橡膠加載止水法在水庫蓄水中的實踐及前景

劉雙虎

【摘要】本文針對臥管疊梁在止水過程中止水效果差、管理不便的缺點，提出了一種新的止水方法：橡膠加載止水法。經過實踐適合于臥管式疊梁止水結構，其止水橡膠的彈性作用與剛性疊梁聯合運行，結構簡單、加工、制作、安裝方便，止水效果好，經濟實用。

【關鍵詞】橡膠加載止水法；水庫；實踐

1、橡膠加載止水的實踐

隆德縣直峽水庫位于隆德縣城關鎮嘴頭村，距縣城東約3.5km，屬葫蘆河一級支流渝河上游的清流河，控制流域面積10.3km2，為碾壓式粘土心墻壩，設計洪水標準30年一遇設防標準，校核洪水500年，最大壩高37.4m，由土壩、泄水涵洞、臥管三大件構成。放水、蓄水臥管共52級，總高差26m，單級臥管高差0.5m，進水口寬度0.6m、凈高0.3m，閘槽寬0.2m、高0.5m，設上下兩層疊梁，為C30混凝土結構，單根疊梁長0.78m、高0.2m、寬0.18m，自重70千克。

直峽水庫采用臥管式疊梁放水，傳統的止水方法是同一級臥管上設置有兩層砼疊梁，在臥管進水口的側壁與疊梁之間、疊梁與疊梁之間的漏水通道上填塞麥草與粘土混合填充物，以達到止水的目的。三年來的運行實踐表明，使用方便，止水效果好，實現了止水可靠，加工制作簡單，節省資金的目的，是一種值得推廣應用的新的止水方法。

2、橡膠加載止水結構組成

本系統主要由鉛直加載構件和水平加載構件兩部分組成。鉛直加載部分由疊梁、層間止水橡膠、臥管底板、鉛直加載孔眼和加載桿件構成；水平加載部分由臥管進水口的側壁、側止水橡膠、疊梁、水平加載木楔和閘槽側壁構成。系統的鉛直加載和水平加載，均以臥管的中線為中點，在疊梁兩端對稱加載。荷載采用桿件拉壓和木楔擠壓的方式，分別向疊梁施加鉛直荷載和水平荷載，以壓縮層間止水橡膠和側止水橡膠而產生彈性變形，封閉漏水通道，達到止水的目的。

3、橡膠加載止水的特點

止水的密閉性；止水的主動性；使用的靈活性；蓄水與供水的同步性；加工制作簡單、安裝快捷、使用方便，可重復使用，節省費用，省時省工。安裝了止水橡膠的疊梁、加載桿件和木楔的安裝使用都很方便、快捷。增加了疊梁的受力條件。疊梁不僅受水壓力的作用，還受到鉛直外載和水平外載的作用，同時也受到止水橡膠接觸應力的作用。

4、橡膠加載止水構件技術要求與方法

4.1 疊梁結構要求

選用完整、外形結構尺寸標準、棱角沒有損壞的完整疊梁。

4.2 止水橡膠

止水橡膠既要起到止水和彈性調整的作用，又要彌補疊梁與止水橡膠界面之間精度誤

差缺陷，因此，在選擇材料時，必須采用質地均勻，彈性良好的原膠，禁止使用再生膠。根據本工程實際情況，層間止水橡膠規格為長度780mm、寬度92mm、厚度12mm，側止水橡膠規格為長度780mm和90mm、高度200mm、厚度12mm。規定為[J]：拉伸強度≥10MPa；扯斷伸長率≥300%；壓縮永久變形≤20%。止水橡膠用強力粘合劑粘接于疊梁底部和側部，成“L”型截面，層間與側間止水橡膠相交處硫化粘接。層間止水橡膠上的鉆孔和疊梁上的鉆孔相吻合。安裝時要在臥管底板和進水口側壁上涂抹洗潔精或黃油等潤滑劑，利于加載時止水橡膠彈性移動。橡膠類止水材料在實際應用中均會出現應變蠕變和應力松弛現象，蠕變隨時間增長不斷增加，考慮這一變形特點，我們在加載桿件的緊固螺栓下墊一厚度為15—30mm質地堅硬的干木塊墊片，利用木材遇水膨脹特性消除止水橡膠的松弛應力。

4.3 加載孔

在疊梁兩端端頭的正上方沿縱軸140mm處分別向下鉆一對稱的加載孔，臥管底板的加載孔要與疊梁上的加載孔相吻合不得錯位。疊梁和底板上的加載孔均要在順水流方向上留足加載桿件水平移動時的位移空間。

4.4 加載桿件

加載桿件是鉛直加載的主體。加載桿件規格為M22×1.5×140、總長度740mm的緊固螺栓。加載桿件要涂防銹漆或黃油類的防銹物質。安裝加載時，將加載桿件自上疊梁的孔眼插入，以臥管底板為給力支座，旋轉緊固螺母至層間止水橡膠的有效壓縮值。開啟疊梁時，反向旋轉緊固螺母卸載，去掉加載桿件。

4.5 加載木楔

木楔是水平加載的主體。長度200mm， 寬度160mm。安裝加載時，以閘槽外壁為給力支座，用鐵錘敲打木楔擠壓疊梁，讓木楔嵌入一定的深度，使側止水橡膠達到有效壓縮值。開啟疊梁時，搖動并抽掉木楔。

4.6 安裝加載

橡膠加載止水結構安裝過程中，應先水平加載，再鉛直加載，一個方向一次不可加載到位，應采取雙向多次交替加載，以利止水橡膠雙向擠壓時移動到位，防止出現縫隙漏水。

5、前景

橡膠加載止水結構克服了目前臥管式疊梁傳統止水存在的弊端，取得了良好的止水效果，經濟效益顯著，為進一步推廣該技術積累了一定的管理經驗，同時對現有的臥管式疊梁的止水改造具有較高的實用價值。直峽水庫52級疊梁式改造后經濟效益如下：改造費用低，使用費用更低。 減少了傳統止水疊梁開啟時的損壞。延長止水使用年限。為水庫多蓄水提供了便利。直峽水庫主要承擔著城市供水，為保證城市供水的連續性，汛期雨季疊梁仍處于開啟狀態，當水庫上游來水量大于供水量時，傳統的止水法無法有效攔蓄來水而白白的被浪費，在試驗的三年內，橡膠加載止水結構靈活有效地多蓄水50萬m3，有效的緩解了城市供水需求。加載式止水法是針對直峽水庫在工程管理中存在的實際問題而提出的一種新的止水理念。通過三年的試驗，證明了橡膠加載止水系統總體構架的合理性和系統構件的科學性，說明了橡膠加載止水法在臥管式疊梁的直峽水庫小型水利工程管理中的應用是可行的。可以在同類水庫蓄水中推廣應用。

本系統的水平加載還可以在疊梁的端頭打孔安裝加載桿件，在臥管的內壁設置給力支座，此結構在加工制作中不比木楔方便經濟，故本系統的水平加載采用了木楔。

混凝土結構疊梁比較笨重，建議使用不易變形的木結構疊梁。木結構疊梁質量輕、加工制作容易，使用方便。

加載法可根據加載位置和加載方式的不同，還有多種方法有待進一步研究，如鉛直加載中的一點式與多點式加載、對稱性與非對稱性加載、整體式與分層式加載。此法能否向大跨度的閘門拓展，也有待進一步實踐研究。