CN114606907B - 一种双向挡水充水气盾坝 - Google Patents

一种双向挡水充水气盾坝 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双向挡水充水气盾坝，属于水利水电设施技术领域。所述的一种双向挡水充水气盾坝是设置于坝体上下游均有水的水道上的挡水设施，克服下游水浮力造成现有气盾坝运行不稳定或丧失功能。其包括供水系统，由高压水泵、进排水阀、进水阀、排水阀构成；压缩空气系统；手动控制输送系统，由主管道、球阀、机械管道排和比例阀组成；自动控制系统，由PLC、压力传感器、水流量传感器、水位传感器、角度仪、视频监控器构成；远程监控系统；坝体，由钢盾、双向挡水胶布幕、橡胶气囊、主锚固系统及附件构成。本发明解决了下游水浮力造成的气盾坝运行问题，安装及运行简易实时性好、故障率低、实用性强，挡水防汛效果好；其生产工艺及安装简便。

Description

一种双向挡水充水气盾坝
技术领域
本发明属于水利水电设施技术领域。涉及一种双向挡水充水气盾坝，具体是设置于坝体上下游均有水的水道上的挡水设施。
背景技术
气盾坝是在传统挡水坝，水泥坝、钢坝(闸门)的基础上开发的新坝型。1984年，王博文曾在《江苏水利》1984年第04期第92～108页，公开了“充水式橡胶坝”，比较详尽地介绍了传统的充水式橡胶坝。其中“坝袋锚固方法”提到了“靴式”槽楔块锚固。
气盾坝继承了传统活动坝型之精华，克服了传统活动坝型的瓶颈问题，具有结构简单，建设、安装、使用及维护简单快捷的特点；防洪渡汛能力突出，运行安全可靠；过水高度和运行状态持续可控；具有更强的清污、排淤能力；升降自如、敏捷，运行管理简单、无人值守；使用寿命超长，综合效益高；抗震能力强，对基础的适应性高；景观效果好及具备生态及环境友好等特点。
气盾坝与其它坝型比较优势明显，得到了业内的广泛认同及青睐，各种生产技术及产品不断涌现。
2010年12月，本发明人的公开号CN 102086637 B，公开了“高压无缝大型橡胶气囊及其生产工艺”，核心技术为“组成物为耐候性优异的EPDM外覆盖胶、至少四层(双数)彼此90度角交错呈46-56度角的连续高强帘子线构成的骨架层、氯丁和天然并用胶构成的中胶层和气密性优异的丁基橡胶构成的内胶层。其生产工艺流程：(1)生胶塑炼、配合、混炼、下片；(2)高强帘子线浸胶、挂胶；(3)滚筒旋转预成形；编制开口端纤维使其接头成连续状，同时贴胶片；(4)一次整体成型；(5)整体硫化；(6)边、角补强热硫化”。
2012年4月，公开号CN 102628260 B的发明专利，公开了“一种挡水坝气囊的平板硫化机硫化加工方法”，核心技术为“包括橡胶内层(1)、橡胶外层(2)，二者之间夹设有骨架层(3)，三者通过硫化技术结合为一体结构，橡胶内层(1)、橡胶外层(2)包括帘子布和橡胶层，帘子布与橡胶层通过压延技术紧密贴合为一体形成，骨架层(3)为2-10层，每层骨架层(3)包括帘子布和橡胶层，帘子布与橡胶层通过压延技术紧密贴合为一体，形成一层骨架层(3)，奇数层与偶数层帘子布的帘线(5)倾斜角度相反，帘线(5)的倾斜角度为40-60度，帘子布为涤纶帘子布或者锦纶帘子布”。
2013年12月，公开号CN 103669294 B的发明专利，公开了“一种双向挡水气盾坝”，核心技术为“所述的气盾坝单体包括第一挡水板、与第一挡水板等宽的第二挡水板、位于第一挡水板和第二挡水板之间的气囊，第一挡水板的和第二挡水板的上端相连，第一挡水板和第二挡水板的下端分别通过锚固件连接在混凝土基础上；第二挡水板的中部可以折叠”。
上述气盾坝总体能够满足一定的挡水及防汛效果，但通过实际应用发现存在以下不足：
1、在坝体上下游均有水的水道上挡水及防汛，下游水浮力造成现有气盾坝运行不稳定或丧失功能。
2、平板硫化机生产气盾坝核心组件橡胶气囊的工艺，较高的温度和压力使骨架纤维和橡胶材料产生热老化现象及造成纤维出现劈股，使材料强度降低及产品使用寿命缩短，特别是气囊尺寸较大时，采用的分段硫化，其现象更为严重；同时平板硫化机消耗及损失热能较大，运行成本高。
3、气囊的增强骨架纤维的结构中纤维布是不连续的，是通过橡胶或粘合剂粘结或搭接，致使整体气囊的耐老化性不好，使用寿命大大缩短。
4、挡水高度高于2.5米时，采用平板型上、下压板，需要在气囊边缘穿孔，在高气压的工况，易将气囊撕裂，造成事故及危险，可靠性和安全性差。
5、硬质材料的“第二挡水板”僵硬，使气盾坝运行阻力变大，变形更易造成气盾坝的可靠性和安全性差。
6、每个气囊不是独立控制，造成运行时不同步，易产生事故。
7、高海拔或日照强烈工况下，碳钢的防腐表面的耐候性及抗紫外性不足。
8、单一主锚固形式及预埋螺栓的施工较繁琐复杂，需二期浇筑混凝土，难以保证主螺栓的精准定位，人为因素影响很大及劳动强度高。
