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橡膠壩施工中關鍵技術點應用研究

發布日期:2020-09-22   00:00:00    信息來源:     瀏覽數:225 次

隨著科技的快速發展,水利建築行業出現了一種新型建築物,即橡膠壩。這種壩的壩高可以根據實際需要進行調節,且壩頂可以起到溢流堰的作用,在實際應用中較為靈活。1966 年,我國第一座橡膠壩問世。雖然我國橡膠壩建設起步較晚,但發展迅速,近年來已完建大批橡膠壩工程,在農業灌溉、城鎮供水、生態涵水、景觀建設、濕地保護等領域取得了巨大的經濟效益和社會效益。水利、水電、水運事業的發展,對橡膠壩的質量提出了更高的要求。基於橡膠壩堅固性差的弱點和現有壩袋製作特點的限製,不僅需對橡膠壩的結構型式進行相應改進,其施工工藝和流程亦需同步改良。

 

1、 橡膠壩的特點

橡膠壩作為一種新型壩,與其他類型的閘、壩相比具有以下突出優點: ①節省三材。一般可節 省 鋼 材 30% ~ 50% ,節省水泥 20%~50% ,節省木材 60% 。②造價低。與同等規模的鋼結構閘門造價相比一般可減少投資 30% ~70% 。③不阻水、止水效果好。橡膠壩的主要缺點是堅固性較差和易老化。這是因為壩袋的主要材料為幾毫米厚的膠布,雖然 柔性較好,但堅固性較差,容易受到機械損傷,在使用過程中需要精心維護,防止尖銳物刺傷。橡膠壩典型剖麵圖見圖 1

2、 橡膠壩施工關鍵技術

2. 1 準備工作

橡膠壩施工前期準備工作主要包括兩個方麵: 一是土建; 二是橡膠壩袋的定製。土建涉及修築圍堰、施工導流、基坑開挖、基礎底板施工、錨固槽施工、埋設相關控製及觀測管道。土建施工工序流程圖見圖 2。壩袋定製要選擇優秀的生產廠家,保證壩袋質量,出廠後要嚴格檢查其質量和尺寸是否符合設計要求。

2. 2 壩袋錨固

橡膠壩的壩袋錨固形式按錨固的材料分為膠囊錨固、螺栓錨固和楔塊錨固。從目前已建成的橡膠壩工程來看,常用的錨固方式是楔塊錨固和螺栓壓板式錨固。下文主要以楔塊錨固為例分析施工技術,楔塊錨固圖見圖 3。楔塊錨固施工的重點在於橡膠壩楔塊斷麵施工和錨固槽施工。施工時,應優先選擇較重的楔塊,以梯形楔塊為宜,以此來增強壩袋的穩定性,利用水壓力降低壩袋漏水量。安裝壩袋時通過錘擊加固楔塊以固定壩袋,為保證楔塊具有足夠強度,通常在楔塊內添加構造鋼筋。楔塊一般為
500 ~ 600mm 的鋼筋混凝土構件,使用的混凝土強度不低於 C20,長度控製在 150 ~ 200mm,高度小於後楔塊 20mm。在使用楔塊錨固技術時,應選擇合適尺寸的楔塊,並從強度和平整度等方麵入手控製楔塊質量,施工時嚴格控製施工質量,避免楔塊破損或者壩袋被拉出的現象[3-7]。錨固槽施工對尺寸精度要求較高,且在槽口的布置和設計中要保證線條平直,錨固混凝土麵的設計和施工中要保持槽口平整光滑。為保證錨固槽的安裝精度,施工中可采用二期混凝土施工工藝。澆築底板混凝土時,待底板澆築到一定尺寸時停止澆築; 待一期混凝土強度滿足要求後,鑿毛,鋪設錨固槽模板,進行二期混凝土的澆築工作; 錨固槽兩側設置固定擋板,施工中應注意采用合適的預留寬度,一般為 1m; 因地板沉陷縫處設有止水帶,預留深度設置在止水帶上側,避免對止水帶產生幹擾、破壞。由於二期混凝土施工工藝工序多、工期長、安裝工作量大、錨固槽底部易出現空洞現象、止水效果較差,因此在實際工程施工過程中常采用一次成型施工工藝。在一次成型施工工藝中,錨固槽箱型模板支立有兩種方法[8]:


