無(wú)搭接縫壩袋為建設高充氣壩奠定了基礎
充氣壩壩袋曲撓破壞是6米高充氣壩運行中的一大隱患。為探討其破壞機理，科研人員在實(shí)驗室的曲撓機上進(jìn)行了一系列的試驗。試驗結果表明，5米高有搭接縫充氣壩袋在曲撓7000次時(shí)，搭接縫處開(kāi)始出現裂紋:曲撓15000次時(shí)，兩層壩袋和帆布脫層，內外層膠開(kāi)始有龜裂。在試驗中還看到，搭接縫處6層帆布的中間部位是應力最集中的地方，該處首先產(chǎn)生變形和脫開(kāi)。用6米高的壩袋進(jìn)行試驗，曲撓破壞的程度更為嚴重。而對無(wú)搭接縫充氣壩袋，在曲撓250000次時(shí)，仍無(wú)脫層和龜裂現象。
經(jīng)分析，壩袋在曲撓時(shí)表層處于受拉區，內層為受壓區，受拉區的外緣半徑比受壓區大一個(gè)壩袋厚，所以擠壓區的外緣形成大小不等的凸起。在反復拉壓轉換中，搭接層易出現脫層，使壩袋在實(shí)際運行中無(wú)法實(shí)現多層帆布共同受力。因此，有搭接縫壩袋不宜建高壩，無(wú)搭接縫充氣壩的研制成功為建設高壩奠定了基礎。
無(wú)搭接縫充氣壩袋使帆布直接搭接，其優(yōu)點(diǎn)一是改善了壩袋受力條件，保證壩袋經(jīng)向拉力穩定和均勻，緯向抗拉性能有所提高，增加了壩袋的安全度;二是壩袋充脹后壩體表而比較光滑，水流脈動(dòng)壓力減小，提高了抗震性能，防止壩頂溢流一起共振:三是壩袋一次熱壓合成型，不存在接頭問(wèn)題，徹底解決了有接頭充氣壩在接頭處開(kāi)脫的缺陷，壩袋經(jīng)緯向強力相同，受力均勻，不存在應力集中現象，安全性能更好。
無(wú)搭接縫充氣壩袋生產(chǎn)采用的是一次成型新工藝。大型愕式熱壓合硫化機有33個(gè)液壓油缸，機身長(cháng)33米，可一次生產(chǎn)壩高6米以上的充氣壩袋。該機設置了一套繃緊裝置，生產(chǎn)加工時(shí)可將膠布繃緊，限制其收縮，保證了生產(chǎn)壩袋尺寸的準確性。無(wú)搭接縫充氣壩的生產(chǎn)工藝流程包括膠料混煉、壓延以及最后一次的硫化成型，理論上，壩袋長(cháng)度可無(wú)限制延長(cháng)。
此外，因壩體為一塊膠布，厚度一致，可直接在硫化機上按圖紙要求的尺寸剪裁，然后用牽引機牽引到卷曲機上，再包裝出廠(chǎng)。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程完全在機械化操作下進(jìn)行，大大降低了工人的勞動(dòng)強度，減少了粉塵及化學(xué)溶劑對人體的危害。
錨固線(xiàn)的布置和安裝
錨固是充氣壩工程的關(guān)鍵組成部分，特別是邊坡錨線(xiàn)布置。本工程邊坡錨線(xiàn)采用雙斜線(xiàn)錨固，即邊坡兩條錨線(xiàn)均為斜線(xiàn)，設爬坡段、斜坡段及水平段。爬坡段是從底板向上60厘米，可改善壩袋在轉角處的折皺并便于壩袋安裝，滿(mǎn)足坍壩時(shí)壩袋平整不阻水。斜坡段應使壩袋在拐角處的折皺拉向下游側，提高上游側的擋水高度，以保證壩體蓄水達到設計高度。水平段為壩袋的坍落段，高度比設計高度提高30-60厘米。這種布置形式不僅能達到蓄水高度，而且壩袋充脹時(shí)外表挺拔美觀(guān)。壩袋下游錨固線(xiàn)采用的是內錨安裝，這種方式可使壩袋受力條件更好，保證了壩袋的凹面平整美觀(guān)。
該充氣壩的另一先進(jìn)技術(shù)是壩袋外層膠采用的是三元乙丙復合材料。與其他橡膠材料相比，三元乙丙橡膠具有優(yōu)異的耐老化性能，特別是抗臭氧老化性能。在含臭氧100pphm的介質(zhì)中，經(jīng)過(guò)2430小時(shí)三元乙丙橡膠仍不龜裂，而丁基橡膠僅534小時(shí)、氯丁橡膠僅46小時(shí)就產(chǎn)生了裂日。在3%臭氧濃度下，氯丁橡膠經(jīng)過(guò)7分鐘即有裂紋，而三元乙丙橡膠經(jīng)過(guò)1小時(shí)仍無(wú)裂紋。三元乙丙橡膠可在溫度150℃的環(huán)境里長(cháng)期使用，間歇使用可耐200℃的高溫，物理性能變化緩慢，沖擊彈性好。低溫條件下，三元乙丙橡膠同樣具有良好的彈性，-57℃開(kāi)始變硬，-77℃變脆。三元乙丙橡膠的主要缺點(diǎn)是硫化速度慢，難與其他橡膠并用，自鉆及互豁性能都很差。衡水恒洋工程橡膠公司經(jīng)過(guò)數百次的試驗，研制出三元乙丙橡膠復合材料，成功地應用在壩袋的外層膠上，大大提高了充氣壩袋的耐候性、耐臭氧老化性。試驗結果表明，其耐臭氧老化性能超過(guò)充氣壩技術(shù)規范規定指標的30倍以上。