9、气囊漏气或慢撒气成常态。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种双向挡水充水气盾坝，其解决了下游水浮力造成的气盾坝运行问题，安装及运行简易实时性好、故障率低、实用性强，挡水防汛效果好；其生产工艺及安装简便。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种双向挡水气盾坝，所述的一种双向挡水充水气盾坝是设置于坝体上下游均有水的水道上挡水设施，克服下游水浮力造成现有气盾坝运行不稳定或丧失功能。
所述一种双向挡水充水气盾坝包括供水系统1，由高压水泵11、手/自动进排水阀12、手/自动进水阀13、手/自动排水阀14构成；压缩空气系统2，手动控制输送系统3，由管道31、球阀32、汇流排33和比例阀34组成；自动控制系统4，由PLC 41、压力传感器42、压力表43、水流量传感器44、水位传感器45、角度仪46、视频监控器47构成；远程监控系统5及其所含的SCADA；坝体6，由钢盾61、双向挡水胶布幕62、橡胶气囊63、主锚固系统64、楔形压板65、柔性铰链盖板66、间止封、侧止封、抑制带和侧墩板67构成；
所述一种双向挡水充水气盾坝，手/自动进水阀13有2个，手/自动排水阀14有2个；
所述一种双向挡水充水气盾坝，手动控制输送系统3的汇流排33连接在主管道31上，由支管道33a、球阀32、压力传感器42、压力表43、比例阀34构成；
所述一种双向挡水充水气盾坝，水位传感器45分为上游水位传感器L1和下游水位传感器L2；
所述一种双向挡水充水气盾坝，上游水位传感器L1和下游水位传感器L2为设置在水面上的雷达水位传感器；
所述一种双向挡水充水气盾坝，自动控制系统4和远程监控系统(5)及其所含的SCADA交互反馈，由PLC 41、HMI和屏蔽信号线实现连接及监控压力传感器42、压力表43、水流量传感器44、水位传感器45、角度仪46、视频监控器47、手/自动进排水阀12、手/自动进水阀13、手/自动排水阀14构成，控制及调节供水系统1及压缩空气系统2的供水、供气的流量和压力；
所述一种双向挡水充水气盾坝，远程监控系统5及其所含的SCADA与自动控制系统4的PLC连接相互反馈实现远程监控；
所述一种双向挡水充水气盾坝，主锚固系统64包括：主锚固螺栓排64a、根部埋件64b、楔部埋件64c、主锚固浇筑定位模板64d、楔形压板65或上下压板、柔性铰链盖板66；
所述一种双向挡水充水气盾坝，主锚固螺栓排64a有数根螺杆、锚固排框架和螺母构成；
所述一种双向挡水充水气盾坝，金属螺杆及螺母的材质可为316L或304不锈钢或碳钢，锚固排框架为碳钢材质；
所述一种双向挡水充水气盾坝，钢盾61结构包括：钢盾主板61a、肋板61b、破波板61c和盾板轴61d；
所述一种双向挡水充水气盾坝，钢盾61材质为316L不锈钢或304不锈钢或重防腐的碳钢；
所述一种双向挡水充水气盾坝，2.5米以下挡水高度的双向挡水充水气盾坝为平板型上下压板，高于2.5米挡水高度的为楔形压板65。
进一步地，所述一种双向挡水充水气盾坝根据需求，由数组气盾坝模块单元构成，双向挡水充水气盾坝模块单元包括：单个钢盾61，双向挡水胶布幕62、单个橡胶气囊63，汇流排33的一条支管道33a串联的球阀32、压力传感器42、压力表43、比例阀34、角度仪46。
进一步地，所述双向挡水充水气盾坝模块单元的单个橡胶气囊63的长度短于10米，与宽度比在2.5以上。
进一步地，所述双向挡水胶布幕62和橡胶气囊63的外层耐候橡胶是三元乙丙橡胶；其100份的三元乙丙橡胶的混炼胶中加入0.5～1份马来酰亚胺类物质(M)及5～10份的直链烷烃溶剂油。
进一步地，所述重防腐的碳钢盾的防腐方法：热镀锌层+环氧富锌底漆+环氧云铁中间漆+喷涂弹性体防腐面层。
进一步地，所述汇流排33采用焊接304不锈钢管制成；根据橡胶气囊63的单元数，设置对应的支管道33a数量；将压力传感器42、压力表43、水流量传感器44、比例阀34串连与球阀32并联成单条支管道33a，即模块式控制单元，实现手动和自动单独控制；所有单条支管道33a，再并联在主管道31，构成一个整体。
进一步地，所述双向挡水胶布幕62和橡胶气囊63的生产工艺及设备为热压罐生产工艺方法，热压罐具有热空气压力及产品在模具中有真空负压。
进一步地，所述双向挡水胶布幕62的制备方法包括以下步骤：
步骤1：将100份的三元乙丙橡胶的混炼胶中加入0.5～1份马来酰亚胺类物质(M)及5～10份的直链烷烃溶剂油，混炼；
步骤2：将上述混炼胶压延成胶片，制得外层耐候混炼胶胶片62a；
步骤3：在上述外层耐候混炼胶胶片62a面上，按45度角在第一层粘合中胶片一62b上铺第一层骨架纤维帘线一62c；
步骤4：再铺第二层粘合中胶片一62b，再在其上按90度交叉形式铺第二层骨架纤维一62c；
步骤5：铺第三层粘合中胶片一62b后，铺外层耐候混炼胶胶片62a；
步骤6：每次铺设均需用擀压辊擀压，制得双向挡水胶布幕62的预定型件，再冷压成此预定型复合胶片二布三胶的双向挡水胶布幕62的预成型件；
