學(xué)管理尤為重要,壩袋膠層出現(xiàn)粉化、龜裂、脫層時,應(yīng)及時清潔壩袋和涂刷防老化涂層,阻止老化深入。

3.5 壩袋振動問題的處理

針對壩袋振動,采取的減振措施主要有:在運行中發(fā)現(xiàn)壩體振動時,可以調(diào)節(jié)壩高,通過控制壩頂溢流來減輕或消除壩袋振動;當(dāng)下游水位增高時,壩袋容易發(fā)生飄動或者蠕動,可向壩袋內(nèi)充水,使壩袋成為充脹的彈性體,以增加穩(wěn)定性;充水式壩袋充脹時,袋內(nèi)經(jīng)常存有氣體形成氣囊,引起壩袋振動,可打開壩袋兩端的排氣閥排除壩袋內(nèi)氣體;出現(xiàn)“煙斗水”情況時,可在壩袋內(nèi)部折疊處敷設(shè)一條橡膠管,橡膠管一端接排水管,另一端通“煙斗水”,將殘存在壩袋里的介質(zhì)導(dǎo)入排水口,使壩袋坍平,消除“煙斗水”[8-10]。在實際運用中,通過觀察和分析,確定壩袋運行的安全區(qū)和振動危險區(qū),對防止壩袋振動最為有效。

4 結(jié) 語

本文分析了充水式橡膠壩運行管理中的常見問題,提出了處理建議,重點介紹了利用機械轉(zhuǎn)刷清洗壩袋表面的技術(shù)、壩袋破損和老化問題的處理以及壩袋振動的應(yīng)對措施。在實際工作中,要理論聯(lián)系實際,及時發(fā)現(xiàn)工程問題,主動分析問題出現(xiàn)的原因,采取切實可行的辦法,有效解決問題,不斷積累經(jīng)驗,穩(wěn)步提高橡膠壩的運行管理水平。