南水北調(diào)大寧調(diào)蓄水庫(kù)橡膠壩工程質(zhì)量評(píng)價(jià)分析

王靖宇

(北京市南水北調(diào)大寧管理處，北京 102442)

1 工程概況

在大寧庫(kù)區(qū)上游京石高速公路橋與京周公路橋間新建兩座橡膠壩，即小清河橡膠壩和小啞叭河橡膠壩，水庫(kù)作為調(diào)蓄水庫(kù)蓄水時(shí)橡膠壩擋水，永定河通過(guò)小清河分洪至大寧水庫(kù)及小啞叭河泄洪至大寧水庫(kù)時(shí)橡膠壩塌壩泄水[1-3]。

小清河橡膠壩形式為充水枕式，總壩長(zhǎng)245.3 m，設(shè)計(jì)為5跨。其中：第1跨壩高4.2 m，壩長(zhǎng)24.1 m，壩底板高程54.5 m，內(nèi)壓比1.3；第2～4跨壩袋高4.2 m，單跨壩長(zhǎng)63.0 m，壩底板高程54.5 m，內(nèi)壓比1.3；第5跨壩袋高2.4 m，壩長(zhǎng)32.2 m，壩底板高程56.3 m，內(nèi)壓比1.4。

小啞叭河橡膠壩壩長(zhǎng)15.0 m，壩高4.2 m，內(nèi)壓比為1.3，充壩水源取自水庫(kù)蓄水，泄水時(shí)間≤5 h，強(qiáng)排排水方式。壩底板高程54.5 m。橡膠壩形式為充水枕式。

2 工程質(zhì)量評(píng)價(jià)

2.1 現(xiàn)狀地形測(cè)繪

現(xiàn)有地形測(cè)繪圖為2010年建壩時(shí)所用資料，年限較為久遠(yuǎn)，對(duì)場(chǎng)區(qū)內(nèi)地形、高程、重點(diǎn)水工建筑進(jìn)行測(cè)繪復(fù)核。庫(kù)尾橡膠壩及高架橋下護(hù)砌測(cè)繪成果對(duì)比復(fù)核成果來(lái)看，庫(kù)區(qū)現(xiàn)狀和設(shè)計(jì)平面布置吻合較好，高程等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)變化不大。

2.2 場(chǎng)區(qū)地質(zhì)條件無(wú)損復(fù)勘

本次場(chǎng)區(qū)地質(zhì)條件無(wú)損復(fù)勘采用微動(dòng) B 超技術(shù)，分別在小清河橡膠壩區(qū)域及小啞叭河橡膠壩區(qū)域布置測(cè)線，探測(cè)參數(shù)如下：2 ms 檢波器、采樣間隔1 ms、采樣時(shí)窗 600 s，解釋深度 15～20 m。通過(guò)對(duì)微動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)合地質(zhì)資料及地層波速進(jìn)行反演解釋。

小清河橡膠壩區(qū)域自上游漿砌石邊界開(kāi)始，至高架橋以南護(hù)砌，全長(zhǎng) 130 m，解譯深度為 20 m，見(jiàn)圖1。從剖面圖中可以看到，各地層界面清晰，總體呈層狀分布，表層受墊層及淺部填筑料影響，主要表現(xiàn)為低速特征，深度 8 m以下波速較高，推測(cè)為卵礫石層的波速特征，與地勘資料基本吻合；在高架橋位置，深部波速升高，推測(cè)與高架橋樁基區(qū)域加固有關(guān)，與原狀地層的層狀分布特征差異較大。

圖1 小清河橡膠壩區(qū)域微動(dòng) B 超反演成果

小啞叭河橡膠壩區(qū)域自上游漿砌石邊界開(kāi)始，至高架橋護(hù)砌上游邊界，全長(zhǎng) 70 m，解譯深度為 20 m，見(jiàn)圖2。從剖面圖中可以看到，測(cè)線 0～16 m區(qū)域淺部波速較同層位略高，測(cè)線 16～70 m 區(qū)域內(nèi)，地層界面清晰，總體呈層狀分布，表層受墊層及淺部填筑料影響，主要表現(xiàn)為低速特征，深度 8 m 以下波速較高，推測(cè)為卵礫石層的波速特征，與地勘資料基本吻合。

