影響橡膠壩工程安全的因素和防治辦法

□王東偉(南陽市白河橡膠壩管理處)

南陽市白河橡膠壩是為了改善城市環(huán)境，提升城市品位，利用水資源在白河上興建的公益性水利工程。目前，南陽市白河城區(qū)段已建成的四座大型橡膠壩水利工程自上而下呈梯級布置。第一級橡膠壩總長560m，庫容760萬m3，蓄水面積500萬m2。第二級橡膠壩總長630m，庫容830萬m3，蓄水面積390萬平m2。第三級橡膠壩總長500m，總庫容390萬m2，蓄水面積230萬m2。第四級橡膠壩總長710m，庫容420萬m3，蓄水面積220萬m2。經(jīng)過近20年的運行，總結出幾點影響工程安全運行的問題及防治辦法。

1.影響工程安全的因素

1.1 橡膠壩壩袋易發(fā)生損壞

制造壩袋的膠布由帆布和橡膠加工而成，它們均為柔性材料，其厚度最多不超過20 m m，堅固性較差。在壩袋升降和過水過程中，容易受到沙石磨損，在洪水來臨時，大量水面漂浮物也會刺傷、刮傷橡膠壩壩袋。另外壩袋長期遭受風吹雨淋、日曬濕熱、冰凍和壩袋交變應力作用下，不可避免的發(fā)生不可逆的化學老化問題，出現(xiàn)開膠脫落、膠層起泡、膠布撕裂等情況，影響壩袋的安全運行。

1.2 機電設備故障危及工程安全

橡膠壩壩袋的升降，船閘的開啟都要由機電設備控制完成。橡膠壩作為城市景觀工程汛期仍需蓄水運行，隨著汛情變化要不斷控制升降，機電設備要在反復工作中經(jīng)受考驗，一旦出現(xiàn)故障就將危及大壩安全。如佛子嶺大壩1969年汛期閘門開啟2/3時電源中斷，閘門不能開啟造成洪水漫壩。

1.3 橡膠壩的震動損壞

橡膠壩在運行中會發(fā)生拍打或振動等現(xiàn)象，有可能引起壩袋的磨損或撕裂。橡膠壩袋的振動主要是外力(如水流脈動和風荷載)作用下的強迫振動。橡膠壩袋為柔性薄殼結構，袋內(nèi)充水或充氣體，在各種不同的外力作用下形狀變化及自由度很大，對水流脈動反應靈敏，易出現(xiàn)振動，尤其是在壩頂溢流時，彈性體壩袋在水流脈動壓力作用下，更易產(chǎn)生振動現(xiàn)象。若外力強迫振動頻率與壩體在水下的自振頻率接近時，壩體的振動加重，甚至發(fā)生共振現(xiàn)象。共振時壩袋損壞很大，當共振時壩袋產(chǎn)生的內(nèi)應力大于壩袋材料的允許應力時，壩袋將遭到破壞。橡膠壩在運行中，若長期存在壩袋振動現(xiàn)象，則會導致磨損、脫層和撕裂，嚴重的甚至破壞整個壩體，影響工程的安全及效益的發(fā)揮。

1.4 洪水過程造成橡膠壩壩體的損壞

洪水來臨時，大流量、高流速的洪水將對建在河道的橡膠壩造成強烈的沖擊和淘刷。由于橡膠壩是建在河道中松軟的沙基上，強烈的洪水沖刷，使壩前和壩后形成較大的沖刷坑，導致大壩懸空從而形成險情。2000年白河汛期發(fā)生超過橡膠壩安全設計流量大洪水，第三級橡膠壩右岸兩段大壩壩基被沖刷掏空發(fā)生大壩塌陷。2010年汛期持續(xù)大洪水，第四級橡膠壩下游被沖出多個沖刷坑，結果造成海漫懸空塌落形成險情。

1.5 意外事故造成大壩破壞

2003年白河汛期，鴨河口水庫泄洪，白河上游一大型采砂船未固定牢固順洪水漂流而下，在經(jīng)過第二級橡膠壩時，強烈撞擊消力池邊緣，造成漿砌海漫破裂危機大壩安全。2011年一艘從下游開來的氣墊船不聽警告強行穿越第三級橡膠壩，結果造成壩袋破裂。

2.防治辦法

2.1 掌握技能，善于維修

橡膠壩管理人員要從各方面保障工程安全，應熟悉本工程各部結構、設計意圖、施工情況及工程中存在的問題，了解橡膠壩的運行特點要求，并掌握控制運用、檢查觀測和養(yǎng)護修理等各項業(yè)務，能在具備一般的修補材料及修補工具的條件下，進行日常的壩袋局部修補。平時做好大壩土建工程的檢查和養(yǎng)護修理，一旦發(fā)現(xiàn)工程出現(xiàn)缺陷和隱患，應及時修復，做到小壞小修，隨壞隨修，防止缺陷擴大和帶病運行。對機電設備各系統(tǒng)部件，如電動機、水泵、空壓機（風機）、法蘭、閘閥等出現(xiàn)故障或損壞時，必須及時排除故障，進行修復或更換，平時做好養(yǎng)護工作。白河橡膠壩第一級和第四級壩由于位于郊區(qū)供電線路偏遠、偏長，應經(jīng)常檢修保證供電安全。

2.2 控制運行減輕震動

首先是控制壩頂溢流量，其次是調整下游水位，若下游水位較低，應盡可能提高到一半壩高以上運行，這樣震動危害性也就小得多。另外改變壩袋內(nèi)水壓力，改變壩體自振頻率，使其避開水流脈動的主頻率，防止壩袋共振現(xiàn)象的發(fā)生。

2.3 改善工程設計，增強工程可靠性

1993年南陽市建成了當時全國最長的橡膠壩，由于是開創(chuàng)性的設計，限于當時資金緊張，條件不足，對安全要求估計不足，在特大洪水長時間沖刷下部分工程會出現(xiàn)險情。從橡膠壩出現(xiàn)的險情來看，大壩鋪蓋前端和大壩海漫后部容易受到?jīng)_刷，引起工程不安全。可以通過增加下游海漫長度，在資金允許的情況下多使用漿砌石，少用或不用干砌石，也可全部澆注成混凝土。為防止工程沖刷掏空，在大壩鋪蓋前和大壩海漫后可使用混凝土攪拌樁，增加穩(wěn)定性。

2.4 加強工程安全管理

在工作人員中牢固樹立“安全貴如生命，責任重如泰山”的理念，認真貫徹“安全第一，預防為主”的方針。明確管理責任人，確定職責，制定并落實各項安全管理制度，督促管理人員履行職責，掌握安全總體狀況，對存在問題及時整改，消除安全隱患。

[1]宋東輝，許晶.橡膠壩振動分析[J].水利與建筑工程學報，2004（03）.