充水式橡胶坝运行管理中常见问题及处理建议

张 超,吴 薇,唐 莉

(济宁市水利事业发展中心 南四湖分中心,山东 济宁 272007)

0 引 言

充水式橡胶坝是自1957年以来,随着高分子合成材料工业的发展而出现的一种新型水工建筑物,它是用胶布按设计要求的尺寸、锚固于底板上呈封闭状、用水充胀形成的袋式挡水坝。其中,胶布是由高强力合成纤维织物等做受力骨架、内外涂敷合成橡胶作黏结保护层加工而成[1]。

本文结合济宁市济邹路南洸府河橡胶坝运行管理实践和国内有关做法,分析橡胶坝运行管理中的常见问题,并提出建议,可为橡胶坝的运行管理提供参考与借鉴。

1 工程概况

济宁市济邹路南洸府河橡胶坝位于任城区洸府河济邹公路桥下游480m,对应洸府河桩号10+900处,工程规模为大(Ⅱ)型,工程级别为Ⅱ等,2011年建成。工程采用充水枕式坝袋,坝高4.2m,坝长为120m,共1节,设计内压比1.25,正常蓄水位为36.10m,蓄水量为195.42×104m3,水面面积0.486km2。坝袋锚固采用压板螺栓双锚固结构,坝头形式为堵头式。充排水系统包括进出水管道、水源井、抽排水泵等,充水泵采用2台18.5kW潜水泵,每台潜水泵设计流量80m3/h;排水泵采用3台卧式离心泵,每台离心泵配套电机功率45kW,设计排水量600m3/h。橡胶坝主要功能为非汛期拦蓄上游来水、抬高上游水位、蓄水造景;汛期塌坝泄洪。

2 充水式橡胶坝运行管理中常见问题

1)坝袋表面污垢较多。汛期到来前橡胶坝塌坝后,坝袋在河底长期接触淤泥,汛后升坝时发现坝袋表面常常存在较多淤泥和杂物。这些淤泥和杂物在坝顶水流的水碱、泥沙和阳光的作用下,橡胶坝表面逐渐形成污垢,影响工程美观。

2)电动阀门故障。经常遇到的问题有阀门行程控制失灵、开度指示失灵。

3)充排水泵电机采用直接启动方式,冲击电流过大。启动时,冲击电流过大,会造成电机绕组发热,缩短电机寿命,长时间会导致电机损坏。

4)充水泵出水量不足。主要由进水管泥沙淤积引起;充水泵进水口被淤泥和杂物堵塞,阀门没有开到位,也会导致充水泵出水量不足。

5)排水泵出水量不足。主要由空气进入泵内以及长时间运转导致轴封装置和阀门漏气、杂物进入水泵,导致叶轮堵塞,引起出水量不足;阀门没有开到位,也会导致出水量不足。

6)充排水系统漏水。经常发生的是排水泵自身漏水,水泵自身漏水通常是由机械密封损伤引起。个别橡胶坝充水到设计高程后,坝袋异常渗漏,导致坝袋塌落。

7)坝袋破损和老化。主要由遭受洪水冲击、漂浮物撞击、锐器扎割和老化引起。坝袋破损常见的有表皮损伤、贯通伤、挤压折皱伤。坝袋老化主要由坝袋在运用过程中,承受各种复杂应力以及受到光、热、氧、水等因素引起。

8)坝袋振动。主要由坝顶溢流、下游水位升高、坝内空气残留和“烟斗水”引起。在塌坝泄洪时,在坝袋塌落线处存有一股形似“烟斗”状的水体,称之为“烟斗水”。该“烟斗水”是引起坝袋振动的一个主要因素。

3 处理建议

3.1 坝袋表面污垢较多问题的处理

目前,橡胶坝坝袋的清洗主要是人工清洗和化学清洗。人工清洗时,操作者利用铁锹、墩布、铁纱等工具在橡胶坝表面上擦除污垢,人工清洗方式操作者劳动强度大,清洗效率低。化学清洗时,使用化学清洗剂,清洗效率高,成本低,但污染环境。

转刷技术是清理轮船船体表面应用最广泛的水下清洗技术。常有单刷、双刷和三刷3种工具,由机器带动刷盘转动,部分结构在清洗时,可形成负压吸附在船体表面,配合潜水员推动作业。转刷转速为 0～450r/min 时,清洗效率可达 17～186 m2/h。也有在一艘工作船上装一个长的圆柱形转刷,垂直伸到水面以下 2.4～3.7m,这种装置对清洗如散装货船那样大而平的两舷最为有效,清洗效率242m2/h。通过减小船用转刷的刷头尺寸、降低刷头硬度,可利用转刷技术来清洗橡胶坝坝袋表面。