充氣壩壩袋曲撓破壞是6米高充氣壩運行中的一大隱患。為探討其破壞機理，科研人員在實(shí)驗室的曲撓機上進(jìn)行了一系列的試驗。試驗結果表明，5米高有搭接縫充氣壩袋在曲撓7000次時(shí)，搭接縫處開(kāi)始出現裂紋:曲撓15000次時(shí)，兩層壩袋和帆布脫層，內外層膠開(kāi)始有龜裂。在試驗中還看到，搭接縫處6層帆布的中間部位是應力最集中的地方，該處首先產(chǎn)生變形和脫開(kāi)。用6米高的壩袋進(jìn)行試驗，曲撓破壞的程度更為嚴重。而對無(wú)搭接縫充氣壩袋，在曲撓250000次時(shí)，仍無(wú)脫層和龜裂現象。
經(jīng)分析，壩袋在曲撓時(shí)表層處于受拉區，內層為受壓區，受拉區的外緣半徑比受壓區大一個(gè)壩袋厚，所以擠壓區的外緣形成大小不等的凸起。在反復拉壓轉換中，搭接層易出現脫層，使壩袋在實(shí)際運行中無(wú)法實(shí)現多層帆布共同受力。因此，有搭接縫壩袋不宜建高壩，無(wú)搭接縫充氣壩的研制成功為建設高壩奠定了基礎。
無(wú)搭接縫充氣壩袋使帆布直接搭接，其優(yōu)點(diǎn)一是改善了壩袋受力條件，保證壩袋經(jīng)向拉力穩定和均勻，緯向抗拉性能有所提高，增加了壩袋的安全度;二是壩袋充脹后壩體表而比較光滑，水流脈動(dòng)壓力減小，提高了抗震性能，防止壩頂溢流一起共振:三是壩袋一次熱壓合成型，不存在接頭問(wèn)題，徹底解決了有接頭充氣壩在接頭處開(kāi)脫的缺陷，壩袋經(jīng)緯向強力相同，受力均勻，不存在應力集中現象，安全性能更好。
無(wú)搭接縫充氣壩袋生產(chǎn)采用的是一次成型新工藝。大型愕式熱壓合硫化機有33個(gè)液壓油缸，機身長(cháng)33米，可一次生產(chǎn)壩高6米以上的充氣壩袋。該機設置了一套繃緊裝置，生產(chǎn)加工時(shí)可將膠布繃緊，限制其收縮，保證了生產(chǎn)壩袋尺寸的準確性。無(wú)搭接縫充氣壩的生產(chǎn)工藝流程包括膠料混煉、壓延以及最后一次的硫化成型，理論上，壩袋長(cháng)度可無(wú)限制延長(cháng)。
此外，因壩體為一塊膠布，厚度一致，可直接在硫化機上按圖紙要求的尺寸剪裁，然后用牽引機牽引到卷曲機上，再包裝出廠(chǎng)。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程完全在機械化操作下進(jìn)行，大大降低了工人的勞動(dòng)強度，減少了粉塵及化學(xué)溶劑對人體的危害。
錨固線(xiàn)的布置和安裝
錨固是充氣壩工程的關(guān)鍵組成部分，特別是邊坡錨線(xiàn)布置。本工程邊坡錨線(xiàn)采用雙斜線(xiàn)錨固，即邊坡兩條錨線(xiàn)均為斜線(xiàn)，設爬坡段、斜坡段及水平段。爬坡段是從底板向上60厘米，可改善壩袋在轉角處的折皺并便于壩袋安裝，滿(mǎn)足坍壩時(shí)壩袋平整不阻水。斜坡段應使壩袋在拐角處的折皺拉向下游側，提高上游側的擋水高度，以保證壩體蓄水達到設計高度。水平段為壩袋的坍落段，高度比設計高度提高30-60厘米。這種布置形式不僅能達到蓄水高度，而且壩袋充脹時(shí)外表挺拔美觀(guān)。壩袋下游錨固線(xiàn)采用的是內錨安裝，這種方式可使壩袋受力條件更好，保證了壩袋的凹面平整美觀(guān)。
該充氣壩的另一先進(jìn)技術(shù)是壩袋外層膠采用的是三元乙丙復合材料。與其他橡膠材料相比，三元乙丙橡膠具有優(yōu)異的耐老化性能，特別是抗臭氧老化性能。在含臭氧100pphm的介質(zhì)中，經(jīng)過(guò)2430小時(shí)三元乙丙橡膠仍不龜裂，而丁基橡膠僅534小時(shí)、氯丁橡膠僅46小時(shí)就產(chǎn)生了裂日。在3%臭氧濃度下，氯丁橡膠經(jīng)過(guò)7分鐘即有裂紋，而三元乙丙橡膠經(jīng)過(guò)1小時(shí)仍無(wú)裂紋。三元乙丙橡膠可在溫度150℃的環(huán)境里長(cháng)期使用，間歇使用可耐200℃的高溫，物理性能變化緩慢，沖擊彈性好。低溫條件下，三元乙丙橡膠同樣具有良好的彈性，-57℃開(kāi)始變硬，-77℃變脆。三元乙丙橡膠的主要缺點(diǎn)是硫化速度慢，難與其他橡膠并用，自鉆及互豁性能都很差。衡水恒洋工程橡膠公司經(jīng)過(guò)數百次的試驗，研制出三元乙丙橡膠復合材料，成功地應用在壩袋的外層膠上，大大提高了充氣壩袋的耐候性、耐臭氧老化性。試驗結果表明，其耐臭氧老化性能超過(guò)充氣壩技術(shù)規范規定指標的30倍以上。