步骤7：将上述预定型复合胶片二布三胶的双向挡水胶布幕62的预成型件装入弹性外膜袋中，将其虚卷成卷，抽真空到-0.090MPa，送入热空气压力为0.8MPa的热压罐中硫化，制得双向挡水胶布幕62。
进一步地，所述橡胶气囊63的制备方法包括以下步骤：
步骤1：将橡胶气囊63的气密内胶片63a按产品模具尺寸包裹在模具上，再在其上铺第一层粘合中胶片二63b；
步骤2：按45度角在第一层粘合中胶片二63b铺第一层骨架纤维帘线二63c；
步骤3：铺第二层粘合中胶片二63b，再在其上按90度交叉形式铺第二层骨架纤维帘线二63c；
步骤4：按步骤3重复铺粘合中胶片二63b和骨架纤维帘线二63c，至达到设计要求，铺最后一层粘合中胶片二63b；
步骤5：将100份的三元乙丙橡胶的混炼胶中加入0.5～1份马来酰亚胺类物质(M)及5～10份的直链烷烃溶剂油，混炼，并压延成外层耐候胶片63d；将其铺在最后一层粘合中胶片二63b上；
步骤6：每次铺设均需用擀压辊擀压，制得橡胶气囊63的预定型件，再冷压成此预定型复合胶片N布N+1胶的橡胶气囊63的预成型件；
步骤7：将上述橡胶气囊63的预成型件装入弹性外膜袋中，抽真空到-0.090MPa，送入热空气压力为0.8MPa的热压罐中硫化，小型气囊装入金属模具中直接在平板硫化机上硫化，即制成橡胶气囊63。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明一种双向挡水充水气盾坝的功能性及可靠性强，安装及运行简易，挡水防汛性好，适用于各种复杂的坝体上下游均有水的水道上挡水及防汛工况，解决了下游水浮力造成现有气盾坝运行不稳定或丧失功能的问题；
2、采用热压罐生产气囊工艺，热空气压力及产品在模具中有真空负压，提高了气囊产品的致密性、整体性、质量及使用寿命，杜绝了纤维劈股、热老化；降低了硫化温度及时间，提高热能利用率；
3、气囊的增强骨架纤维的蚕茧式结构，真正地实现了骨架纤维的连续性，保证了整体气囊的强度、耐老化性及提高使用寿命到50年以上；
4、橡胶气囊的功能层及外层耐候橡胶的配伍，使其耐老化性及使用寿命提高，并保证了气囊的柔韧性及运行的压力减小；
5、限定橡胶气囊长度与宽度(挡水高)比在2.5以上，减小了气盾坝运行压强，提高了气盾坝运行的可靠性和安全性；
6、采用无穿孔的楔形锚固形式，保证了在高强度及高气压的工况下，气盾坝的可靠性和安全性；
7、每个气囊为时时独立控制，保证了各模块式单元运行的一致性及整体气盾坝无“缝隙”运行；
8、碳钢盾板的表面防腐设计及应用，确保盾板的重防腐及耐老化性、抗紫外性，特别适用于在高海拔或日照强烈等苛刻防腐要求的工况；
9、采用螺栓锚固排、浇筑模板、根部埋件及楔部埋件的锚固系统，保证了主螺栓的精准定位、省略了二期浇筑混凝土、减轻了施工繁琐复杂性、人为因素影响及劳动强度；
10、采用水面上的雷达水位传感器，方便安装及维护，并有效地监控的气盾坝运行；
11、综合多项有益效果，消除了气囊漏气或慢撒气，使得双向挡水充水气盾坝整体具有稳定性、可靠性和安全性。
附图说明
图1为本发明双向挡水充水气盾坝的整体结构示意图；
图2为本发明中双向挡水充水气盾坝的钢盾结构示意图；
图3a为本发明中双向挡水充水气盾坝体组成结构及运行示意图(有双向挡水胶布幕)；
图3b为本发明中双向挡水充水气盾坝体组成结构及运行示意图(有双向挡水胶布幕，倒伏状态)；
图4为本发明中双向挡水充水气盾坝挡水胶布幕的结构示意图；
图5为本发明中双向挡水充水气盾坝气囊结构示意图；
图6为本发明中双向挡水充水气盾坝气囊的骨架纤维结构示意图；
图7为本发明中双向挡水充水气盾坝的锚固系统组成结构示意图；
图8为本发明中双向挡水充水气盾坝的气动汇流排结构示意图；
图9为本发明中双向挡水充水气盾坝自动控制系统及SCADA的组成结构示意图。
图中：1-供水系统，11-高压水泵、12-手/自动进排水阀、13-手/自动进水阀、14-手/自动排水阀；2-压缩空气系统，3-手动控制输送系统，31-管道、32-球阀、33-汇流排、33a-支管道、34-比例阀；4-自动控制系统，41-PLC、42-压力传感器、43-压力表、44-水流量传感器、45-水位传感器、46-角度仪、47-视频监控器；5-远程监控系统；6-坝体，61-钢盾、61a-钢盾主板、61b-肋板、61c-破波板、61d-盾板轴、62-双向挡水胶布幕、62a-外层耐候混炼胶胶片、62b-粘合中胶片一、62c-骨架纤维帘线一、63-橡胶气囊、63a-气密内层胶片、63b-粘合中胶片二、63c-骨架纤维帘线二、63d-外层耐候胶片、64-主锚固系统、64a-主锚固螺栓排、64b-根部埋件、64c-楔部埋件、64d-主锚固浇筑定位模板、65-楔形压板、66-柔性铰链盖板和67-侧墩板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种双向挡水充水气盾坝，所述的气盾坝是设置于坝体上下游均有水的水道上挡水设施，克服下游水浮力造成现有气盾坝运行不稳定或丧失功能。