圖2 小啞叭河橡膠壩區(qū)域微動(dòng) B 超反演成果

2.3 混凝土結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)

混凝土結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)包括外觀檢測(cè)、強(qiáng)度檢測(cè)及裂縫專項(xiàng)檢測(cè)。

2.3.1 外觀檢測(cè)

外觀檢測(cè)主要是檢查橡膠壩側(cè)墻、橡膠壩壩墩及底板混凝土構(gòu)筑物表面有無(wú)腐蝕、剝落、滲水等病害。以目測(cè)為主，配合鋼卷尺、厚度塞尺、鋼板尺、激光測(cè)距儀、數(shù)碼相機(jī)和裂縫測(cè)寬儀等近距離對(duì)結(jié)構(gòu)、構(gòu)件進(jìn)行檢測(cè)。經(jīng)外觀普查，有橡膠壩底板混凝土少部剝落，橡膠帶老化等現(xiàn)象。

2.3.2 裂縫專項(xiàng)檢測(cè)

裂縫專項(xiàng)檢測(cè)是利用裂縫檢測(cè)設(shè)備，對(duì)場(chǎng)區(qū)內(nèi)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫等病害進(jìn)行專項(xiàng)檢測(cè)與統(tǒng)計(jì)分析，普查共發(fā)現(xiàn)裂縫 183 條，分布于左邊墻、右邊墻、4 個(gè)壩墩。按裂縫發(fā)育趨勢(shì)分類：豎向發(fā)育裂縫 155 條，斜向發(fā)育裂縫 5 條，水平向發(fā)育裂縫 23 條；按照水工鋼筋混凝土裂縫分類表進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其中 A 類裂縫 121 條，B 類裂縫34 條，C 類裂縫 12 條，D 類裂縫 16 條。

2.4 底板基礎(chǔ)無(wú)損檢測(cè)

底板基礎(chǔ)無(wú)損檢測(cè)采用二維地質(zhì)雷達(dá)開(kāi)展，儀器頻率為 400 M 掃描天線，采集時(shí)窗均為 40 ns，進(jìn)過(guò)設(shè)計(jì)資料及所測(cè)剖面進(jìn)行比對(duì)，工程測(cè)區(qū)內(nèi)確定介電常數(shù)的參數(shù)值為12。底板普查區(qū)域包括小清河橡膠壩工程區(qū)域、小啞叭河橡膠壩工程區(qū)域及京港澳高架橋下護(hù)砌底板。本次檢查共計(jì)布置測(cè)線 172 條，其中：小清河橡膠壩 1#～4#跨壩后區(qū)域測(cè)線共16條；小清河橡膠壩 1#～4#跨壩袋區(qū)域測(cè)線 8 條；小清河橡膠壩 1#～4#跨壩前區(qū)域測(cè)線共 6 條；小清河橡膠壩 5#跨區(qū)域測(cè)線共 15 條；小啞叭河橡膠壩區(qū)域測(cè)線共 38 條；京港澳高架橋下護(hù)砌底板測(cè)線共 89 條，直到防滲墻軸線以北的斜坡護(hù)砌。

為方便對(duì)工區(qū)內(nèi) 172 條地質(zhì)雷達(dá)剖面進(jìn)行合理解釋，先以 L101 測(cè)線為例，對(duì)圖3地質(zhì)雷達(dá)典型剖面進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上對(duì)各區(qū)域的地質(zhì)雷達(dá)剖面成果進(jìn)行分析和討論。

圖3 地質(zhì)雷達(dá)典型剖面圖(L101 測(cè)線)