(1) 采用獨立模板支撐體係,錨固槽兩側模板均通過豎向鋼筋固定在對稱的角鐵上,使模板與基礎鋼筋分離,並將對稱的兩根角鐵焊接為一個整體; 角鐵通過鋼筋支架固定模板,避免角鐵直接接觸模板麵,防止拆模後角鐵鏽蝕對錨固槽混凝土麵產生不利影響。
(2) 錨固槽懸空模板在底板混凝土開盤澆築後暫不支立,錨固槽模板的安裝需要待底板澆築至設計底高程以下 10cm 左右後進行; 采用水準儀、經緯儀測量跟蹤放樣並控製安裝精度,錨固槽懸空模板通過鋼筋焊接固定於錨固槽結構配筋; 模板長度以 5m 左右為宜; 在支撐短鋼筋電焊過程中,嚴禁損傷錨固槽結構配筋

2. 3 壩袋安裝

橡膠壩壩袋安裝流程見圖 4。

(1) 安裝檢查。

檢測建築物混凝土結構強度,檢驗其是否滿足設計要求,檢查與壩袋接觸的混凝土表麵是否保持平滑,對充排的管道進行檢查,排除滲漏情況,同時在底板上標明中心線和壩軸線位置。

(2) 底墊片檢測。

嚴格控製底墊片的外形尺寸,出廠以前嚴格檢查底墊片尺寸。

(3) 壩袋就位。

依次按照下遊、上遊、岸牆的鋪設順序安裝壩袋。

(4) 螺絲壓板錨固。

注意平整性,對齊螺絲壓板,不平整的地方用橡膠片墊平; 緊螺帽,在進行充水試驗的同時分階段擰緊螺帽; 可采用扭力扳手等施工工具將螺帽擰緊使其滿足設計要求,在此過程中應逐一擰緊,避免漏擰。

(5) 壩袋安裝。

壩袋安裝前,詳細檢查壩袋底板、墊板等部分雜物是否清理幹淨; 仔細清理基礎表麵後,進行地板鋪設和水帽安裝; 管道進口法蘭與水帽法蘭通過螺栓擰緊底墊片和法蘭墊片; 墊片鋪設時應保持平整以保證止水效果; 壩袋安裝時四周套入錨固螺栓,壩袋入倉,先固定壩袋端部; 安裝完成後再次進行檢查,檢查完成後進入封閉壩袋。

(6) 充排水試驗[9-10]。

以上 5 個步驟的工作結束後,進行壩袋的充排水試驗,一般分為 3 個階段: 第 1 階段,充水至壩高的 50% ,停止充水,靜止 2h。在此期間仔細觀察壩袋是否有打折、漏水等不良現象,確認沒有問題後進入第 2階段。第 2 階段,充水至壩袋設計高度的 80% ,然後靜止 5h。在此期間,需要仔細檢查壩袋,確認無誤後進入第 3 階段。第 3 階段,充水至壩袋設計高度的 100% ,然後靜止 8h。在此期間仔細檢查壩袋,確認無誤後,充水試驗結束,排幹壩袋中的水,開始封裝錨固槽。

2. 4 混凝土工程施工技術

橡膠壩混凝土工程主要是壩底板、壩體下遊部分消力池底板、混凝土護坡以及工程頂部壓頂。澆築順序為從兩端向中間澆築。橡膠壩的基礎一般是在臨時圍堰施工後邊排水邊開挖,開挖到設計高程後澆築混凝土。由於作業空間狹小,對於坑壁支撐、湧水、漏水的處理和開挖次序等,必須對現場進行仔細研究後預先提出切實可行的措施。為避免基礎表麵暴露過久,受擾動變
得鬆軟,開挖時保留 30cm 厚的保護層,待到綁紮底板鋼筋和澆築混凝土之前再繼續挖至設計高程。開挖集水井以排除地下滲水,井的位置與地板的距離不能小於 5cm[11]。在軟基上修建橡膠壩必須注意保持原土,以免基礎遭受擾動和破壞,防止產生不均勻沉陷而改變底板局部的高程。在橡膠壩基礎底板施工中,要特別注意壩袋與基礎底板和岸牆、中墩接觸部位表麵混凝土的質量需同時滿足強度和平整度的要求,尤其應注意壩袋塌落段必須平整、光滑。塌落段的混凝土要進行抹麵處理,以防磨損壩袋。開挖齒牆的槽如為豎直麵,應在短時間內一次開挖成功,並快速綁紮鋼筋和澆築混凝土。開挖深度較大或土質較差時,除下部開挖成豎直牆外,上部宜開挖成斜坡,以免造成塌方。開挖時地下水位必須始終保持在齒牆底部設計高程以下,以免齒牆遭到破壞,齒牆兩側應嚴防受力震蕩造成塌方,回填混凝土要嚴格控製施工質量,避免造成局部沉陷,影響工程安全。