一种双向挡水充水气盾坝包括供水系统1，由高压水泵11、手/自动进排水阀12、手/自动进水阀13、手/自动排水阀14构成；压缩空气系统2，手动控制输送系统3，由管道31、球阀32、汇流排33和比例阀34组成；自动控制系统4，由PLC 41、压力传感器42、压力表43、水流量传感器44、水位传感器45、角度仪46、视频监控器47构成；远程监控系统5；坝体6，由钢盾61、双向挡水胶布幕62、橡胶气囊63、主锚固系统64、楔形压板65、柔性铰链盖板66、间止封、侧止封、抑制带和侧墩板67构成。
手/自动进水阀13有2个，手/自动排水阀14有2个；
手动控制输送系统3的汇流排33连接在主管道31上，由支管道33a、球阀32、压力传感器42、压力表43、比例阀34构成；
水位传感器45分为上游水位传感器L1和下游水位传感器L2；
上游水位传感器L1和下游水位传感器L2为设置在水面上的雷达水位传感器；
自动控制系统4和远程监控系统5及其所含的SCADA交互反馈，由PLC 41、HMI和屏蔽信号线实现连接及监控压力传感器42、压力表43、水流量传感器44、水位传感器45、角度仪46、视频监控器47、手/自动进排水阀12、手/自动进水阀13、手/自动排水阀14构成，控制及调节供水系统1及压缩空气系统2的供水、供气的流量和压力；
远程监控系统5及其所含的SCADA与自动控制系统4的PLC连接相互反馈实现远程监控；
主锚固系统64包括：主锚固螺栓排64a、根部埋件64b、楔部埋件64c、主锚固浇筑定位模板64d、楔形压板65或上下压板、柔性铰链盖板66；
主锚固螺栓排64a有数螺杆、锚固排框架和螺母构成；
金属螺杆及螺母的材质可为316L或304不锈钢或碳钢，锚固排框架为碳钢材质；
钢盾61结构包括：钢盾主板61a、肋板61b、破波板61c和盾板轴61d；
钢盾61材质为316L不锈钢或304不锈钢或重防腐的碳钢；
2.5米以下挡水高度的双向挡水充水气盾坝为平板型上下压板，高于2.5米挡水高度的为楔形压板65。
双向挡水充水气盾坝根据需求，由数组气盾坝模块单元构成，双向挡水充水气盾坝模块单元包括：单个钢盾61，双向挡水胶布幕62、单个橡胶气囊63，汇流排33的一条支管道33a串联的球阀32、压力传感器42、压力表43、比例阀34、角度仪46。
双向挡水充水气盾坝模块单元的单个橡胶气囊63的长度短于10米，与宽度比在2.5以上。
双向挡水胶布幕62和橡胶气囊63的外层耐候橡胶是三元乙丙橡胶；其100份的三元乙丙橡胶的混炼胶中加入0.5～1份马来酰亚胺类物质(M)及5～10份的直链烷烃溶剂油。
热镀锌层+环氧富锌底漆+环氧云铁中间漆+喷涂弹性体防腐面层。
汇流排33采用焊接304不锈钢管制成；根据橡胶气囊63的单元数，设置对应的支管道33a数量；将压力传感器42、压力表43、水流量传感器44、比例阀34串连与球阀32并联成单条支管道33a，即模块式控制单元，实现手动和自动单独控制；所有单条支管道33a，再并联在主管道31，构成一个整体。
双向挡水胶布幕62和橡胶气囊63的生产工艺及设备为热压罐生产工艺方法，热压罐具有热空气压力及产品在模具中有真空负压。
双向挡水胶布幕62的制备方法包括以下步骤：
步骤1：将100份的三元乙丙橡胶的混炼胶中加入0.5～1份马来酰亚胺类物质(M)及5～10份的直链烷烃溶剂油，混炼；
步骤2：将上述混炼胶压延成胶片，制得外层耐候混炼胶胶片62a；
步骤3：在上述外层耐候混炼胶胶片62a面上，按45度角在第一层粘合中胶片一62b上铺第一层骨架纤维帘线一62c；
步骤4：再铺第二层粘合中胶片一62b，再在其上按90度交叉形式铺第二层骨架纤维帘线一62c；
步骤5：铺第三层粘合中胶片一62b后，铺外层耐候混炼胶胶片62a；
步骤6：每次铺设均需用擀压辊擀压，制得双向挡水胶布幕62的预定型件，再冷压成此预定型二布三胶复合胶片的双向挡水胶布幕62的预成型件；
步骤7：将上述预定型二布三胶复合胶片的双向挡水胶布幕62的预成型件装入弹性外膜袋中，将其虚卷成卷，抽真空到-0.090MPa，送入热空气压力为0.8MPa的热压罐中硫化，制得双向挡水胶布幕62。
橡胶气囊63的制备方法包括以下步骤：
步骤1：将橡胶气囊63的气密内胶片63a按产品模具尺寸包裹在模具上，再在其上铺第一层粘合中胶片二63b；
步骤2：按45度角在第一层粘合中胶片二63b铺第一层骨架纤维帘线二63c；
步骤3：铺第二层粘合中胶片二63b，再在其上按90度交叉形式铺第二层骨架纤维帘线二63c；
步骤4：按步骤3重复铺粘合中胶片二63b和骨架纤维帘线二63c，至达到设计要求，铺最后一层粘合中胶片二63b；
步骤5：将100份的三元乙丙橡胶的混炼胶中加入0.5～1份马来酰亚胺类物质(M)及5～10份的直链烷烃溶剂油，混炼，并压延成外层耐候胶片63d；将其铺在最后一层粘合中胶片二63b上；
