大莊橡膠壩塌壩問題的分析處理與加強管理的建議

姚彩升 高本奎 周業(yè)友

(1.沂南縣水資源開發(fā)服務中心，山東 沂南 276300;2.臨沂市岸堤水庫管理處，山東 蒙陰 276217)

1 工程概況

沂南縣大莊橡膠壩是沂南縣利用BT模式興建的首座充水式橡膠壩，壩址位于境內沂河干流上，距沂河大莊橋下游3000m。橡膠壩由土建結構、橡膠袋、泵室、機電及控制設備組成，壩長404.8m，壩高5m。橡膠袋由5節(jié)壩袋組成，由泵房直徑1000mm的母管通過供水閘閥、進水蝶閥連接2臺SLB200-12.5A進水泵和4臺SLB400-12.5A管道排水泵進行供水、充水以及壩袋排水，充水、排水通過布設在鋪蓋底板下的3根PVC塑管進行，分別連接1～5號壩袋，1、2號壩袋設一溢流管，3號壩袋設一溢流管，4、5號壩袋設一溢流管。輸水管為橡膠止水承插連接，彎頭設混凝土鎮(zhèn)墩，中間部位設混凝土支撐墩；出水通過蝶閥匯集4臺泵出水，通過鋼管排至壩下游消力池，排水高程95.70m(見圖1)。工程始建于2013年，同年12月壩袋充水擋水運行。

圖1 大莊橡膠壩進排水管道示意圖注 ①母管DN1000×8；②供水電動蝶閥；③進水電動蝶閥;④SLB200-12.5A進水泵；⑤SLB400-12.5A排水泵；⑥溢流孔；⑦混凝土鎮(zhèn)墩；⑧混凝土支墩；⑨出水蝶閥；⑩拍門

橡膠壩攔蓄水庫容1195.5萬m3，形成水面332hm2。該工程的建設，不但解決了大莊鎮(zhèn)工業(yè)園區(qū)用水，而且成為沂南縣一大親水、景觀工程，形成的水體極大地改善了區(qū)域水生態(tài)環(huán)境，營造了地方小氣候，區(qū)域生態(tài)效益逐漸顯現，社會效益巨大。

2 橡膠壩壩袋塌壩問題及處理方法

2018年汛期溫比亞臺風過后，壩袋開始出現塌壩現象，日塌壩60～80cm，以致不能充水擋水。為查明原因，排除隱患，確保安全，汛后水利局組織有關工程技術人員進行排查。通過塌壩觀察，中間3號壩袋2天后完全塌壩，據壩底板僅高10cm，1、2、4、5號壩袋據底板高50cm，初步確定中間壩袋有問題。之后邀請原參建單位以及壩袋生產商進一步會商，經分析可能的原因包括：?中間壩袋迎水面被漁船刮壞，有漏水處；?壩袋迎水面壓板處摺裂，產生漏水；?壩袋底板變形，內襯墊片撕裂產生漏水；?連接中間壩袋的輸水管道破裂，有漏水處。

隨后對壩袋充水并向中間壩袋內灌注紅食品色示蹤劑，對壩袋前后和底板進行檢查，未發(fā)現顏色異常，否定了上述分析的前三條原因。為進一步確診并進行處理，對壩袋進行了塌壩放水，在中間壩袋前底板上，利用編織袋裝土筑圍堰，并鋪塑料布防止?jié)B水，再次對壩袋充水進行觀察，徹底排除了底板變形內襯墊片撕裂、壓板處摺裂、壩袋迎水面刮壞漏水的問題，唯有連接中間壩袋的輸水管道破裂，是產生漏水的原因。

連接中間壩袋的輸水管，從中間壩袋到左岸邊長208m，上部覆蓋60cmC30鋼筋混凝土，查找漏水點，困難較大。為此，制定了兩套方案：?進行全線破碎、開挖，查找管道破損處；?利用管道滲漏儀查找漏水點。上述兩個方案，都必須在壩前修筑長250m的圍堰，形成檢修工作面。這樣不僅工程量較大，而且河道徑流較大，工作有一定難度。

根據上述方案，在鋪蓋前修筑高2m、寬6m的圍堰，在排除圍堰積水后，再次對中間壩袋進行沖水，在鋪蓋前先后發(fā)現了兩處涌水點，對照涌水點垂直鋪蓋破除了鋪蓋上部混凝土，人工挖除管道周圍砂土后，發(fā)現兩處輸水管道凹陷損毀。對此，按照同型號管道進行更換。整個檢修工作歷時218天。

3 輸水管凹陷毀壞原因分析

輸水管道的損壞多數情況下是破裂以及局部受沖擊損壞，管道外部有裂痕。但是，本工程管道插頭處產生凹陷，為負壓損壞不能復位而漏水。一處是管道向中間壩袋供水轉彎處(圖1中A處)，該處上部吸扁，長度3m左右；一處是邊墻處，底部吸扁(圖1中B處)長度8m。

