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在我国东北、内蒙古、新疆等严寒地区（冬季***低温可达 - 30℃至 - 40℃），橡胶坝运行面临两大核心风险：一是坝体内部充水结冰后体积膨胀，导致坝袋撕裂、坝体变形；二是低温使橡胶材质脆化，降低抗拉伸与抗冲击性能，同时附属设施（管道、阀门、泵站）冻堵会导致坝体充排失效。针对这些问题，需从 “预防结冰、减少低温损伤、保障运行流畅” 三个目标出发，构建系统化的防冻措施体系，以下结合工程实践展开详细分析。 一、充排介质优化：从 “充水” 到 “充气 / 热水”，从源头降低结冰风险 橡胶坝传统运行多采用充水模式（成本低、操作简便），但在严寒地区，静止水体易在 - 4℃以下结冰，成为坝体损坏的主要诱因。通过优化充排介质，可从源头减少结冰概率，这是严寒地区橡胶坝防冻的核心基础措施。 1. 充气替代充水：利用气体低冰点特性规避结冰 气体（空气、氮气）的冰点极低（空气冰点约 - 210℃），在严寒地区冬季采用 “充气运行” 模式，可***避免坝体内部介质结冰问题。该措施适用于冬季仍需保持坝体一定挡水高度（如生态补水、景观用水需求）的场景，核心在于通过空压机向坝袋内充入压缩气体，维持坝体形态与挡水功能，同时需注意气体压力调节与坝体稳定性控制。 以黑龙江省某城市内河橡胶坝工程为例，该地区冬季***低温 - 32℃，传统充水模式下每年冬季需排空坝体（导致河道断流，影响生态），2019 年改造为 “气水两用” 模式：冬季 11 月至次年 3 月采用充气运行，通过 2 台螺杆式空压机（功率 7.5kW）向坝袋内充入压缩空气，压力维持在 0.03-0.05MPa，使坝体高度保持 1.2 米（满足最小生态水位需求）；坝袋内设置压力传感器，当气压因温度变化（低温导致气体收缩）降至 0.02MPa 时，空压机自动启动补气，避免坝体坍塌。改造后，冬季坝体未出现结冰现象，橡胶坝使用寿命从原本的 6 年延长至 10 年以上，且无需冬季排空，河道生态得到持续保障。 需注意的是，充气运行需配套 “防负压装置”：冬季夜间温度骤降时，坝袋内气体收缩可能产生负压，导致坝袋被吸扁、损坏。上述工程在坝体顶部设置了单向排气阀，当袋内压力低于大气压时，阀门自动打开吸入空气，平衡内外压力，有效避免了负压风险。 2. 充热水运行：维持水体不冻状态 对于冬季需保持充水运行（如承担防洪备蓄、工业供水等刚性需求）的橡胶坝，可采用 “充热水” 模式，通过加热坝体内部水体，使其温度维持在 0℃以上，避免结冰。热水来源可结合当地资源，如工业余热、电厂循环水、太阳能加热或电加热，需控制加热成本与能耗平衡。 内蒙古某工业园区橡胶坝工程（冬季***低温 - 28℃）的实践具有代表性：该坝承担园区再生水存储功能，冬季需保持 2.5 米充水高度，因此采用 “工业余热 + 电加热辅助” 的热水供应系统。园区热电厂的循环水（温度约 35℃）经换热器加热橡胶坝补水，使坝体内部水体温度维持在 5-8℃；同时在坝袋底部铺设 3 组电加热带（总功率 15kW），当监测到水体温度低于 3℃时，电加热带自动启动，防止局部结冰。为减少热量流失，坝体外部包裹了保温层（下文详述），使水体日温降控制在 2℃以内，日均加热能耗约 80 度，远低于全电加热模式（约 300 度 / 日）。冬季运行 5 年来，坝体未出现结冰膨胀损坏，再生水供应稳定。 充热水运行需注意 “水温均匀性”：坝体体积较大时，局部水体易因循环不畅导致温度分层（底部温度低、顶部温度高），需在坝袋内设置 3-4 个温度监测点，同时通过小型循环泵（冬季间歇运行）促进水体流动，确保整体温度达标。 二、结构防护设计：通过保温、防渗与破冰，减少低温侵蚀 除优化充排介质外，通过对橡胶坝本体及周边结构进行防护设计，可进一步降低低温与结冰的危害，重点包括坝体保温、蓄水区防渗保温、破冰装置设置三类措施。 1. 坝体外部保温：减少热量流失，延缓材质脆化 橡胶坝袋直接暴露在低温环境中，不仅会加速内部水体散热（充水模式），还会导致橡胶材质脆化（低温下橡胶弹性模量下降，易开裂）。通过在坝体外部包裹保温层，可同时实现 “保水温和护坝袋” 双重效果。 常用的保温方案有两种：一是 “柔性保温被覆盖”，适用于冬季需频繁调节坝体高度的场景；二是 “固定保温层包裹”，适用于冬季坝体高度稳定的场景。
