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(jí)布置。第一級(jí)橡膠壩總長560m，庫容760萬m3，蓄水面積500萬m2。第二級(jí)橡膠壩總長630m，庫容830萬m3，蓄水面積390萬平m2。第三級(jí)橡膠壩總長500m，總庫容390萬m2，蓄水面積230萬m2。第四級(jí)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(yùn)行，總結(jié)出幾點(diǎn)影響工程安全運(yùn)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(jiān)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(shí)，大量水面漂浮物也會(huì)刺傷、刮傷橡膠壩壩袋。另外壩袋長期遭受風(fēng)吹雨淋、日曬濕熱、冰凍和壩袋交變應(yīng)力作用下，不可避免的發(fā)生不可逆的化學(xué)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(yùn)行。

1.2 機(jī)電設(shè)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(jī)電設(shè)備控制完成。橡膠壩作為城市景觀工程汛期仍需蓄水運(yùn)行，隨著汛情變化要不斷控制升降，機(jī)電設(shè)備要在反復(fù)工作中經(jīng)受考驗(yàn)，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(shí)電源中斷，閘門不能開啟造成洪水漫壩。

1.3 橡膠壩的震動(dòng)損壞

橡膠壩在運(yùn)行中會(huì)發(fā)生拍打或振動(dòng)等現(xiàn)象，有可能引起壩袋的磨損或撕裂。橡膠壩袋的振動(dòng)主要是外力(如水流脈動(dòng)和風(fēng)荷載)作用下的強(qiáng)迫振動(dòng)。橡膠壩袋為柔性薄殼結(jié)構(gòu)，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(duì)水流脈動(dòng)反應(yīng)靈敏，易出現(xiàn)振動(dòng)，尤其是在壩頂溢流時(shí)，彈性體壩袋在水流脈動(dòng)壓力作用下，更易產(chǎn)生振動(dòng)現(xiàn)象。若外力強(qiáng)迫振動(dòng)頻率與壩體在水下的自振頻率接近時(shí)，壩體的振動(dòng)加重，甚至發(fā)生共振現(xiàn)象。共振時(shí)壩袋損壞很大，當(dāng)共振時(shí)壩袋產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力大于壩袋材料的允許應(yīng)力時(shí)，壩袋將遭到破壞。橡膠壩在運(yùn)行中，若長期存在壩袋振動(dòng)現(xiàn)象，則會(huì)導(dǎo)致磨損、脫層和撕裂，嚴(yán)重的甚至破壞整個(gè)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(shí)，大流量、高流速的洪水將對(duì)建在河道的橡膠壩造成強(qiáng)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(qiáng)烈的洪水沖刷，使壩前和壩后形成較大的沖刷坑，導(dǎo)致大壩懸空從而形成險(xiǎn)情。2000年白河汛期發(fā)生超過橡膠壩安全設(shè)計(jì)流量大洪水，第三級(jí)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(jí)橡膠壩下游被沖出多個(gè)沖刷坑，結(jié)果造成海漫懸空塌落形成險(xiǎn)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(jí)橡膠壩時(shí)，強(qiáng)烈撞擊消力池邊緣，造成漿砌海漫破裂危機(jī)大壩安全。2011年一艘從下游開來的氣墊船不聽警告強(qiáng)行穿越第三級(jí)橡膠壩，結(jié)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(yīng)熟悉本工程各部結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)意圖、施工情況及工程中存在的問題，了解橡膠壩的運(yùn)行特點(diǎn)要求，并掌握控制運(yùn)用、檢查觀測和養(yǎng)護(hù)修理等各項(xiàng)業(yè)務(wù)，能在具備一般的修補(bǔ)材料及修補(bǔ)工具的條件下，進(jìn)行日常的壩袋局部修補(bǔ)。平時(shí)做好大壩土建工程的檢查和養(yǎng)護(hù)修理，一旦發(fā)現(xiàn)工程出現(xiàn)缺陷和隱患，應(yīng)及時(shí)修復(fù)，做到小壞小修，隨壞隨修，防止缺陷擴(kuò)大和帶病運(yùn)行。對(duì)機(jī)電設(shè)備各系統(tǒng)部件，如電動(dòng)機(jī)、水泵、空壓機(jī)（風(fēng)機(jī)）、法蘭、閘閥等出現(xiàn)故障或損壞時(shí)，必須及時(shí)排除故障，進(jìn)行修復(fù)或更換，平時(shí)做好養(yǎng)護(hù)工作。白河橡膠壩第一級(jí)和第四級(jí)壩由于位于郊區(qū)供電線路偏遠(yuǎn)、偏長，應(yīng)經(jīng)常檢修保證供電安全。

2.2 控制運(yùn)行減輕震動(dòng)

首先是控制壩頂溢流量，其次是調(diào)整下游水位，若下游水位較低，應(yīng)盡可能提高到一半壩高以上運(yùn)行，這樣震動(dòng)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(dòng)的主頻率，防止壩袋共振現(xiàn)象的發(fā)生。

2.3 改善工程設(shè)計(jì)，增強(qiáng)工程可靠性

1993年南陽市建成了當(dāng)時(shí)全國最長的橡膠壩，由于是開創(chuàng)性的設(shè)計(jì)，限于當(dāng)時(shí)資金緊張，條件不足，對(duì)安全要求估計(jì)不足，在特大洪水長時(shí)間沖刷下部分工程會(huì)出現(xiàn)險(xiǎn)情。從橡膠壩出現(xiàn)的險(xiǎn)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?？梢酝ㄟ^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(qiáng)工程安全管理

在工作人員中牢固樹立“安全貴如生命，責(zé)任重如泰山”的理念，認(rèn)真貫徹“安全第一，預(yù)防為主”的方針。明確管理責(zé)任人，確定職責(zé)，制定并落實(shí)各項(xiàng)安全管理制度，督促管理人員履行職責(zé)，掌握安全總體狀況，對(duì)存在問題及時(shí)整改，消除安全隱患。

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