步骤6：每次铺设均需用擀压辊擀压，制得橡胶气囊63的预定型件，再冷压成此预定型N布N+1胶复合胶片的橡胶气囊63的预成型件；
步骤7：将上述预定型复合胶橡胶气囊63的预成型件装入弹性外膜袋中，抽真空到-0.090MPa，送入热空气压力为0.8MPa的热压罐中硫化，小型气囊装入金属模具中直接在平板硫化机上硫化，即制成橡胶气囊63。
本发明上述涉及双向挡水胶布幕62的粘合中胶片一62b及外层耐候混炼胶胶片62a和橡胶气囊63材料的气密内胶63a、粘合中胶片二63b及外层耐候胶片63d的制造方案中：产品的硫化胶物理机械性能如表1，其中外层耐候混炼胶胶片62a和外层耐候胶片63d的材料使用寿命按国际标准ISO 11346：1997，做70℃、80℃、90℃的热空气加速老化实验，以拉伸性能外推其23℃使用寿命为79.3年(安全系数为2)。
表1硫化胶性能
本发明外层耐候混炼胶胶片62a和外层耐候胶片63d橡胶材料EPDM配伍，产品的食品卫生性能按国家标准GB 4806.11-2016《食品接触用橡胶材料及制品》检验性能如表2：
表2胶料食品卫生检验
橡胶与纤维增强骨架所制的复合材料的物理机械性能如表3：
表3复合胶搽胶织物物理性能
本发明双向挡水胶布幕62和橡胶气囊63的橡胶材料组分配伍优异性能，生产工艺操作简便、可满足耐候、耐老化、高强度橡胶材料及水利工程用橡胶件或其它橡胶制品的一次成型和硫化，生产稳定性好；所生产的橡胶制品的耐压强度高(使用压力达1.5MPa以上)、使用寿命超过50年、环境卫生指标超国标要求4个数量级；特别适用于水利挡水防汛工程的各类气盾坝及橡胶坝的关键件气囊的生产应用。
本发明涉及双向挡水胶布幕62和橡胶气囊63的测试方法：
GB/T 2941-2006《橡胶试样环境调节和试验的标准温度、湿度及时间》(eqv ISO23529：2004)；
GB/T 528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》(eqv ISO 37：2005)；
GB/T 529-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定(裤形、直角形和新月形试样)》(eqv ISO 34：2004)；
GB/T 531.1-2008《橡胶袖珍硬度计压入硬度试验方法》(idt ISO 7619：2004)；
GB/T 3512-2014《硫化橡胶或热塑性橡胶热空气加速老化和耐热试验》(neq ISO188：2011)；
GB/T 7759-2015《硫化橡胶、热塑性橡胶常温、高温和低温下压缩永久变形测定》(eqv ISO 815：2008)；
GB/T 7762-2014《硫化橡胶耐臭氧老化试验静态拉伸试验法》(neq ISO 1431/1：2004)；
GB/T 9865.1-1996《硫化橡胶或热塑性橡胶样品和试样的制备第一部分：物理试验(idt ISO 4461-1：1993)；
GB/T 15256-2014《硫化橡胶低温脆性的测定(多试样法)》(eqv ISO 812：2011；
ISO 11346：2014《Rubber,vulcanized or thermoplastic-Estimation of life-time and maximum temperature of use from an Arrhenius plot》；
GB/T 7755.1-2018《硫化橡胶或热塑性橡胶透气性的测定第1部分：压差法》(eqvISO 2782-1:2012,NEQ)
GB 4806.11-2016《食品接触用橡胶材料及制品》；
GB/T 532-2008《硫化橡胶与织物粘合强度的测定(neq ISO 36:2005)；
HG/T 2580-2008《橡胶或塑料涂覆织物拉伸强度和扯断伸长率的测定》(eqv ISO1421:1977)。
本发明所涉及碳钢盾61及其它碳钢的表面重防腐方案：
碳钢的表面重防腐方案如表4，防腐性能如表5和表6：
表4碳钢的表面重防腐方案
涂层 名称 干膜厚度DFT：μm 注
热喷锌 锌粉 80～120
底漆 环氧富锌 40～80
中涂层 环氧云母铁中间漆 60～80 玻璃鳞片
面漆 喷涂弹性体防腐面层 60～120 超强抗紫外线及耐候
表5底漆及中涂层防腐性能
表6喷涂弹性体防腐面层防腐性能
性能 数据
拉伸强度，MPa≥ 20
断裂伸长率，％≥ 150
附着力(潮湿面)，MPa≥ 8
耐冲击性，kg.m≥ 1.5
撕裂强度，kN/m≥ 25
耐液体介质(10％H2SO4、10％HCL、10％NaOH，3％NaCL，30d) 无锈蚀、不起泡、不脱落
耐水性(30d) 无锈蚀、不起泡、不脱落
耐磨性(750g/500r)/mg 40
低温柔性(-30℃在10mm轴180°弯折) 不开裂
耐盐雾性(2000h) 无锈蚀、不起泡、不脱落
本发明涉及碳钢盾61及其它碳钢的表面重防腐的测试方法：
