萬(wàn)福橋橡膠壩水工結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)與評(píng)價(jià)分析

馮 靖，馮 颯

(四川省水利科學(xué)研究院，四川 成都 610072)

1 工程概況

橡膠壩由于施工便利、技術(shù)要求較低等技術(shù)特點(diǎn)，常修建于城市河流之上[1-5]。自1993年實(shí)施府南河綜合整治以來(lái)，在四川省成都市錦江沿線分批建設(shè)了7座橡膠壩(其中府河沿線4座，分別位于萬(wàn)福橋、二號(hào)橋、九眼橋、下河心村；南河沿線2座，分別位于百花潭、老南門(mén)大橋；干河1座，位于龍爪堰)。以萬(wàn)福橋橡膠壩為例，萬(wàn)福橋橡膠壩位于府河萬(wàn)福橋下游200 m處。萬(wàn)福橋橡膠壩工程由壩袋、底板、上下游設(shè)施及充排水系統(tǒng)組成，壩右岸設(shè)有船閘及管理房，設(shè)計(jì)壩長(zhǎng)37.5 m，設(shè)計(jì)壩高3.6 m，壩袋容積約833.9 m3，內(nèi)、外壓比值1.3，壩底板高于鋪蓋0.4 m，單袋單跨，端部直墻。給排水系統(tǒng)含有深井泵室、閥門(mén)井及自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過(guò)深水泵抽取地下水為壩袋送水。蓄水區(qū)域上游至萬(wàn)福橋橡膠壩，長(zhǎng)度3 697 m，平均寬度40 m。壩體錨固采用楔塊擠壓雙錨固技術(shù)，通過(guò)DN500給排水鋼管對(duì)壩袋充水以控制上游水位，如圖1所示。

圖1 成都市府南河萬(wàn)福橋橡膠壩現(xiàn)狀

萬(wàn)福橋橡膠壩自1997年建設(shè)完成，于2007年進(jìn)行壩袋更換，2014年增設(shè)排氣孔，橡膠壩工程建設(shè)年限超過(guò)23 a，壩袋使用年限超過(guò)13 a，橡膠壩各構(gòu)件老化損傷問(wèn)題凸顯，橡膠壩袋存在局部表面橡膠層發(fā)生粉化、龜裂、膨脹、起泡、脫層、破裂和生物侵蝕等現(xiàn)象。

為確保錦江沿線橡膠壩工程的安全運(yùn)行，掌握府河橡膠壩相關(guān)設(shè)施的運(yùn)行性態(tài)，根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查分析工程存在的安全問(wèn)題、隱患和疑點(diǎn)，為安全評(píng)價(jià)提供技術(shù)參數(shù)支撐，十分有必要對(duì)萬(wàn)福橋橡膠壩的各類(lèi)水工結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)的安全檢測(cè)和評(píng)價(jià)。

2 檢測(cè)方案及檢測(cè)內(nèi)容

2.1 檢測(cè)方案

考慮萬(wàn)福橋橡膠壩當(dāng)前處于正常運(yùn)行期，上下游無(wú)法采取完全停水?dāng)嗔鞔胧?，檢測(cè)工作宜選在對(duì)檢測(cè)條件有利和對(duì)橡膠壩運(yùn)行干擾較小的時(shí)段進(jìn)行。2019年11月1日至11月4日上游來(lái)水較小，水下檢測(cè)根據(jù)建筑物的重要性、病害程度與水環(huán)境條件，采取對(duì)橡膠壩建筑物運(yùn)行干擾較小的無(wú)損檢測(cè)方法，通過(guò)水下目視檢測(cè)、水下超聲波檢測(cè)、對(duì)水工建筑物在水平面上的投影位置和高程進(jìn)行測(cè)定的方式相結(jié)合。采用全站儀(拓普康GTS-7500)、電子水準(zhǔn)儀(拓普康DL-100)、GPS測(cè)繪儀(拓普康GPS-2000)、碳化深度測(cè)量?jī)x(HC-TH01)、可視激光測(cè)距儀(UT396B)、混凝土超聲波測(cè)定儀(CTS-25)、混凝土保護(hù)層測(cè)定儀(HT-20)等儀器設(shè)備進(jìn)行安全檢測(cè)工作[6-9]。