2. 5 壩袋防老化及破損修補技術

橡膠壩防老化主要通過化學防護措施、物理防護措施和設計運行優化 3 個方麵實施。

2. 5. 1 化學防護措施
橡膠壩袋多采用天然橡膠和氯丁橡膠,這兩種材料多采用分子結構中含有較多雙鍵並以易吸水的氧化鎂為硫化體係,耐老性和耐水性較差。所以,橡膠壩壩袋采用化學方法防老化最關鍵的是解決內因造成的老化問題。解決辦法是: 將高分子材料改性,或將防老助劑添加在材料和製品中,以此來提高壩袋本身的耐老化性能。
2. 5. 2 物理防護措施
橡膠壩老化也包括一些物理因素,例如光、熱、電、高能輻射和機械應力等。物理防護的方法有噴油、塗塑料、鍍金屑、噴蠟、著色、覆蓋材料、製成複合層等,也可在壩袋表麵敷設耐老化材料以有效延長壩袋使用壽命。通常采用塗層方法,可以有效阻礙老化、減緩壩袋的老化過程。應注意,壩袋表麵塗層[12]。
2. 5. 3 設計運行優化
除了防護措施物理和化學防護措施,還可在橡膠壩的水工結構、壩型設計和橡膠壩的安裝技術方麵進行合理設計。例如,安裝時減少和避免壩袋的褶皺、變形,使應力分布均勻; 水流過壩時防止震動和磨損。為了延長橡膠壩壩袋的使用壽命,需要嚴格遵守管理方法和操作規程。

2. 6 原漿抹麵施工技術

2. 6. 1 配料、攪拌和運輸
采用施工機械加工、運輸混凝土,混凝土拌製過程中嚴格控製粗、細料質量,使配合比滿足設計要求[13]。
2. 6. 2 澆築和搗實
分層澆築混凝土,澆築過程中混凝土下料要保持均勻,且層間澆築時間差控製在 40min 以內。振搗過程中振搗棒呈梅花形布置工作。振搗過程中合理控製振搗時間,避免振搗不足和過度振搗。
2. 6. 3 抹麵
抹麵分為找平、粗抹、精抹和終抹 4 個階段。

①找平。混凝土澆築時對混凝土麵進行初平,采用砂漿置換出工作麵處的散粒料,按照設計高程用刮尺對工作麵進行平整; 達到平整度後,在混凝土初凝前使用砂漿對殘留部位進行填補。

②粗抹。在混凝土初凝不久具備一定硬度後,再次使用刮尺進行粗抹,主要對表麵混凝土微縮時產生的微裂縫進行修補,壓實表麵粗骨料。

③精抹。混凝土終凝前對混凝土表麵微裂縫進行處理,同時注意保護現場已抹平的混凝土。
④終抹。施工人員對混凝土表麵進行檢查並進行保護,對於平整度不符合要求的部位使用镘刀進行處理。
2. 6. 4 養護
以上工序完成後對混凝土進行覆蓋,盡可能減少養護過程中由混凝土收縮導致的微裂縫。

2. 7 壩袋修補和補強技術

2. 7. 1 壩袋補修技術
為了延長壩袋的使用壽命,對破損壩袋要及時修補。壩袋破損的修補分為局部修補、全麵修補、水下搶修和重要部位修補。

(1) 局部修補。

充壩斷水,檢修壩頂和壩的下遊麵。對搭接縫的封口脫落、壩袋氣泡和輕度破損及時修補。壩袋起泡有兩種情況: 一是膠泡,即膠層下麵的水泡; 二是布泡,即帆布下麵的水泡。

1) 膠泡的處理。

用剪刀割去鼓起的膠泡,然後用吹風機充分吹幹,並將壩袋及補強片打毛用 32 的醋酸乙酯和汽油的混合溶液刷洗,待充分揮發後再刷膠漿,停放 10 ~ 20min 後將膠片補上壓實。