為查明管道產生負壓毀壞的原因，并防止今后再次出現類似的問題，為類似橡膠壩運行管理提供借鑒，本文對有關的值班、操作、設施運行工況、管理等情況進行分析。

3.1 值班、操作情況

溫比亞臺風(2018年8月18日)到來當晚值班正常，2名值班人員在崗；晚11點，全市防溫比亞臺風電視會議之后，橡膠壩(壩高1.5m)開始塌壩泄洪，此時洪水與橡膠壩上游36km的沂水縣橡膠壩放水產生的洪水疊加，水位已達到97.50m，工作人員緊急開啟了3臺排水泵進行塌壩排水，排水流量近5187m3/h，排水時間2.5h。正常工況母管負壓9.36m水頭，中間壩袋負壓7.39m水頭。由于中間壩袋溢流管堵塞，而其他壩袋溢流管沒有堵塞，導致3號壩袋和管道內部產生很大負壓，管道被吸扁，進而產生負壓破壞。破壞后管道不能復位，產生漏水，壩袋充水困難。

3.2 輸水管道

現場查看，輸水管道為PVC-M塑料管，直徑500mm，壁厚12mm；經檢查，管道壁厚均勻，無損傷、裂痕；管道安裝高度、承插方向符合設計圖紙要求；回填為砂土，不存在有棱角碎石等情況；管道在溝槽內固定，不存在震動等情況。

3.3 進、排水系統(tǒng)控制設備工況

橡膠壩進、排水系統(tǒng)由1～3號進水蝶閥控制。大莊橡膠壩交付運行后，由施工企業(yè)對控制蝶閥的電機進行過一次修理，更換電機過程中對于蝶閥的關閉未做標記，存在蝶閥關閉不嚴、啟動不靈活的情況，不能精確控制，導致壩袋相互竄水。后期未再進行檢修，一直帶病運行。溫比亞臺風期間中間蝶閥開啟最大，兩側蝶閥開啟較小，導致中間輸水管負壓毀壞。

3.4 大莊橡膠壩工程運行管理情況

大莊橡膠壩工程由2名人員管理，均僅有初中學歷，且年齡大于60歲，難以勝任管理工作；運行管理制度不健全，無可行的控制運行方案和操作規(guī)程，更無充排水運行記錄、壩袋觀察記錄。

3.5 檢修、養(yǎng)護工作

由于管理技術力量缺乏，檢、養(yǎng)工作跟不上。壩袋上部和后部石塊、垃圾、樹墩較多，壩袋多處有磨損，成為工程安全運行的隱患。中間壩袋溢流管堵塞，既是建設時法人管理不到位、未按照規(guī)范進行全壩袋充排水試驗，也是日常管理工作未認真檢查所造成的。

4 加強橡膠壩建設以及運行管理的建議

4.1 建設建議

a.橡膠壩工程建設時須設置沖沙閘。首先，維修時開啟沖沙閘，降低河流水位，減少填筑圍堰工程量，降低維修費用；其次，壩袋充水時，沖沙閘小流量開啟，保證河道生態(tài)基流；第三，壩袋充水擋水后，通過閘門調節(jié)，控制壩頂溢流，防止壩袋震動破壞。

b.連接母管的管路設置伸縮節(jié)。泵房內連接母管的管路全部為鋼管一次性焊接，對管件(閘閥、蝶閥)檢修時，需對管路進行切割，組裝后重新焊接，維修、更換管件困難。

4.2 運行管理建議

a.橡膠壩工程運行管理是工程持續(xù)發(fā)揮效益的關鍵，是安全運行不可或缺的重要環(huán)節(jié)，是目前“強監(jiān)管、補短板”的一個重要方面。因此，應該按照職能清晰、權責明確、管理科學、運行規(guī)范的要求，規(guī)范管理，按照純公益性事業(yè)單位落實管理人員和經費，人員數量、年齡結構、學歷層次應滿足管理要求；并且確定維修養(yǎng)護經費，明確經費來源渠道。

b.加強對現有管理人員的培訓教育，全面提高管理人員的素質，增強員工的事業(yè)心、責任感。

c.加強督導檢查。主管部門應在每年汛前加強督查，督促管理單位健全管理制度、操作規(guī)程以及運行記錄，督促管理單位定期檢修、保養(yǎng)。

5 結 語

橡膠壩是一種新型擋水建筑物，具有投資少、見效快、易于實施等優(yōu)點，能夠快速攔截河流，形成水域景觀。但是，組成工程的設備多，多系統(tǒng)聯(lián)合工作，操作復雜，管理不慎極易塌壩，失去擋水功能。因此須加強建設和日常運行管理。

a.橡膠壩工程建設過程中，項目法人應加強管理，技術負責人應該相對固定，具備豐富的工程建設管理經驗和高度的責任心，熟悉橡膠壩工程技術規(guī)范。避免工程檢查和驗收流于形式，對壩袋充排、控制系統(tǒng)的實驗檢查不到位，試運行期未認真進行工程移交。

b.運行管理應配備2～3名專業(yè)技術人員，這些管理人員從建設初期開始加入，熟悉工程的建設過程和工程各部分、系統(tǒng)的功能及作用，運行管理中帶班值班，全面掌握設備運行工況。

c.加強管理人員的教育和培訓，全面提高管理人員的素質和能力。

d.管理單位應加強制度建設。建立工程管理、控制運行、操作規(guī)程等規(guī)章制度，報批后嚴格執(zhí)行。加強經常性檢查與養(yǎng)護，保持安全溢流孔、排氣孔的暢通，保持壩袋塌落區(qū)清潔；定期檢查應在每年汛前、汛后進行，檢查要全面，必要時進行幾次充排水運行，觀察有無異常，有異常及時排除，確保工程安全運行。