萬(wàn)福橋橡膠壩安全檢測(cè)包括以下項(xiàng)目：(1)工程現(xiàn)狀檢查；(2)地基基礎(chǔ)狀態(tài)的穩(wěn)定性；(3)防滲與消能防沖設(shè)施的完整性和有效性；(4)壩袋的完整性和安全性；(5)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性；(6)壩體充泄水設(shè)施設(shè)備管理及使用可靠性；(7)安全監(jiān)測(cè)設(shè)備的有效性。

2.2 檢測(cè)內(nèi)容

根據(jù)相關(guān)工程資料以及運(yùn)行管理人員的日常巡視檢查實(shí)時(shí)反饋，實(shí)體工程測(cè)點(diǎn)共270個(gè)，完成了對(duì)萬(wàn)福橋橡膠壩運(yùn)行進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)檢查。檢查內(nèi)容包括以下方面：

(1) 環(huán)境：萬(wàn)福橋橡膠壩壩袋前面未見(jiàn)漂浮物。據(jù)運(yùn)行管理單位反應(yīng)及現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)橡膠壩頂溢流時(shí)，壩袋未出現(xiàn)明顯振動(dòng)。

(2) 壩袋：①壩袋無(wú)明顯漂浮物或人為的刺傷刮破，無(wú)機(jī)械損傷，壩袋材料嚴(yán)重老化，存在起泡、膨脹、脫層、表面龜裂等現(xiàn)象。搭接粘合處表層膠開(kāi)裂；②充水后袋片變形起包，2014年增設(shè)排氣孔。

(3) 錨固件：壩體采用楔塊擠壓雙錨固技術(shù)，錨固件無(wú)松動(dòng)，壩體錨固系統(tǒng)無(wú)異常。

(4) 安全裝置：壩袋上的排氣閥基本完好暢通,安全溢流孔無(wú)堵塞損壞。充排水口和安全濫流孔未發(fā)現(xiàn)淤積堵塞。

(5)水工建筑物結(jié)構(gòu)外觀：①上下游岸墻建筑砌石表面存在風(fēng)化現(xiàn)象，砂漿勾縫脫落等現(xiàn)象；②壩袋的兩端岸墻與壩袋堵頭接觸區(qū)的墻面以及塌落區(qū)底板基本光滑，邊墻白瓷磚貼面，牛腿完好無(wú)明顯破損；③橡膠壩消力池內(nèi)有砂石、淤積物堆積現(xiàn)象；④上游鋪蓋大部分被淤積物覆蓋，下游海漫有局部破損；上游河床淤積較為嚴(yán)重，下游有沖刷現(xiàn)象；⑤管理房設(shè)施：管理房照明通信、視頻監(jiān)視、水位尺、安全防護(hù)設(shè)施及信號(hào)標(biāo)志完好。

3 工程安全檢測(cè)質(zhì)量評(píng)價(jià)

3.1 地基基礎(chǔ)狀態(tài)穩(wěn)定性

通過(guò)對(duì)萬(wàn)福橋橡膠壩左右護(hù)岸河堤邊墻及上下游水流形態(tài)進(jìn)行觀察，未發(fā)現(xiàn)存在因河床地基引起的橡膠壩整體沉降、傾斜、滑移、變形的現(xiàn)象。目前橡膠壩基礎(chǔ)狀態(tài)穩(wěn)定性對(duì)工程運(yùn)行安全沒(méi)有影響。

參照《水閘安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》[10](SL 214—2015)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“導(dǎo)則”)第3.3.11條規(guī)定：“檢測(cè)結(jié)果均滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求，運(yùn)行中未發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，且現(xiàn)狀滿(mǎn)足運(yùn)行要求的，評(píng)定為A級(jí)”。綜上檢測(cè)結(jié)果分析地基基礎(chǔ)工程質(zhì)量評(píng)定為A級(jí)。