2) 布泡的處理。

將帆布下層的水用注射管將水抽掉,將空氣泡用小鐵輥滾壓實,用等強膠布貼補 (工藝上同樣需要打毛、刷洗、刷膠漿、補強壓實)。

(2) 全麵修補。

築圍堰斷流,保證無水作業。拆除壩袋,對壩袋內外進行全麵檢查。主要采用挖補、半挖補和粘補等措施,如裂口冒水采用挖補法,內外選用等強膠布粘補,膠布周邊大於受損麵積 7 ~ 8cm。大麵積挖補時,需大於20cm,膠布受損采用半挖補法,選用單層膠布粘補,膠片周邊大於受損麵積 5 ~ 6cm。鼓泡用貼補法,選用膠片粘補,膠片周邊大於受損麵積 4 ~ 6cm。上述兩種情況均屬於無水現場冷粘法。現場修補壩袋,一般要選擇適宜的氣溫及濕度。環境溫度在 15 ~ 25℃、濕度低於 70% 時,應避免在雨天和風沙天氣施工,如天氣濕度過大,則要在紅外燈照射下進行。

(3) 水下搶修。

壩袋在運行中遇到突然破損時,應采取臨時搶修措施。當出現小的孔洞時,可用急救塔式木塞或橡膠塞堵孔; 如貫穿孔較大時,可采用鋼板螺栓組合的夾補法修補。壓板的形式有圓頭形、棱形和圓餅形等,圓餅形螺栓主要用於環向曲線撕裂的修補,地麵壓板與螺栓頭先焊牢,以免上螺帽時螺栓鬆動,通常可用手搖鑽沿破損麵的上、下孔部位鑽孔,用螺栓壓板先

將裂口加緊止水及補強。

(4) 重要部位修補。

水下搶修後,待有條件時再將螺栓壓板拆除,在無水現場使用冷粘法進行處理,可以用手提小壓合機進行修補,這樣可使壩袋恢複原有質量,而不會因破一個小孔洞而喪失工作能力。

2. 7. 2 壩袋補強技術
橡膠壩運行一段時間後,壩袋強度在一定程度上會隨之降低,一旦出現問題將嚴重影響工農業生產和效益的發揮。為此,檢修過程中需要進行橡膠壩壩袋的補強工作。壩袋補強前,需做好準備工作,主要包括壩袋損傷情況檢查、附屬工作實施 (現場排水渠係開挖、壩袋拆除、拆壩)、補強材料準備、工作場麵整修等。

