充水式橡膠壩運(yùn)行管理中常見(jiàn)問(wèn)題及處理建議

張 超,吳 薇,唐 莉

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

0 引 言

充水式橡膠壩是自1957年以來(lái),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(jì)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(qiáng)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(hù)層加工而成[1]。

本文結(jié)合濟(jì)寧市濟(jì)鄒路南洸府河橡膠壩運(yùn)行管理實(shí)踐和國(guó)內(nèi)有關(guān)做法,分析橡膠壩運(yùn)行管理中的常見(jiàn)問(wèn)題,并提出建議,可為橡膠壩的運(yùn)行管理提供參考與借鑒。

1 工程概況

濟(jì)寧市濟(jì)鄒路南洸府河橡膠壩位于任城區(qū)洸府河濟(jì)鄒公路橋下游480m,對(duì)應(yīng)洸府河樁號(hào)10+900處,工程規(guī)模為大(Ⅱ)型,工程級(jí)別為Ⅱ等,2011年建成。工程采用充水枕式壩袋,壩高4.2m,壩長(zhǎng)為120m,共1節(jié),設(shè)計(jì)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(tái)18.5kW潛水泵,每臺(tái)潛水泵設(shè)計(jì)流量80m3/h;排水泵采用3臺(tái)臥式離心泵,每臺(tái)離心泵配套電機(jī)功率45kW,設(shè)計(jì)排水量600m3/h。橡膠壩主要功能為非汛期攔蓄上游來(lái)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(yùn)行管理中常見(jiàn)問(wèn)題

1)壩袋表面污垢較多。汛期到來(lái)前橡膠壩塌壩后,壩袋在河底長(zhǎng)期接觸淤泥,汛后升壩時(shí)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(yáng)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(dòng)閥門(mén)故障。經(jīng)常遇到的問(wèn)題有閥門(mén)行程控制失靈、開(kāi)度指示失靈。

3)充排水泵電機(jī)采用直接啟動(dòng)方式,沖擊電流過(guò)大。啟動(dòng)時(shí),沖擊電流過(guò)大,會(huì)造成電機(jī)繞組發(fā)熱,縮短電機(jī)壽命,長(zhǎng)時(shí)間會(huì)導(dǎo)致電機(jī)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(mén)沒(méi)有開(kāi)到位,也會(huì)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(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)導(dǎo)致軸封裝置和閥門(mén)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(mén)沒(méi)有開(kāi)到位,也會(huì)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(jī)械密封損傷引起。個(gè)別橡膠壩充水到設(shè)計(jì)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(jiàn)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(yùn)用過(guò)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(dòng)。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(shí),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(dòng)的一個(gè)主要因素。

3 處理建議

3.1 壩袋表面污垢較多問(wèn)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(shí),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(dòng)強(qiáng)度大,清洗效率低。化學(xué)清洗時(shí),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(jī)器帶動(dòng)刷盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng),部分結(jié)構(gòu)在清洗時(shí),可形成負(fù)壓吸附在船體表面,配合潛水員推動(dòng)作業(yè)。轉(zhuǎn)刷轉(zhuǎn)速為 0～450r/min 時(shí),清洗效率可達(dá) 17～186 m2/h。也有在一艘工作船上裝一個(gè)長(zhǎng)的圓柱形轉(zhuǎn)刷,垂直伸到水面以下 2.4～3.7m,這種裝置對(duì)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(guò)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(lái)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(jī)等設(shè)備構(gòu)成的組合機(jī)械,實(shí)現(xiàn)對(duì)壩袋的清洗。這種機(jī)械在豎直旋轉(zhuǎn)清洗輪電機(jī)和水平旋轉(zhuǎn)清洗輪電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下,豎直旋轉(zhuǎn)清洗輪和水平旋轉(zhuǎn)清洗輪實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),通過(guò)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)橡膠壩表面的連續(xù)摩擦,即實(shí)現(xiàn)連續(xù)擦洗。通過(guò)上下行走輪的旋轉(zhuǎn),帶動(dòng)豎直旋轉(zhuǎn)擦洗輪和水平旋轉(zhuǎn)擦洗輪實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng),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(gè)橡膠壩壩袋外表的清洗。