3.2 防滲與消能防沖設(shè)施的完整性和有效性

經(jīng)過(guò)對(duì)橡膠壩底板、岸墻、水下部分進(jìn)行全面檢查與檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)地基土流失、上下游左右岸翼墻無(wú)沉降、位移等異常現(xiàn)象。橡膠壩防滲、消能防沖措施基本完整，但橡膠壩上游淤積嚴(yán)重，海漫末端未見(jiàn)有效設(shè)置防沖槽或防沖墻，壩下游淘刷比較嚴(yán)重，形成沖刷深坑，對(duì)壩袋的耐久性造成破壞，進(jìn)一步加劇對(duì)橡膠壩袋的振動(dòng)磨損，橡膠壩結(jié)構(gòu)磨蝕現(xiàn)象突出。造成橡膠壩安全運(yùn)行防洪標(biāo)準(zhǔn)降低，將危及橡膠壩的安全。建議對(duì)橡膠壩上游進(jìn)行清淤工作，并對(duì)下游進(jìn)行防沖槽技術(shù)改造，保護(hù)下游河床。保證橡膠壩安全運(yùn)行。目前橡膠壩的防滲與消能防沖設(shè)施的基本完整性和有效性存在質(zhì)量缺陷。

參照“導(dǎo)則”第3.3.11條規(guī)定：“檢測(cè)結(jié)果運(yùn)行中已發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，影響工程安全的，評(píng)定為C級(jí)”。綜上檢測(cè)結(jié)果分析防滲與消能防沖設(shè)施工程質(zhì)量應(yīng)評(píng)定為C級(jí)。

3.3 壩袋完整性和安全性

經(jīng)調(diào)查，萬(wàn)福橋橡膠壩壩袋存在明顯的老化磨損，如圖2所示。萬(wàn)福橋橡膠壩壩袋為藍(lán)色，設(shè)計(jì)壩高3.6 m，壩袋容積約833.9 m3，內(nèi)、外壓比值1.3，壩袋尺寸4 m2×37 m，壩袋厚度8.5 mm、膠布強(qiáng)度496 kN/m、壩袋搭接處粘著強(qiáng)度486 kN/m。依據(jù)《橡膠壩工程技術(shù)規(guī)范》[11](GB/T 50979—2014)中附錄B的規(guī)定，充水橡膠壩壩袋徑向計(jì)算強(qiáng)度可按下式計(jì)算：

(1)

式中:α為壩袋內(nèi)外壓比；H1為設(shè)計(jì)壩高；γ為水重度。經(jīng)計(jì)算，壩袋袋壁徑向拉力為51.84 kN/m。

考慮萬(wàn)福橋橡膠壩壩袋材料變形老化，使用年限約12 a，2014年壩袋廠家對(duì)橡膠壩增設(shè)排氣孔消除壩袋局部變形鼓包，壩袋強(qiáng)度需折減20%～25%。萬(wàn)福橋橡膠壩袋為兩布三膠，壩袋厚度8.5 mm，膠布強(qiáng)度496 kN/m，在考慮膠布強(qiáng)度損失和壩袋材料變形老化折減后，計(jì)算的壩袋強(qiáng)度安全系數(shù)推算值為5.74，不滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《橡膠壩工程技術(shù)規(guī)范》[11](GB/T 50979—2014)中4.1.6條規(guī)定的“充水式壩袋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)安全系數(shù)不應(yīng)小于6.0”的規(guī)范要求。同時(shí)萬(wàn)福橋橡膠壩壩袋使用年限迄今已有13 a，鑒于2007年生產(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)限制，壩袋生產(chǎn)質(zhì)量不符合2011年水利部發(fā)布的《橡膠壩壩袋》[12](SL 554—2011)的水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)不符合《橡膠壩工程技術(shù)規(guī)范》[11](GB/T 50979—2014)中第4.1條4.1.7款的規(guī)定：“壩袋膠布除應(yīng)達(dá)到強(qiáng)度要求外、還應(yīng)耐老化、耐腐蝕、耐磨損、抗沖擊、抗屈撓、抗凍、耐水、耐寒性能、壩袋膠布制造應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定”。

圖2 萬(wàn)福橋橡膠壩壩袋老化磨損

橡膠壩壩袋安全強(qiáng)度不能滿(mǎn)足安全運(yùn)行要求，壩袋完整性和安全性對(duì)工程運(yùn)行安全造成一定影響。參照“導(dǎo)則”第3.3.11條規(guī)定：“檢測(cè)結(jié)果運(yùn)行中已發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，影響工程安全的，評(píng)定為C級(jí)”。綜上檢測(cè)結(jié)果分析壩袋工程質(zhì)量評(píng)定為C級(jí)。