壩袋補強方法主要有挖補、半挖補、貼補等。一般情況下,裂口冒水采用挖補法,內外選用等強膠布粘補; 膠布受損采用半挖補法補強,選用單層膠布粘補; 壩麵浸水、淹水、鼓泡、外析液體等,視內部受損情況而定,采用貼補法或半挖補法補強,選用膠片或單層膠布粘補; 砂眼視損傷情況而定,嚴重者采用貼補法補強,選用膠片粘補; 微型鼓泡,即小鼓泡群,其鼓泡為軟
泡且嚴重的,采用貼補法補強,選用膠片粘補;輕度微型軟鼓泡、微型硬鼓泡及龜裂暫不處理,待使用中觀察,視發展情況再定; 封口條連續性鼓泡、起拱、外析液體等,中、重度更換封口條,輕度暫緩實施。
(1) 橡膠壩壩袋補強施工一般為露天作業,要選擇氣溫、濕度適合,無風沙天氣施工。空氣濕度應在 70% 以下,溫度不能過低或過高,在18 ~ 35℃為宜。粘補時記明濕度、溫度備查,每日一般分 4 次記錄,填好相關參數。
(2) 壩麵受損粘補膠片時,粘補膠片周邊大於受損麵積 5 ~ 6cm; 粘補膠布時,小麵積的膠布周邊 大 於 受 損 麵 積 7 ~ 8cm,大 麵 積 的 大 於20cm。封口條更換,新舊相接的兩頭均要留有搭接尺度,按更換長度加長 10cm。
(3) 按黏結麵的尺寸,將壩麵和膠布、膠片、膠條用打磨機 (木銼) 進行打磨,打磨麵達到平整、均勻、無亮處。補強部位潮濕處,用吹風機烘幹,達到基本幹燥為準。
(4) 黏結麵不平整處,粘補前用剪刀、木銼修整,填補墊片,達到大麵平整後,再行粘補。
(5) 黏結麵不得有任何雜質,用硬刷清理幹淨。塗膠前用醋酸乙酯和適量 120 號汽油進行塗刷,將汙物清除幹淨,然後晾幹,待溶劑完全揮發後,再塗膠漿。塗刷溶劑時,毛刷要斜立,用力反複塗刷,由一端開始,順序漸進,以便汙物、雜質全部清除幹淨。
(6) 黏結劑。即黑 (甲) 白 (乙) 漿,應分別密封存放在陰涼幹燥處,隨用隨配,防止浪費,使用前按比例摻和均勻,供塗刷使用。膠漿配合比為黑 (甲) 白 (乙) 漿 = 61,膠漿內要摻入適量的溶劑,溶劑和膠漿調和,達到濃度適中為止。膠漿調後,用毛刷試驗,達到膠漿細絲下達為宜。黑膠漿溶劑配合比為醋酸乙酯120 號汽油 = 64。白膠漿溶劑為醋酸乙酯。
(7) 膠漿的塗刷變數為壩麵 3 遍,封口條 2遍。第 1 遍膠漿稍稀些,以利於膠漿滲透到磨麵中。有規則地按順序塗刷,動作要快而穩。毛刷斜向用力,使膠漿滲入到磨麵內。膠漿塗刷不宜過厚,達到均勻一致。塗刷時間視氣溫而定,一般晾曬 5min 左右即可。第 2 遍塗刷法,基本同第 1 遍,晾幹 10min 左右。第 3 遍較為重要,需密切注意,掌握時間,過早過晚均影響黏合質
量,一般 2 ~ 3min 即可。以表麵不粘手,對粘有勁,並呈現拉絲細密的狀態為宜。
(8) 小麵積壩麵受損由一人操作黏合,大麵積壩麵受損和封口條更換由兩人操作黏合,搶時間按部位初步穩和; 初步吻合後,用花壓輥、平壓輥、輥壓車壓實,壓實中不得留有空隙,循序漸進; 不得殘存氣泡,出現氣泡,用錐子從兩側的黏合麵之間插入將氣體放出,再行壓實。
(9) 膠漿刷的處理。膠漿刷如暫時不用,可放入混合溶劑 (醋酸乙酯120 號汽油 = 32)中浸泡,用時擠幹溶劑; 若隔日再用,要馬上處理,將刷子放入 120 號汽油中浸泡,泡後在粗糙的腳麵上豎向磨蹭,然後用鋼針剔淨備用。壩袋補強需要注意: 修複現場,嚴禁煙火,以防火災; 壩袋清洗後,不得在壩袋上隨意行走,保持壩袋表麵清潔; 現場工作人員不得穿釘鞋上壩,避免壩袋受損。

3、 結語

經過 50 多年的不斷發展,工程人員在改進壩袋結構型式的同時對橡膠壩關鍵部位的施工技術也進行了一係列的創新。本文從橡膠壩壩袋錨固施工、壩袋安裝施工、混凝土工程施工、壩袋防老化及破損修補、原漿抹麵施工、壩袋補強修補 6 個方麵總結提煉了橡膠壩施工關鍵技術,可有效提高橡膠壩施工質量,保證工程按設計要求發揮效益,為橡膠壩施工質量控製提供技術支持。

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作者簡介:

蘇博 ( 1990—) ,女,研究方向: 工程項目管理。
崔玉榮 ( 1995—) ,女,研究方向: 工程項目管理。
焦延濤 ( 1983—) ,男,講師,博士,研究方向: 水工混凝土結構安全。
張帥超 ( 1996—) ,男,工程師,研究方向: 水利工程建設。
王博 ( 1986—) ,男,講師,博士,研究方向: 工程項目管理。