關(guān)于橡膠壩塌壩延時(shí)的思考

權(quán)新芳

（寶雞市渭河攔河閘工程管理處 陜西 寶雞 721006）

1 前言

橡膠壩是20世紀(jì)50年代末隨著高分子合成材料的發(fā)展而出現(xiàn)的一種輕型、低水頭的新型水工建筑物。自1966年，我國第一座橡膠壩北京右安門橡膠壩建成以來，橡膠壩工程已在我國發(fā)展了近半個(gè)世紀(jì)，為我國的工農(nóng)業(yè)發(fā)展及生態(tài)環(huán)境的改善發(fā)揮了巨大的作用。

在修建橡膠壩時(shí)，先用強(qiáng)力合成纖維織物做受力骨架，然后在其內(nèi)外涂敷合成橡膠，制成膠布，并把膠布按設(shè)計(jì)尺寸錨固在基礎(chǔ)底板上，做成封閉袋形，再用水或氣充脹，形成擋水壩。橡膠壩的壩高可調(diào)節(jié)、壩頂可溢流，能起活動(dòng)壩和溢流堰的作用。橡膠壩具有投資少、結(jié)構(gòu)簡單、施工及安裝簡便、制造工廠化、工期短、生效快、運(yùn)用管理靈活方便、泄量大和抗震性能良好等特點(diǎn)，不僅用于灌溉、發(fā)電、防洪、回灌地下水、替代水閘，近幾年越來越多的被用于營造城市濱水景觀、引水防沙、污水處理、改善生態(tài)環(huán)境等。

2 基本情況

寶雞市市區(qū)渭河主河道范圍內(nèi)已建成橡膠壩兩座，分別為石鼓山1#彩色充水式橡膠壩、石鼓山2#彩色充水式橡膠壩，這兩座橡膠壩連同攔河閘一起構(gòu)成了渭河寶雞市區(qū)現(xiàn)階段梯級水利工程現(xiàn)狀，極大地改善了市區(qū)生態(tài)環(huán)境，提升了城市品位，展現(xiàn)了寶雞市市區(qū)河道治理的新面貌。

這兩座橡膠壩工程于近年先后投入使用，在運(yùn)行過程中，我們發(fā)現(xiàn)這兩座橡膠壩均存在不同程度的塌壩延時(shí)現(xiàn)象，雖不影響大局，但因渭河攔河閘工程、石鼓山1#、2#橡膠壩工程同處渭河上，且相距較近。在同一河道的梯級水利工程聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行中，塌壩延時(shí)這一現(xiàn)象就會(huì)存在極大的安全隱患，使得整個(gè)市區(qū)河道范圍內(nèi)梯級水利工程體系的聯(lián)合調(diào)度、科學(xué)管理、高效運(yùn)行受到嚴(yán)重威脅，在非常情況下，可能對河道內(nèi)在建工程及兩岸人民財(cái)產(chǎn)造成一定損失。

3 工程概況

石鼓山1#彩色橡膠壩工程位于寶雞市渭河攔河閘工程下游1.90km的渭河主河道上，距下游石鼓山2#橡膠壩工程1.70km。于2007年12月16日建成，是一座兼顧防洪、水景、休閑旅游為一體的生態(tài)景觀水利工程。該壩為充水枕式橡膠壩，壩長408.71m，設(shè)中墩分5個(gè)壩段布置，中墩寬約為1.2m，各壩段長80.78m，壩袋有效容積8614m3。壩前設(shè)計(jì)水深3.5m，壩底板頂高程574.63m，壩頂高程578.13m。各壩段均可獨(dú)立塌泄。蓄水后形成回水長1.84km，面積約 85萬 m2，總蓄水量145萬m3的景觀水面。蓄水區(qū)回水至攔河閘下游海漫中部，末端水深為零。

橡膠壩泵站設(shè)于右岸濱河大道外側(cè)，橡膠壩水源來自儲(chǔ)水池。泵站裝設(shè)低壓水泵電動(dòng)機(jī)組5臺，每個(gè)壩段由一臺雙吸式離心水泵控制，單機(jī)容量為55kW，必要時(shí)可互為備用。橡膠壩的聯(lián)絡(luò)總管為DN500，壩段充排水管為DN450。每個(gè)壩段布置兩個(gè)充排水口，每個(gè)充排水口設(shè)一個(gè)水帽。無自排系統(tǒng)，設(shè)計(jì)理論塌壩時(shí)間1.5小時(shí)。

