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橡胶坝技术在径流低水头电站中的应用

2017-01-20 12:23

径流低水头电站由于没有库容或库容较小，无法进行径流调节。电站发电运行调度主要决定于天然来水量，丰枯水量差别十分悬殊。特别是汛期，防洪标准要求高，发电与防洪矛盾十分突出，直接影响着电站工程的开发效益。因为对径流低水头电站开发而言，在规划设计上总想尽可能高一点取得发电水头，以提高单机容量和发电出力，尽可能降低档水建筑，减少淹没损失，保证两岸渡汛安全。因此，为了解决这一矛盾，过去一般都靠设置钢闸门或水力自动转轴、翻倒闸门进行挡水控制，平时关闸档水发电，汛期到来开闸泄流，以满足防洪与发电的需要。橡胶坝是一项较新型的水利水电技术，它除有钢闸门、自动转轴、翻倒闸门档水泄流功能之外，还同时具有以下许多优点，可以较好的弥补上述闸门较难兼顾的一些技术缺陷，提高径流低水头电站的发电效益。

l.1在同等溢流断面下橡胶坝较其它闸门泄流能力大橡胶坝的一个显著结构特点是坝袋强度仅只与坝袋高度有关，与坝袋长度无关，所以，其跨度可以很长，多数情况下不需要设置中间闸墩。我区已建橡胶填单跨长度50m，坝高1.5m，泄流塌落后只有一薄层橡胶皮贴在砼基上，与未建坝一样，基本没有阻水问题。而钢闸门和其它闸门因受结构条件限制，不可避免地要建造闸墩，这必定就要减少有效溢流断面，并且闸墩侧面对水流的收缩作用还要影响溢流能力，因此，与钢闸门等其它闸门相比，采用橡坝泄流具有更好的效果。

1.1.1如果下泄流量一定，采用橡胶坝可以缩小过流断面，节约工程价。

1.1.2如果下泄流量一定，且过流断面也相同，采用橡胶坝可心以提高溢流能力，减少淹没损失。

1.2在同等防洪标准下，橡胶坝较其它闸门取得水头高。在一次洪水过程中，橡胶坝与闸门控制的溢流道下泄流量虽然都随着上游水位的增加而增大，都会达到最大的下泄流量。但由于闸门边界条件的差异，下泄流量能力的差异值，橡胶坝下泄流量最大值发生时间要比闸门控制的下泄流量提前一个时段，由此分析可以得出心以下两个结论；

1.2.1在同等防洪标准下，橡胶坝泄流较其它闸门的滞库容小，库内淹没损失相应减少。

1.2.2在同等防洪标准下，橡胶坝较其它闸门达到相同的滞洪库容，那么运用橡胶坝挡水可取得较高的发电水头。

1.3在同等运行功能下，橡胶坝较其它闸门具有更多的优点。

1.3.1施工简便

橡胶坝袋由厂家专业化生产。现场施工只有砼坝基平整止漏及充、排水设施和钢锚固件的制做予理。一座30一50m轴长的坝袋一般只要7一10天就可以安装完成。

1.3.2节省三材

橡胶坝整个档水体积除有薄薄的胶布之外，都是水或空气，可说是以水挡水，三材用量很少，据已建橡胶坝与其它闸门分析比较，一般可节省钢材30－75％、水泥20－80％、木材69％。

1.3.3止水优良

橡胶坝体是用不透水的（气）胶布制成的，坝袋周围连接采用密封锚固处理，没有滑动止水带。特别是斜坡式坝，止水性能更加优良。

1.3.4抗震性能好。

1.3.5运行灵活、可靠。

1.3.6冲沙效果显著。

2径流低水头电站运用橡胶坝造价及效益

2.1造价分析

橡胶坝结构简单，一般中间不需设置任何支承，操作系统可用手动闸阀，不用起臂设备，因此，其工程造价是比较低的。而对低水头电站，充、排水设施容易布置，取水方便造价更低，根据经验分析，橡胶坝造价介于钢闸门与自动多铰间门之间，低于钢闸门，高于自动多铰间门，居于中等水平。我区已建三座坝袋高1.5m、轴长分别50m、30m、25m的橡胶坝，其平均单位米造价为1600元。自1990年以后，橡胶坝袋厂家已翻倍长价，钢材、水泥等材料价格也数倍增长，所以现在建同样一座橡胶坝的造价也会翻番，但仍然远少于钢闸门价格。另一方面，橡胶坝单位米造价与坝袋挡水长度有关，长度越长，单位米造价也会相应降低。综上所述，在径流低水头电站开发中，橡胶坝除具有其它类型闸门应有的功能和自身独有的特点之外，在造价分析上也是比较合理的。

2.2橡胶坝运用效益

橡胶坝由于具有泄洪能力大、止水性能优良、控制操作灵活诸多特点，在径流低水头电站开发中.与其它闸门相比，更显示出良好的经济效益。

2.2.l节约工程投资。运用橡胶坝替代其它类型闸门挡水发电，由于增大了过流能力，在同等挡水运行工况下，减少了淹没损失。如我区娄底市富公亭电站建造橡胶坝轴长50m、高1.5m，在同等溢流截面下较之其它闸门增大过流量329.4m3/s人，从而降低行径水头0.5m，少征稻田40亩，节约投资12万元。