3.4 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性和安全性

萬(wàn)福橋橡膠壩水工建筑物結(jié)構(gòu)外觀有一定質(zhì)量缺陷，不影響工程安全；岸墻、橡膠壩底板、消力池混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C20，鋪蓋、海漫混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C15，壩體主要部位混凝土強(qiáng)度等級(jí)均不滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[13](SL 191—2008)中關(guān)于混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性對(duì)混凝土最低強(qiáng)度等級(jí)的要求。水工混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度偏低，局部表面存在磨損與空蝕，上游鋪蓋大部分被淤積物覆蓋，不能滿(mǎn)足行業(yè)規(guī)范中混凝土耐久性要求，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性和安全性對(duì)工程運(yùn)行有質(zhì)量缺陷。綜上檢測(cè)結(jié)果分析混凝土結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量應(yīng)評(píng)定為C級(jí)。

3.5 壩體充泄水設(shè)施、設(shè)備

萬(wàn)福橋橡膠壩壩體充泄設(shè)備運(yùn)行情況良好，采用三級(jí)潛水泵抽取地下水對(duì)壩袋進(jìn)行充水，潛水水泵維護(hù)保養(yǎng)正常，啟動(dòng)運(yùn)行正常，充水設(shè)備整體狀況良好；控制室位于管理房三樓，管理房功能清晰，泵房、電氣、辦公、值班住宿分類(lèi)明確，采用河道船閘控制系統(tǒng)對(duì)橡膠壩運(yùn)行進(jìn)行控制，具有運(yùn)行監(jiān)測(cè)設(shè)施和自動(dòng)補(bǔ)水裝置。供電線路可靠性較好，電源指示儀表、指示燈完好；壩體自排閥(泄水閥)采用自動(dòng)和人工兩種方式，穩(wěn)壓池設(shè)施完善。目前橡膠壩工程充泄水設(shè)施設(shè)備的可靠性滿(mǎn)足工程安全運(yùn)行要求。對(duì)工程運(yùn)行安全沒(méi)有影響。綜上檢測(cè)結(jié)果分析壩體充泄水設(shè)施設(shè)備工程質(zhì)量應(yīng)評(píng)定為A級(jí)。

3.6 安全監(jiān)測(cè)設(shè)備

萬(wàn)福橋橡膠壩監(jiān)測(cè)、觀測(cè)設(shè)施及設(shè)備的設(shè)置滿(mǎn)足《水閘技術(shù)管理規(guī)程》[14](SL 75—2014)、《橡膠壩工程技術(shù)規(guī)范》[11](GB/T 50979—2014)等有關(guān)規(guī)定。目前橡膠壩工程安全監(jiān)測(cè)設(shè)備的有效性能夠滿(mǎn)足安全運(yùn)行要求。對(duì)工程運(yùn)行安全沒(méi)有影響。綜上檢測(cè)結(jié)果分析安全監(jiān)測(cè)設(shè)備工程質(zhì)量應(yīng)評(píng)定為A級(jí)。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)四川省成都市錦江沿線萬(wàn)福橋橡膠壩的安全檢測(cè)與評(píng)價(jià)工作，發(fā)現(xiàn)萬(wàn)福橋橡膠壩工程存在一定程度的老化和損壞，對(duì)橡膠壩工程運(yùn)行耐久度和安全性造成影響，建議對(duì)萬(wàn)福橋橡膠壩進(jìn)行以下方面的技術(shù)改造：

(1) 萬(wàn)福橋橡膠壩工程的損壞大都是由于不斷受各種內(nèi)外不良因素的作用，壩袋老化原因引起的，建議對(duì)橡膠壩壩袋進(jìn)行更換重建處理。

(2) 水閘上、下游護(hù)坡和下游護(hù)底工程布置應(yīng)根據(jù)水流流態(tài)、河床土質(zhì)抗沖能力等因素確定，海漫宜采用小于1∶10的斜坡，末端應(yīng)設(shè)置防沖槽或防沖墻，海漫下面應(yīng)設(shè)置墊層，必要時(shí)，上游護(hù)底手段宜采增設(shè)防沖槽或防沖齒墻。

(3) 每年冬季橡膠壩停運(yùn)及河道斷流期間，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)混凝土建筑物的檢查和維修養(yǎng)護(hù)，并對(duì)金屬管道及相關(guān)設(shè)備做好防銹防滲處理，防止缺陷擴(kuò)大和帶病運(yùn)行。