3.2 機(jī)電設(shè)備問(wèn)題的處理

閥門(mén)行程控制失靈由微動(dòng)開(kāi)關(guān)損壞引起,應(yīng)更換微動(dòng)開(kāi)關(guān);閥門(mén)開(kāi)度指示失靈由電位器損壞引起,應(yīng)更換電位器。針對(duì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)沖擊電流過(guò)大的問(wèn)題,可將電機(jī)啟動(dòng)方式由全壓直接啟動(dòng)改為軟啟動(dòng)。電機(jī)功率在7.5kW及以上的水泵可考慮配置軟啟動(dòng)器。根據(jù)電機(jī)負(fù)載情況,為每個(gè)水泵配備足夠容量的軟啟動(dòng)器[5]。

3.3 充排水系統(tǒng)問(wèn)題的處理

針對(duì)充水泵出水量不足,可利用潛水泵抽水配合閥門(mén)開(kāi)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(mén)開(kāi)關(guān)不到位引起的出水量不足,應(yīng)及時(shí)檢修閥門(mén)。針對(duì)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(shí)清理,定期檢修閥門(mén)。

針對(duì)水泵機(jī)械密封漏水,應(yīng)及時(shí)檢查并更換。針對(duì)個(gè)別橡膠壩充水至設(shè)計(jì)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(hù), 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(shí)間, 降低維護(hù)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(fèi)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(yùn)行后的返工和大修。

3.4 壩袋破損和老化問(wèn)題的處理

針對(duì)橡膠壩表皮損傷,在沒(méi)有貫通的情況下,可在壩袋損傷部位貼補(bǔ)原裝壩袋膠布,補(bǔ)強(qiáng)膠布的尺寸要比損傷部位的四周大10cm以上,補(bǔ)強(qiáng)膠布周邊貼封口膠布。針對(duì)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(bǔ)與壩袋等強(qiáng)度膠布,或在壩袋里邊粘貼膠片和在壩袋外表面粘貼補(bǔ)強(qiáng)膠布,補(bǔ)強(qiáng)膠布的尺寸要比損傷部位的四周大至少15cm以上。對(duì)撕裂面積比較大的壩袋,視工程需要,可采用雙面粘補(bǔ)法或?qū)⒄z布換掉。在貫通傷尺寸不超12cm時(shí),也可采用鋼板螺栓組合的夾補(bǔ)法進(jìn)行修補(bǔ),鋼板尺寸要大于破損處尺寸15cm以上[7]。

針對(duì)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(shí),壩袋應(yīng)在充脹狀態(tài)。涂刷材料常見(jiàn)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(shí),應(yīng)及時(shí)清潔壩袋和涂刷防老化涂層,阻止老化深入。

3.5 壩袋振動(dòng)問(wèn)題的處理

針對(duì)壩袋振動(dòng),采取的減振措施主要有:在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)壩體振動(dòng)時(shí),可以調(diào)節(jié)壩高,通過(guò)控制壩頂溢流來(lái)減輕或消除壩袋振動(dòng);當(dāng)下游水位增高時(shí),壩袋容易發(fā)生飄動(dòng)或者蠕動(dòng),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(shí),袋內(nèi)經(jīng)常存有氣體形成氣囊,引起壩袋振動(dòng),可打開(kāi)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(shí),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(shí)際運(yùn)用中,通過(guò)觀察和分析,確定壩袋運(yùn)行的安全區(qū)和振動(dòng)危險(xiǎn)區(qū),對(duì)防止壩袋振動(dòng)最為有效。

4 結(jié) 語(yǔ)

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