郭亚楠等[2-4]基于转刷技术,利用一种由竖直旋转清洗轮、水平旋转清洗轮、电机等设备构成的组合机械,实现对坝袋的清洗。这种机械在竖直旋转清洗轮电机和水平旋转清洗轮电机的驱动下,竖直旋转清洗轮和水平旋转清洗轮实现旋转运动,通过旋转运动实现橡胶坝表面的连续摩擦,即实现连续擦洗。通过上下行走轮的旋转,带动竖直旋转擦洗轮和水平旋转擦洗轮实现进给运动,当上下行走轮从橡胶坝一端走到橡胶坝另一端,即可完成整个橡胶坝坝袋外表的清洗。

3.2 机电设备问题的处理

阀门行程控制失灵由微动开关损坏引起,应更换微动开关;阀门开度指示失灵由电位器损坏引起,应更换电位器。针对电动机启动时冲击电流过大的问题,可将电机启动方式由全压直接启动改为软启动。电机功率在7.5kW及以上的水泵可考虑配置软启动器。根据电机负载情况,为每个水泵配备足够容量的软启动器[5]。

3.3 充排水系统问题的处理

针对充水泵出水量不足,可利用潜水泵抽水配合阀门开关,定期进行管道冲洗,定期检查进水口并清理杂物。由阀门开关不到位引起的出水量不足,应及时检修阀门。针对排水泵出水量不足,可定期人工清理进排水口的杂物,定期检查水泵叶轮是否堵塞并及时清理,定期检修阀门。

针对水泵机械密封漏水,应及时检查并更换。针对个别橡胶坝充水至设计高程后,坝袋异常渗漏,导致坝袋塌落。彭淑芳[6]发现,坝袋不明原因渗漏可优先考虑螺栓压板漏水,选择合适日期直接放空蓄水进行维护, 将原锚固槽混凝土、上压板拆除, 清理干净锚固槽、压板螺栓套丝,安装底垫片、海绵止水胶,最后打孔后安装坝袋,可缩短检修时间, 降低维护成本。但有的橡胶坝上下游全年处于有水状态,重新更换螺栓压板需要在上下游分别修建围堰,施工排水,维修费用很高。为此,在橡胶坝首次建设中,要高度重视每一道工序,橡胶坝建成通水前,严格检查坝袋安装质量,避免工程运行后的返工和大修。

3.4 坝袋破损和老化问题的处理

针对橡胶坝表皮损伤,在没有贯通的情况下,可在坝袋损伤部位贴补原装坝袋胶布,补强胶布的尺寸要比损伤部位的四周大10cm以上,补强胶布周边贴封口胶布。针对橡胶坝贯通损伤,仅有较小磨穿或者刺孔的情况下,可采用在坝袋内外表面分别粘补与坝袋等强度胶布,或在坝袋里边粘贴胶片和在坝袋外表面粘贴补强胶布,补强胶布的尺寸要比损伤部位的四周大至少15cm以上。对撕裂面积比较大的坝袋,视工程需要,可采用双面粘补法或将整幅胶布换掉。在贯通伤尺寸不超12cm时,也可采用钢板螺栓组合的夹补法进行修补,钢板尺寸要大于破损处尺寸15cm以上[7]。

针对坝袋老化,可在坝袋表面涂刷防老化涂层,阻碍外界老化因素的作用,减缓坝袋老化的速度。涂防老化涂层时,坝袋应在充胀状态。涂刷材料常见的有改性氯丁橡胶浆、聚氯酯油漆和氯磺化聚乙烯。预防坝袋老化,科学管理尤为重要,坝袋胶层出现粉化、龟裂、脱层时,应及时清洁坝袋和涂刷防老化涂层,阻止老化深入。

3.5 坝袋振动问题的处理

针对坝袋振动,采取的减振措施主要有:在运行中发现坝体振动时,可以调节坝高,通过控制坝顶溢流来减轻或消除坝袋振动;当下游水位增高时,坝袋容易发生飘动或者蠕动,可向坝袋内充水,使坝袋成为充胀的弹性体,以增加稳定性;充水式坝袋充胀时,袋内经常存有气体形成气囊,引起坝袋振动,可打开坝袋两端的排气阀排除坝袋内气体;出现“烟斗水”情况时,可在坝袋内部折叠处敷设一条橡胶管,橡胶管一端接排水管,另一端通“烟斗水”,将残存在坝袋里的介质导入排水口,使坝袋坍平,消除“烟斗水”[8-10]。在实际运用中,通过观察和分析,确定坝袋运行的安全区和振动危险区,对防止坝袋振动最为有效。

4 结 语

本文分析了充水式橡胶坝运行管理中的常见问题,提出了处理建议,重点介绍了利用机械转刷清洗坝袋表面的技术、坝袋破损和老化问题的处理以及坝袋振动的应对措施。在实际工作中,要理论联系实际,及时发现工程问题,主动分析问题出现的原因,采取切实可行的办法,有效解决问题,不断积累经验,稳步提高橡胶坝的运行管理水平。