L101 測(cè)線位于小清河橡膠壩的第五跨，自上游漿砌石與混凝土底板的邊界開(kāi)始，至下游高架橋下底板邊界，全長(zhǎng) 60 m。該測(cè)線區(qū)域底板為 C25 混凝土面板，除壩袋區(qū)域?yàn)?0.8 m，其余位置厚度均為 0.5 m，底板下有 C10 混凝土墊層厚 0.1 m，底板表層布筋 1 層。從地質(zhì)雷達(dá)剖面圖上可以看到，表層鋼筋均勻分布，值筋深度約 0.1 cm 且可識(shí)別值筋密度；在剖面 0.6～0.7 m 深度有一明顯界面，推測(cè)為墊層與下覆地層的界面略有起伏；測(cè)線 15 m、30 m、45 m 處可見(jiàn)底板分縫；測(cè)線 30～45 m 處為壩袋位置。受錨固區(qū)域金屬結(jié)構(gòu)影響，雷達(dá)信號(hào)受到一定的低阻屏蔽，面層布筋仍可見(jiàn)，界面深度在 1.0～1.1 m，與設(shè)計(jì)資料吻合較好；測(cè)線 16～27 m 及 56～58 m 位置，雷達(dá)界面存在分層，且較深界面存在下凹趨勢(shì)，局部同相軸錯(cuò)斷，相位倒轉(zhuǎn)，推測(cè)該底板區(qū)域存在墊層不密實(shí)或脫空；測(cè)線 28 m 位置，深度 0.7 m 處有一明顯反射弧，推測(cè)為地下管線。

通過(guò)對(duì)典型剖面進(jìn)行分析，按照上述解譯標(biāo)準(zhǔn)對(duì)工區(qū)內(nèi)其他斷面進(jìn)行逐一分析，并歸納各測(cè)區(qū)的底板基礎(chǔ)檢測(cè)成果。

2.4.1 小清河橡膠壩 1#～4#跨壩后區(qū)域

本區(qū)域共計(jì) 16 條測(cè)線，編號(hào) L1～L16。測(cè)線布置自上游漿砌石與混凝土底板邊界起為 L1 測(cè)線，間隔 2 m 依次布置，至橡膠壩上游邊緣為測(cè)線，測(cè)線長(zhǎng)度均為 210 m，測(cè)線方向自左岸向右岸，探測(cè)深度 1.5 m。對(duì)圖4剖面成果進(jìn)行分析可知，底板各分縫位置清晰，墊層與下覆地層界面整體清晰且連續(xù)，表明測(cè)區(qū)內(nèi)基礎(chǔ)總體穩(wěn)定且密實(shí)性較好。其他區(qū)域未見(jiàn)明顯異常。

圖4 小清河橡膠壩 1#～4#跨壩后上游區(qū)域雷達(dá)剖面(單位：m)

2.4.2 小清河橡膠壩 1#～4#跨壩前區(qū)域

本區(qū)域共計(jì) 6 條測(cè)線，編號(hào) L17～L22。測(cè)線布置自橡膠壩混凝土底板邊界起為 L17 測(cè)線依次向下游布置，線距間隔 2 m，至高架橋下護(hù)砌邊緣為 L22 測(cè)線，測(cè)線方向自左岸向右岸，探測(cè)深度 1.5 m。對(duì)圖5剖面成果進(jìn)行分析可知，底板各分縫位置清晰，墊層與下覆地層界面整體清晰且連續(xù)，表明測(cè)區(qū)內(nèi)基礎(chǔ)總體穩(wěn)定且密實(shí)性較好。

圖5 小清河橡膠壩 1#～4#跨壩前下游區(qū)域雷達(dá)剖面(單位：m)

圖6 小清河橡膠壩 1#～4#跨壩袋區(qū)域雷達(dá)剖面(單位：m)

2.4.3 小清河橡膠壩 5#跨區(qū)域

本區(qū)域共計(jì)15 條測(cè)線，編號(hào) L100～L114，測(cè)線間隔 2 m，測(cè)線方向自上游向下游，探測(cè)深度1.5 m。對(duì)剖面成果進(jìn)行分析可知，各區(qū)域底板及分縫位置清晰，墊層與下覆地層界而整體清晰且連續(xù)。