GB/T 9793-2012《热喷涂金属和其他无机覆盖层锌、铝及其合金》(eqv ISO 2063:2005IDT)；
HG/T 3668-2009《富锌底漆》(eqv JIS K 5552:2002ジンクリッチプライマー)；
HG/T 4340-2012《环氧云铁中间漆》(eqv JIS K 5555:2002エポキシ樹脂雲母状酸化鉄塗料)；
GB/T 23446-2009《喷涂聚脲防水涂料》；
HG/T 3831-2006《喷涂聚脲防护材料》；
SL 105-2007《水工金属结构防腐蚀规范》。
本发明的双向挡水充水气盾坝现场安装应用如下：
1、控制房室内安装
1)参见附图1将供水系统1和压缩空气系统2组装在控制房内；
2)参见附图1和附图8将手动控制输送系统3的汇流排33连接在主管道31上，汇流排33包括并联数组的支管道33a，支管道33a上串联着球阀32、压力传感器42、压力表43、水流量传感器44、比例阀34；汇流排33是装在一个称之为手动控制柜中；
3)参见附图1和附图9将自动控制系统4的逻辑控制程序和远程监控系统5及其所含的SCADA组装装入一个控制柜内，称之为自控柜，将自控柜安装在控制房内。
2、控制房外安装
1)参见附图1和附图7将主锚固定位模板64d、根部埋件64b、楔部埋件64c、主锚固螺栓排64a与钢筋笼一同设置，一次性用混凝土浇筑主锚固基础。混凝土有强度后取下模具，完成主锚固系统64预埋安装；侧墩板67预埋在双向挡水充水气盾坝的两个终端水道岸边；
2)参见附图1、附图3a～3b、附图8及附图9将主管道31和各种信号线及信号线穿管预埋于地下；
3)参见附图1和附图7在主锚固螺栓排64a的螺杆上，用楔形压板65通过柔性铰链盖板66、盾板轴61d及螺栓将橡胶气囊63(楔形边)和钢盾61安装；
4)分别将间止封和侧止封安装在单元钢盾61之间及整体钢盾端边，单元钢盾61每边设有供螺栓固定的法兰；
5)参见附图2和附图3a，将双向挡水胶布幕62的顶端边用螺栓固定在钢盾61的顶端边，双向挡水胶布幕62的底端边用压板及螺栓固定在水泥基础面上，单元双向挡水胶布幕62的顶端边和底端边设有供螺栓固定的穿孔；
6)参见附图1将水位传感器(45)L1和L2分别安装双向挡水充水气盾坝的上下游，其中雷达水位传感器吊挂设置在水面上；
7)参见附图1将角度仪46按双向挡水充水气盾坝模块单元数量分别安装在每组盾板61上；
8)参见附图1将数个视频监控器47安装到需视频监控处的上方；
9)参见附图1～附图3和附图7、附图8，通过主管道31连接气路、水路所涉及的组件，通过信号线连接的所涉及的组件，完成双向挡水充水气盾坝安装。
实施例1
热带地区河入海处，建造一座挡水3.6米、长50米气盾坝，为解决坝体上下游均有水，气盾坝的气囊充起时产生较大浮力的问题，采用了本发明的双向挡水充水气盾坝。
参见附图及上述具体实施方式说明本实施例。
所述水面上的雷达水位传感器45(L1和L2)分别安装在上游下游岸边；
所述主锚固螺栓排64a为316L不锈钢；
所述楔形压板65；
所述橡胶气囊63尺寸为10m(L)×3.7(H)，即长宽比等于2.70；
所述橡胶气囊63的外层耐候橡胶是三元乙丙橡胶，其100份的三元乙丙橡胶的混炼胶中加入1份的马来酰亚胺类物质(M)及10份的直链烷烃溶剂油；
所述钢盾61为316L不锈钢；
所述汇流排33为5组模块单元/5条支管道33a。
该双向挡水充水气盾坝充分升顶的运行压力为0.16MPa，仅为气温变化适当补气或卸少许压力。
实施例2
建造一座挡水2.5米、长30米双向挡水充水气盾坝。
按实施例1，所述主锚固螺栓排64a为304不锈钢；
所述楔形压板65；
所述橡胶气囊63尺寸为10m(L)×2.5(H)，即长宽比等于4.0；
所述橡胶气囊63的外层耐候橡胶是三元乙丙橡胶，其100份的三元乙丙橡胶的混炼胶中加入0.5份的马来酰亚胺类物质(M)及5份的直链烷烃溶剂油；
所述钢盾61为304不锈钢；
所述汇流排33为3组模块单元/3条支管道33a。
该双向挡水充水气盾坝充分升顶的运行压力为0.07MPa，仅为气温变化适当补气或卸少许压力。
实施例3
建造一座挡水2.5米、长35米双向挡水充水气盾坝。
按实施例1，所述主锚固螺栓排64a为碳钢；
所述橡胶气囊63尺寸为8.75m(L)×2.5(H)，即长宽比等于3.5；
所述橡胶气囊63的外层耐候橡胶是三元乙丙橡胶，其100份的三元乙丙橡胶的混炼胶中加入0.8份马来酰亚胺类物质(M)及8份的直链烷烃溶剂油；
所述钢盾61为重防腐的碳钢，热喷锌120μm、环氧富锌40μm、环氧云母铁中间漆60μm、喷涂弹性体防腐面层80；
所述汇流排33为4组模块单元/4条支管道33a。
该双向挡水充水气盾坝充分升顶的运行压力为0.072MPa，仅为气温变化适当补气或卸少许压力。
比较例1
建造一座挡水2.5米、长35米气盾坝，其下游水位约1米。
水下水位传感器；
手动及自动控制系统，8组气囊和钢盾统一控制；