4 塌壩過程中的延時(shí)現(xiàn)象

以石鼓山1#橡膠壩工程為例，對橡膠壩塌落過程中延時(shí)現(xiàn)象描述如下：

石鼓山1#橡膠壩工程于2007年投入使用，通過七年多的運(yùn)行，我們發(fā)現(xiàn)橡膠壩從開始塌壩到完全塌平，歷時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于塌壩設(shè)計(jì)時(shí)間，即存在塌壩延時(shí)現(xiàn)象。以單壩段塌壩為例，采用1臺水泵（規(guī)格為KQS N500-M28/332）排水，塌壩時(shí)壩高為最高水位3.5m。整個(gè)塌壩過程分為3個(gè)階段，第一階段最高水位3.5m塌至1m～1.5m時(shí)，水泵運(yùn)行平穩(wěn)，塌壩均勻，歷時(shí)約50分鐘。第二階段壩高從1m～1.5m塌至0.5m～0.8m時(shí)，水泵運(yùn)行平穩(wěn)但出水量明顯減少，在壩袋塌至0.5m～0.8m時(shí)，水泵基本抽不出水，停泵。這一階段歷時(shí)30分鐘。第三階段壩高從0.5m～0.8m至完全塌平，必須停泵進(jìn)行排氣處理，排氣時(shí)間一般在10分鐘左右，排氣結(jié)束才能繼續(xù)工作5～10分鐘左右。如此重復(fù)排氣——抽水操作7次至10次左右，才能將壩袋完全塌平。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，單個(gè)壩段完全塌平均需2.5～3.0小時(shí)，比設(shè)計(jì)理論塌壩時(shí)間1.5小時(shí)延長60～90分鐘，給工程安全運(yùn)行造成不便，且有可能造成一些不可估量的其它損失。

5 原因分析

由于工程經(jīng)調(diào)試運(yùn)行后交付使用時(shí)間不長，日常運(yùn)行及檢查維護(hù)均按設(shè)備要求進(jìn)行，排除設(shè)備自身故障，分析橡膠壩塌壩過程，模擬壩袋內(nèi)水流動(dòng)態(tài)流向，總結(jié)這兩座橡膠壩工程的共性，思考造成塌壩延時(shí)的原因如下：

5.1 空氣進(jìn)入壩袋

由于充排水共用同一管道，充水時(shí)不但把水抽入壩袋，同時(shí)也帶入了大量的空氣，雖然設(shè)有排氣孔，但排氣效果極不充分，導(dǎo)致壩袋內(nèi)存有大量空氣。在排水塌壩過程中，壩袋頂部的排氣孔由于壩頂溢流，工作人員無法上壩袋開啟排氣閥，導(dǎo)致排氣閥無法排氣。隨著開啟水泵抽排，壩袋內(nèi)水量逐漸減少，壩袋均勻下塌，會(huì)有一部分空氣從溢流孔進(jìn)入壩袋，當(dāng)壩袋塌至0.5m以下，壩袋出現(xiàn)局部氣脹，特別是壩袋兩端充排水孔處較為明顯。要想完全踏平，必須排氣，導(dǎo)致水泵停機(jī)時(shí)間長，無形中延長了塌壩時(shí)間。

5.2 水泵功率大

設(shè)計(jì)中采用大功率水泵，是為了能迅速降低水位，短時(shí)間內(nèi)達(dá)到快速塌壩的目的，提高防洪安全。但實(shí)際運(yùn)行操作中，全部采用大功率水泵，在塌壩后期壩體內(nèi)水量減少的情況下，大功率水泵不能滿負(fù)荷運(yùn)行，導(dǎo)致排水效率降低，達(dá)不到完全塌壩的目的。經(jīng)過我們觀察，在初始塌壩階段，壩袋內(nèi)水壓較大，水充滿排水管，大功率水泵能滿負(fù)荷運(yùn)行，塌壩較快。但在塌壩至0.8m以下時(shí)，由于壩袋內(nèi)水量不足，排水管內(nèi)水與空氣混合在一起，水泵功率大，以致水泵不能滿負(fù)荷運(yùn)行，出水量降低直至抽不出水。只能采取停泵、排氣、開泵、停泵、再排氣的循環(huán)操作中，大大降低了排水效率，影響塌壩速度，延誤了塌壩時(shí)間。