2.2.2增加洪水发电量。前已论证，在相同泄流条件下，橡胶坝下泄流量最大值发生时间比其它闸门要提前一个时段△t。也就是说，在采用其它闸门还没有全部泄空滞洪库容时，橡胶坝已完成泄流任务开始关闸蓄水。这段提前量△t在径流低水头电站发电运行中是极为难得的，它不仅解决了防洪与发电的矛盾，同时有效地增加了发电效益。仍以富公亭电站为例.根据该站一年内倒坝次数和时间统计分析，采用橡胶坝完成一次洪水过程时间平均提前70h（富公亭电站一次洪水过程为120h），电站装机1000kw，即一次洪水过程就可多发电70000kw.h，一年内可多发电420000kw.h。

2.2.3减少漏水量。橡胶坝较之其它闸门可以说是不漏水.根据采用其它闸门进行漏水推算，运用橡胶坝以后，富公亭电站一年可减少漏水量2500万m3，折合可多发电20万kw·h。冷水江市白杨电站原采用自动翻倒闸门，漏水严重，后改建斜坡式橡胶坝后，枯水期每天增加发电运行小时4h。

2.2.4降低运行费。橡胶坝主要运行费用是充坝抽水耗电，但由于一年中倒坝次数不多，主要发生在汛期，实际耗电量也很少，年平均100kw·h左右就够了。坝袋防治化保护涂料价格较高，但三年进行一次，平均每年约1500元，与钢闸门比较也还是相当低的。

3径流低水头电站运用橡胶现评价及改进

橡胶坝技术运用于径流低水头电站开发，具有较好的经济效益。与其它闸、坝相比，橡胶坝是充分利用水头，提高机组出力，增加发电效益的一种更为有效的方法。在防洪溢流方面，它较其它闸门占有显著优势，更能合理地解决防洪与发电矛盾。它具有的系列特点，给工程建设与运行带来了直接的经济效果，同时，也提供了安全可靠的保证。橡胶坝使用寿命可达20年以上，运行维护灵活方便，有利于工程管理。当然橡胶坝也有它自身的弱点，主要是外力破坏、塌坝拍打以及工作环境变坏都会影响着它的使用寿命。橡胶坝技术运用水利水电工程时间还不很长，但它在水电工程技术领域内拓宽了新的途径，正展示出强大的生命力。在橡胶坝应用实践中，我们结合实际进行了几点技术改进，取得了较好的效果。

3.1取消底板橡皮和锚固底垫钢板。底板橡皮的作用是为了防止坝基渗水，在第一、二座橡胶坝中都采用了底板橡皮。但从几年运行后看，由于坝袋内温度高、不透气、工作环境恶劣，底板橡皮都老化破裂，已不能起防渗水作用。因此，在第三座橡胶坝建造中，我们取消

了底垫橡皮，对坝基进行防渗处理，同样达到了止漏效果。同时对锚因底垫钢板通过提高抗压强高和施工基础找平处理方法也取消不用，保证了密封效果。两项改进节约资金5000元左右。

3.2合理设置超压安全管。在设计中超压管的出口高度是按坝袋设计压力相同确定的，但实际上当坝袋充胀到设计高度时，超压管中的水位离出口还相差较高的距离，起不到安全保护的作用。容易造成充水失职时超压损坏坝袋，娄底市石岩坝电站30m长橡胶坝就发生了全坝袋超压撕裂事故。为了防止这种事故，我们改进了超压管，其出口高度以充坝到设计高度时管中的水位为基础，去掉多余部分。另外，为了防止坝袋制造中强度标准不一致和单根超压管溢流能力不够，对橡胶坝两端都进行设置超压管改进，有效地保证了橡胶坝运行安全。

3.3不设固定充水设施。径流低水头电站，一是大坝靠厂房都比较近，河道内取水方便；二是橡胶坝塌坝主要在汛期，一年中需要充水灌坝的时间不多。根据这一特点，对径流低水头电站运用橡胶坝可以不设置固定充水设施，以节约工程造价。橡胶坝的充水，可以采取移动水泵现场充准，有条件的电站还可以共用冷却水管进行充水。因为橡胶坝的充水时间不是主要控制条件，时间长点也没有大的影响。富公亭电站利用冷却水充坝，效果很好，如果在丰水季节想快一点充胀坝体，就抬一台小水泵加灌，运行灵活方便。

　　3.4改进采用斜坡式橡胶坝。目前橡胶坝研制发展主要为两种类型，即堵头式和斜坡式。根据径流低水头电站要用堵头式橡胶坝运行的经验，堵头式橡胶坝由于汛期倒坝频繁和堵头人工粘接质量问题，在反复的塌坝、充坝过程中容易造成堵头薄弱环节破坏而撕开整个坝袋，而斜坡式橡胶坝采用完全锚固，没有堵头挤压止水，因此倒坝运行安全可靠。娄底市石岩坝电站橡胶坝撕裂后，我们在现场修补中把堵头式改为了斜坡式，现在运行状况得到较好的改善，已运行两年没有问题。但是，斜坡式橡胶坝因为两端锚固体采用斜坡布置，会减少部分溢流断面，其值大小由斜坡坡降比例决定。所以，为了提高工程质量和运行可靠性，在泄流断面可以保证的河坝上宜优先采用斜坡式橡胶坝挡水为好。另外斜坡式橡胶坝造价更低，安装维护更为方便。

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