主锚固螺栓为单根碳钢，二期浇筑混凝土；
钢盾61为防腐的碳钢，热喷锌120μm、环氧富锌40μm、环氧云母铁中间漆60μm、氯磺化聚乙烯面漆100μm；
橡胶气囊63尺寸为4.37m(L)×2.5(H)，即长宽比等于1.75；
橡胶气囊63的外层耐候橡胶是三元乙丙橡胶80％+天然橡胶20％并用；
橡胶气囊63生产工艺为平板硫化机工艺；
橡胶气囊63所用骨架材料为帘布。
该气盾坝充分升顶的运行压力为0.13MPa，有气囊漏气或慢撒气现象，需比较频繁补气/压。
调试时，有个别橡胶气囊63从穿孔处撕裂现象；气盾坝顶端(过水面)很难调平，不在一条直线。
运行时，下游水位对气囊产生浮力，整体一直在不规则漂动，有风时更为严重，甚至有撕开间止封现象发生。
运行1年后，橡胶气囊63有起泡现象；氯磺化聚乙烯面漆有脱落、开裂细纹现象。
表7比较例硫化胶性能
性能 氯磺化聚乙烯面漆
附着力(划格发)，级≤ 0
耐冲击性，cm≥ 50
柔韧性，mm≤ 1
耐酸碱盐性(30d) 不起泡、不生锈、不脱落
耐湿热(7d) 不起泡、不生锈、不脱落
耐候性(经广州地区个月天然曝晒)≤
失光，级 3
变色，级 3
粉化，级 2
裂纹，级 1
测试方法：HG/T 2661-1995《氯磺化聚乙烯防腐涂料(双组分)》
对比实施例3与比较例1，可以看出：
1)常规气盾坝无法解决上下游均有水产生浮力的实际问题；
2)每个气囊需要单独控制；
3)单根主锚固螺栓在安装施工较繁琐复杂，需二期浇筑混凝土，难以保证主螺栓的精准定位，人为因素影响很大及劳动强度高；
4)气囊的增强骨架纤维材料采用帘布、胶料力学强度及硬度高，气囊僵硬、层间粘结不好，易分层及气囊柔韧性差，运行压力增高；
5)气囊的长宽比小于2.5，气囊受到较大的压强，气盾坝运行压力增大；
平板硫化机生产橡胶气囊工艺，易分层起泡；
6)穿孔锚固方式，易撕裂橡胶气囊；
7)氯磺化聚乙烯面漆在湿热及紫外强照射等苛刻环境中，防腐能力不足。
本发明双向挡水充水气盾坝的功能性及可靠性强，安装及运行简易，实时性好、故障率低、实用性强、运行成本低、使用寿命长、景观效果好及生态及环境友好，挡水防浪防汛效果好；生产工艺简便。
本发明形成新的经济增长点，对水利设施双向挡水设施的相关理论和材料的应用的发展有借鉴作用，具有重要的社会效益和经济效益。
上述实施例为本发明较佳的代表性实施方式，但本发明并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的实质及原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化均为等效的置换方案，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种双向挡水充水气盾坝，其特征在于，所述的一种双向挡水充水气盾坝是设置于坝体上下游均有水的水道上的挡水设施，克服下游水浮力造成现有气盾坝运行不稳定或丧失功能；所述一种双向挡水充水气盾坝包括供水系统(1)，由高压水泵(11)、手/自动进排水阀(12)、手/自动进水阀(13)、手/自动排水阀(14)构成；压缩空气系统(2)；手动控制输送系统(3)，由管道(31)、球阀(32)、汇流排(33)、支管道(33a)和比例阀(34)组成；自动控制系统(4)，由PLC(41)、压力传感器(42)、压力表(43)、水流量传感器(44)、水位传感器(45)、角度仪(46)、视频监控器(47)构成；远程监控系统(5)；坝体(6)，由钢盾(61)、双向挡水胶布幕(62)、橡胶气囊(63)、主锚固系统(64)、楔形压板(65)、柔性铰链盖板(66)、间止封、侧止封、抑制带、侧墩板(67)构成；
所述一种双向挡水充水气盾坝，手/自动进水阀(13)有2个，手/自动排水阀(14)有2个；
所述一种双向挡水充水气盾坝，手动控制输送系统(3)的汇流排(33)连接在主管道(31)上，由支管道(33a)、球阀(32)、压力传感器(42)、压力表(43)、比例阀(34)构成；
所述一种双向挡水充水气盾坝，水位传感器(45)分为上游水位传感器(L1)和下游水位传感器(L2)；
所述一种双向挡水充水气盾坝，上游水位传感器(L1)和下游水位传感器(L2)为设置在水面上的雷达水位传感器；
所述一种双向挡水充水气盾坝，自动控制系统(4)和远程监控系统(5)及其所含的SCADA交互反馈，由PLC、HMI和屏蔽信号线实现连接及监控压力传感器(42)、压力表(43)、水流量传感器(44)、水位传感器(45)、角度仪(46)、视频监控器(47)、手/自动进排水阀(12)、手/自动进水阀(13)、手/自动排水阀(14)构成，控制及调节供水和供气的流量和压力；
所述一种双向挡水充水气盾坝，远程监控系统(5)及其所含SCADA与自动控制系统(4)的PLC连接相互反馈实现远程监控；