2.4.4 小啞叭河橡膠壩區(qū)域

小啞叭河橡膠壩壩前區(qū)域共計(jì)24 條測(cè)線，編號(hào) L127～L150，測(cè)線間隔 2 m，測(cè)線方向自上游向下游，探測(cè)深度1.5 m。對(duì)圖7剖面成果進(jìn)行分析可知，面層鋼筋清晰可識(shí)別，墊層與下覆地層界面整體清撕且連續(xù)，界面深度約0.7 m，測(cè)區(qū)內(nèi)基礎(chǔ)總體穩(wěn)定且密實(shí)性較好。

圖7 小啞叭河橡膠壩壩前區(qū)域雷達(dá)剖面(單位：m)

小啞叭河橡膠壩壩后區(qū)域共計(jì)14條測(cè)線，測(cè)線間隔2 m，測(cè)線方向自上游向下游，探測(cè)深度1.5 m。對(duì)圖8剖面成果進(jìn)行分析可知，面層鋼筋清晰可識(shí)別，墊層與下覆地層界面清晰且連續(xù)，界面深度約0.7 m，測(cè)區(qū)內(nèi)基礎(chǔ)總體穩(wěn)定且密實(shí)性較好。

圖8 小啞叭河橡膠壩壩后區(qū)域雷達(dá)剖面(單位：m)

2.4.5 京港澳高架橋下護(hù)砌底板區(qū)域

本區(qū)域共計(jì)89條測(cè)線，測(cè)線間隔2 m，測(cè)線方向自上游向下游，探測(cè)深度1.5 m。對(duì)剖面成果進(jìn)行分析可知，面層鋼筋清晰可識(shí)別，墊層與下覆地層界面整體清晰且連續(xù)，測(cè)區(qū)內(nèi)基礎(chǔ)總體穩(wěn)定且密實(shí)性較好。

2.5 壩袋檢測(cè)

對(duì)壩袋外觀狀況、膠布的膠層厚度及物理力學(xué)性能進(jìn)行了檢測(cè)。小清河橡膠壩壩袋嚴(yán)重老化、變色，表面龜裂；橡膠壩表層膠存在多處損傷、開(kāi)裂；壩袋搭接黏合處表層膠出現(xiàn)大量老化、損傷開(kāi)裂現(xiàn)象，最大開(kāi)裂長(zhǎng)度 3.5 m，最大開(kāi)裂寬度 4.5 mm，開(kāi)裂深度 1～2 mm。小啞叭河橡膠壩為 2022 年更換，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，局部存在表層開(kāi)裂。

2.6 機(jī)電設(shè)備檢查

本次機(jī)電設(shè)備檢查包括對(duì)配電室、發(fā)電機(jī)房、設(shè)備井等。其中：配電室設(shè)備均可正常運(yùn)行、發(fā)電機(jī)房配有一備用發(fā)電機(jī)，可正常運(yùn)行。設(shè)備井中電動(dòng)蝶閥及部分設(shè)備有明顯銹蝕，部分機(jī)電設(shè)備連接處有滲水；同時(shí)，經(jīng)值守人員反饋，電動(dòng)執(zhí)行器多次損壞或接觸不良。

2.7 工程質(zhì)量分級(jí)

綜上本次工程質(zhì)量評(píng)價(jià)的各項(xiàng)檢測(cè)成果，運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量缺陷尚不影響工程安全，對(duì)大寧水庫(kù)橡膠壩工程質(zhì)量綜合評(píng)定等級(jí)為 B 級(jí)。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)大寧調(diào)蓄水庫(kù)橡膠壩工程安全質(zhì)量評(píng)價(jià)工作，橡膠壩底板基礎(chǔ)總體穩(wěn)定且密實(shí)性較好，未對(duì)運(yùn)行安全造成影響，小清河橡膠壩壩袋表面嚴(yán)重老化、龜裂、變色，使用年限已超 10 a，接近設(shè)計(jì)使用壽命，且外層膠存在多處損傷、開(kāi)裂，壩袋搭接黏合處表層膠存在大量老化、損傷開(kāi)裂現(xiàn)象，建議盡快更換壩袋。定期檢查壩體和周?chē)h(huán)境，及時(shí)清除橡膠壩上游淤泥及碎屑，做好人工維護(hù)清理。