2. 蓄水区防渗保温：防止底部结冰与土壤冻胀 橡胶坝蓄水区的底部与边坡若出现结冰，一方面会导致水体热量通过底部土壤流失，另一方面土壤冻胀会破坏坝体基础（如混凝土底板开裂），因此需对蓄水区进行防渗保温处理。 典型做法是在蓄水区底部与边坡铺设 “土工膜 + 保温板” 复合层：底层为 HDPE 土工膜（厚度 1.5mm，防渗作用），中层为挤塑聚苯乙烯保温板（XPS 板，厚度 50-70mm，导热系数≤0.03W/(m・K)），上层为土工布（保护保温板不被水流冲刷）。黑龙江省某防洪橡胶坝蓄水区采用该方案，冬季蓄水区底部土壤温度维持在 2℃以上，未出现冻胀现象；同时减少了水体向地下的渗漏，使坝体补水量减少 30%，间接降低了加热能耗。 对于边坡较陡的蓄水区，需在保温板之间设置锚钉固定，防止冬季结冰膨胀导致保温板移位；底部则每隔 5 米设置一道伸缩缝，填充弹性密封胶，适应土壤温度变化产生的伸缩。 3. 破冰装置：主动清除表层结冰，避免坝体受压 即使采用了充热水与保温措施，冬季蓄水区表层仍可能因接触低温空气形成薄冰（厚度 5-10cm），若冰层持续增厚，会对坝体形成侧向压力，同时影响坝体充排操作。因此需设置主动破冰装置，及时清除表层结冰。 常用的破冰方式有两种：机械破冰与电加热破冰，可根据结冰厚度与工程规模选择。
三、运行管理调控：动态适配低温环境，避免结冰风险累积 严寒地区橡胶坝的防冻效果，不仅依赖硬件措施，还需通过科学的运行管理调控，实时应对低温变化，避免风险累积。核心管理措施包括动态水位调节、冬季间歇运行、冻害应急预案三类。 1. 动态水位调节：避免静水位长期停留，减少结冰概率 冬季若橡胶坝蓄水区水位长期保持稳定，水体流动性差，易形成大面积结冰；通过动态调节水位（每日小幅升降 10-20cm），可增加水体扰动，延缓结冰进程，同时避免冰层与坝体长期紧密接触导致的压力累积。 黑龙江省某城市防洪橡胶坝（充水运行）的管理方案具有参考性：冬季每日 9 点将坝体水位升高 15cm，15 点再降低 15cm，形成 “日间小幅波动” 模式。水位波动使蓄水区水体产生轻微流动，表层结冰速度较静水位时减缓 60%，且冰层与坝袋之间形成微小间隙，避免结冰膨胀直接挤压坝体。同时，每日水位调节可检验坝体充排系统（管道、阀门）是否通畅，及时发现冻堵问题（如阀门开关阻力增大，说明内部有结冰）。 需注意水位调节幅度：幅度过大（＞30cm）会导致坝体受力变化频繁，增加疲劳损伤风险；幅度过小（＜5cm）则无法起到扰动水体的作用，需根据坝体高度（通常为高度的 5%-8%）确定合理幅度。 2. 冬季间歇运行：非必要时排空坝体，减少冻害机会 对于冬季无刚性用水需求（如景观、生态补水可暂停）的橡胶坝，可采用 “冬季排空间歇运行” 模式，即气温低于 - 10℃后，将坝体内部介质（水或气）排空，使坝袋塌落至河底，避免暴露在低温环境中，从根本上消除结冰风险。 该模式的关键在于 “排空***” 与 “坝袋保护”：一是需将坝体内部的水完全排出（充水模式），避免残留水体结冰膨胀；可在坝袋***处设置 2-3 个排水阀，同时启动泵站抽水，确保排空时间不超过 4 小时。二是坝袋塌落至河底后，需在表面覆盖防水土工布，防止冰雪融化的水渗入坝袋与河底之间，冻结后导致坝袋粘连；同时清理河底尖锐杂物（如石块、树枝），避免坝袋被划破。 内蒙古某季节性灌溉橡胶坝采用该方案，每年 11 月至次年 4 月排空运行，坝袋覆盖土工布后，冬季未出现结冰粘连或尖锐物划伤问题，春季重启时充水 / 充气即可正常运行，运维成本极低（仅需每年清理一次河底杂物），适合用水需求季节性强的地区。 3. 冻害应急预案：快速响应突发结冰问题 即使采取了多重预防措施，严寒地区仍可能因***低温（如寒潮）导致突发结冰，需制定完善的应急预案，避免损失扩大。应急预案应包括 “结冰监测、应急处理、修复方案” 三部分内容。
吉林省某橡胶坝曾在 2021 年寒潮中（***低温 - 35℃）出现坝袋底部局部结冰开裂（长度 3cm），工作人员根据应急预案，2 小时内完成了加热融化、排水、修补操作，未造成更大损坏，次日即可恢复运行。 四、材质升级：研发耐低温橡胶，提升坝体本质抗冻性 橡胶坝袋的材质性能是抵御低温的基础，传统橡胶（如天然橡胶）在 - 10℃以下易脆化，而通过材质升级，采用耐低温合成橡胶，可***提升坝体的抗冻能力，减少防冻措施的依赖。 1. 耐低温橡胶材质选择 目前适用于严寒地区的橡胶材质主要有两类：三元乙丙橡胶（EPDM）与氯丁橡胶（CR），二者均具有优异的耐低温性能与***性能。
材质升级需注意 “配方优化”：部分厂家会在橡胶中添加增塑剂（如邻苯二甲酸酯类）提升耐低温性，但增塑剂长期使用易迁移，导致橡胶变硬；建议选择添加 “耐寒树脂”（如聚异丁烯）的配方，可长期保持耐低温性能，且环保性更好。 2. 坝袋结构强化 除材质外，坝袋的结构设计也会影响抗冻性能，需重点强化 “接缝处” 与 “受力薄弱点”：
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