6 建議

由于橡膠壩在塌落過程中延時(shí)問題的存在，使得工程的安全運(yùn)行存在一定的隱患，所以在橡膠壩工程的運(yùn)行管理中，我們一方面要想方設(shè)法消除這一隱患，確保工程安全運(yùn)行；另一方面，在平時(shí)的使用維護(hù)中一定要充分了解工程及各設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)現(xiàn)狀，熟悉工程設(shè)備的運(yùn)行過程，不斷摸索積累經(jīng)驗(yàn)，做好工程運(yùn)行數(shù)據(jù)資料的收集整理，為工程的科學(xué)調(diào)度提供決策依據(jù)，尤其是洪水來臨前河道范圍內(nèi)梯級水利工程的聯(lián)合調(diào)度，更是要科學(xué)合理安排橡膠壩運(yùn)行時(shí)間，提前做好準(zhǔn)備，以保證工程安全、設(shè)備安全、河道安全，并保障工程影響范圍內(nèi)的人身安全及財(cái)產(chǎn)安全。

為了消除橡膠壩塌壩延時(shí)隱患，結(jié)合分析特提出如下建議：

（1）加設(shè)小功率的水泵。結(jié)合工程現(xiàn)狀，改造一臺大功率水泵為小功率水泵。開始排水時(shí)啟動(dòng)大功率水泵，當(dāng)排水口出水量減小時(shí)，可關(guān)閉大功率水泵，開啟小功率水泵，直至塌壩結(jié)束。正常情況下，小水泵既可作為大功率水泵的備用，也可作為后續(xù)排水的補(bǔ)充。遇突發(fā)洪水，下游河道有未及時(shí)撤離人員及工程機(jī)械時(shí)，可先用小功率水泵緩慢排水，為其及工程自身安全運(yùn)行爭取時(shí)間，同時(shí)也可作為錯(cuò)峰調(diào)節(jié)的選擇，以減輕對下游河道的沖刷力。

（2）增設(shè)自排系統(tǒng)。自排系統(tǒng)主要是依靠水自身的重力及壩頂溢流水深的壓力使壩袋內(nèi)水源自動(dòng)流出。最大的優(yōu)點(diǎn)是增加了一處排水途徑且節(jié)約了運(yùn)行資金，從開始塌壩到塌壩結(jié)束的整個(gè)過程都能夠有效排水，提高排水效率，縮短塌壩時(shí)間。最好在初設(shè)階段設(shè)計(jì)自排系統(tǒng)，在工程施工過程中一次性進(jìn)行安裝。尤其是當(dāng)壩袋高度降至50cm，水泵無法有效抽出水時(shí)，自排系統(tǒng)能及時(shí)將壩袋內(nèi)的水排完直至壩袋完全塌平，還可防止泥沙在壩前遇阻產(chǎn)生的少量淤積。

（3）壩袋運(yùn)行宜多段同時(shí)運(yùn)行。通過運(yùn)行觀察，橡膠壩塌壩時(shí)，宜2～3個(gè)壩段同時(shí)運(yùn)行，這樣一方面能滿足大功率水泵運(yùn)行需要，提高排水效率，另一方面可使壩頂溢流單寬流量減少，避免下游河道水流集中沖刷，保證河床穩(wěn)定。陜西水利

[1]中國水利水電科學(xué)研究院，橡膠壩技術(shù)規(guī)范 SL227-98[S]，1999.1.

[2]李先亮等.小埠東橡膠壩運(yùn)行管理中存在的問題及對策[J].中國水利，2010.6.

[3]陸吾華等.橡膠壩設(shè)計(jì)與管理[M]，中國水利水電出版社，2005.