所述一种双向挡水充水气盾坝，主锚固系统(64)包括：主锚固螺栓排(64a)、根部埋件(64b)、楔部埋件(64c)、主锚固浇筑定位模板(64d)、楔形压板(65)或上下压板、柔性铰链盖板(66)；
所述一种双向挡水充水气盾坝，主锚固螺栓排(64a)有数根螺杆、锚固排框架和螺母构成；
所述一种双向挡水充水气盾坝，螺杆及螺母的材质可为316L或304不锈钢或碳钢，锚固排框架为碳钢材质；
所述一种双向挡水充水气盾坝，钢盾(61)结构包括：钢盾主板(61a)、肋板(61b)、破波板(61c)和盾板轴(61d)；
所述一种双向挡水充水气盾坝，钢盾(61)材质为316L不锈钢或304不锈钢或重防腐的碳钢；
所述一种双向挡水充水气盾坝，2.5米以下挡水高度的气盾坝为平板型上下压板，高于2.5米挡水高度的气盾坝均为楔形压板(65)。
2.根据权利要求1所述一种双向挡水充水气盾坝，其特征在于，根据需求，由数组双向挡水充水气盾坝模块单元构成，单元包括：单个钢盾(61)、双向挡水胶布幕(62)、单个橡胶气囊(63)、汇流排(33)的一条支管道(33a)串联的球阀(32)、压力传感器(42)、压力表(43)、比例阀(34)、角度仪(46)。
3.根据权利要求2所述一种双向挡水充水气盾坝，其特征在于，所述双向挡水充水气盾坝模块单元的单个橡胶气囊(63)的长度短于10米，与宽度比在2.5以上。
4.根据权利要求1所述一种双向挡水充水气盾坝，其特征在于，双向挡水胶布幕(62)和橡胶气囊(63)的外层耐候橡胶是三元乙丙橡胶；其100份的三元乙丙橡胶的混炼胶中加入0.5～1份马来酰亚胺类物质(M)及5～10份的直链烷烃溶剂油。
5.根据权利要求1所述一种双向挡水充水气盾坝，其特征在于，所述的重防腐的碳钢盾的防腐方法：热镀锌层+环氧富锌底漆+环氧云铁中间漆+喷涂弹性体防腐面层。
6.根据权利要求1所述一种双向挡水充水气盾坝，其特征在于，所述的汇流排(33)采用焊接304不锈钢管制成；根据橡胶气囊(63)的单元数，设置对应的支管道(33a)数量；将压力传感器(42)、压力表(43)、水流量传感器(44)、比例阀(34)串连与球阀(32)并联成单条支管道(33a)，即模块式控制单元，实现手动和自动单独控制；所有单条支管道(33a)，再并联在主管道(31)，构成一个整体。
7.根据权利要求1所述一种双向挡水充水气盾坝，其特征在于，所述的双向挡水胶布幕(62)和橡胶气囊(63)的生产工艺及设备为热压罐生产工艺方法，热压罐具有热空气压力及产品在模具中有真空负压。
8.根据权利要求1所述一种双向挡水充水气盾坝，其特征在于，所述的双向挡水胶布幕(62)的制备方法包括以下步骤：
步骤1：将100份的三元乙丙橡胶的混炼胶中加入0.5～1份马来酰亚胺类物质(M)及5～10份的直链烷烃溶剂油，混炼；
步骤2：将上述混炼胶压延成胶片，制得外层耐候混炼胶胶片(62a)；
步骤3：在上述外层耐候混炼胶胶片(62a)面上，按45度角在第一层粘合中胶片一(62b)上铺第一层骨架纤维帘线一(62c)；
步骤4：再铺第二层粘合中胶片一(62b)，再在其上按90度交叉形式铺第二层骨架纤维帘线一(62c)；
步骤5：铺第三层粘合中胶片一(62b)后，铺外层耐候混炼胶胶片(62a)；
步骤6：每次铺设均需用擀压辊擀压，制得双向挡水胶布幕(62)的预定型件，再冷压成此预定型二布三胶复合胶片的双向挡水胶布幕(62)的预成型件；
步骤7：将上述预定型二布三胶复合胶片的双向挡水胶布幕(62)的预成型件装入弹性外膜袋中，将其虚卷成卷，抽真空到-0.090MPa，送入热空气压力为0.8MPa的热压罐中硫化，制得双向挡水胶布幕(62)。
9.根据权利要求1所述一种双向挡水充水气盾坝，其特征在于，所述的橡胶气囊(63)的制备方法包括以下步骤：
步骤1：将橡胶气囊(63)的气密内层胶片(63a)按产品模具尺寸包裹在模具上，再在其上铺第一层粘合中胶片二(63b)；
步骤2：按45度角在第一层粘合中胶片二(63b)上铺第一层骨架纤维帘线二(63c)；
步骤3：铺第二层粘合中胶片二(63b)，再在其上按90度交叉形式铺第二层骨架纤维帘线二(63c)；
步骤4：按步骤3重复铺一层粘合中胶片二(63b)和一层骨架纤维帘线二(63c)，至达到设计要求，铺最后一层粘合中胶片二(63b)；
步骤5：将100份的三元乙丙橡胶的混炼胶中加入0.5～1份马来酰亚胺类物质(M)及5～10份的直链烷烃溶剂油，混炼，并压延成外层耐候胶片(63d)；将其铺在最后一层粘合中胶片二(63b)上；
步骤6：每次铺设均需用擀压辊擀压，制得橡胶气囊(63)的预定型件，再冷压成此预定型N布N+1胶复合胶片的橡胶气囊(63)的预成型件；
步骤7：将上述橡胶气囊(63)的预成型件装入弹性外膜袋中，抽真空到-0.090MPa，送入热空气压力为0.8MPa的热压罐中硫化，小型气囊装入金属模具中直接在平板硫化机上硫化，即制成橡胶气囊(63)。
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