大莊橡膠壩塌壩問題的分析處理與加強(qiáng)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(wù)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(nèi)沂河干流上，距沂河大莊橋下游3000m。橡膠壩由土建結(jié)構(gòu)、橡膠袋、泵室、機(jī)電及控制設(shè)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(jìn)水蝶閥連接2臺(tái)SLB200-12.5A進(jìn)水泵和4臺(tái)SLB400-12.5A管道排水泵進(jìn)行供水、充水以及壩袋排水，充水、排水通過布設(shè)在鋪蓋底板下的3根PVC塑管進(jìn)行，分別連接1～5號(hào)壩袋，1、2號(hào)壩袋設(shè)一溢流管，3號(hào)壩袋設(shè)一溢流管，4、5號(hào)壩袋設(shè)一溢流管。輸水管為橡膠止水承插連接，彎頭設(shè)混凝土鎮(zhèn)墩，中間部位設(shè)混凝土支撐墩；出水通過蝶閥匯集4臺(tái)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(yùn)行。

圖1 大莊橡膠壩進(jìn)排水管道示意圖注 ①母管DN1000×8；②供水電動(dòng)蝶閥；③進(jìn)水電動(dòng)蝶閥;④SLB200-12.5A進(jìn)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(shè)，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(xiàn)，社會(huì)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(tái)風(fēng)過后，壩袋開始出現(xiàn)塌壩現(xiàn)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(guān)工程技術(shù)人員進(jìn)行排查。通過塌壩觀察，中間3號(hào)壩袋2天后完全塌壩，據(jù)壩底板僅高10cm，1、2、4、5號(hào)壩袋據(jù)底板高50cm，初步確定中間壩袋有問題。之后邀請(qǐng)?jiān)瓍⒔▎挝灰约皦未a(chǎn)商進(jìn)一步會(huì)商，經(jīng)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(chǎn)生漏水；?壩袋底板變形，內(nèi)襯墊片撕裂產(chǎn)生漏水；?連接中間壩袋的輸水管道破裂，有漏水處。

隨后對(duì)壩袋充水并向中間壩袋內(nèi)灌注紅食品色示蹤劑，對(duì)壩袋前后和底板進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)顏色異常，否定了上述分析的前三條原因。為進(jìn)一步確診并進(jìn)行處理，對(duì)壩袋進(jìn)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(duì)壩袋充水進(jìn)行觀察，徹底排除了底板變形內(nèi)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(chǎn)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(diǎn)，困難較大。為此，制定了兩套方案：?進(jìn)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(diǎn)。上述兩個(gè)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(jù)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(duì)中間壩袋進(jìn)行沖水，在鋪蓋前先后發(fā)現(xiàn)了兩處涌水點(diǎn)，對(duì)照涌水點(diǎn)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(xiàn)兩處輸水管道凹陷損毀。對(duì)此，按照同型號(hào)管道進(jìn)行更換。整個(gè)檢修工作歷時(shí)218天。

3 輸水管凹陷毀壞原因分析

輸水管道的損壞多數(shù)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(chǎn)生凹陷，為負(fù)壓損壞不能復(fù)位而漏水。一處是管道向中間壩袋供水轉(zhuǎn)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(chǎn)生負(fù)壓毀壞的原因，并防止今后再次出現(xiàn)類似的問題，為類似橡膠壩運(yùn)行管理提供借鑒，本文對(duì)有關(guān)的值班、操作、設(shè)施運(yùn)行工況、管理等情況進(jìn)行分析。

3.1 值班、操作情況

溫比亞臺(tái)風(fēng)(2018年8月18日)到來當(dāng)晚值班正常，2名值班人員在崗；晚11點(diǎn)，全市防溫比亞臺(tái)風(fēng)電視會(huì)議之后，橡膠壩(壩高1.5m)開始塌壩泄洪，此時(shí)洪水與橡膠壩上游36km的沂水縣橡膠壩放水產(chǎn)生的洪水疊加，水位已達(dá)到97.50m，工作人員緊急開啟了3臺(tái)排水泵進(jìn)行塌壩排水，排水流量近5187m3/h，排水時(shí)間2.5h。正常工況母管負(fù)壓9.36m水頭，中間壩袋負(fù)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(dǎo)致3號(hào)壩袋和管道內(nèi)部產(chǎn)生很大負(fù)壓，管道被吸扁，進(jìn)而產(chǎn)生負(fù)壓破壞。破壞后管道不能復(fù)位，產(chǎn)生漏水，壩袋充水困難。

3.2 輸水管道

現(xiàn)場查看，輸水管道為PVC-M塑料管，直徑500mm，壁厚12mm；經(jīng)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(shè)計(jì)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(nèi)固定，不存在震動(dòng)等情況。

3.3 進(jìn)、排水系統(tǒng)控制設(shè)備工況

橡膠壩進(jìn)、排水系統(tǒng)由1～3號(hào)進(jìn)水蝶閥控制。大莊橡膠壩交付運(yùn)行后，由施工企業(yè)對(duì)控制蝶閥的電機(jī)進(jìn)行過一次修理，更換電機(jī)過程中對(duì)于蝶閥的關(guān)閉未做標(biāo)記，存在蝶閥關(guān)閉不嚴(yán)、啟動(dòng)不靈活的情況，不能精確控制，導(dǎo)致壩袋相互竄水。后期未再進(jìn)行檢修，一直帶病運(yùn)行。溫比亞臺(tái)風(fēng)期間中間蝶閥開啟最大，兩側(cè)蝶閥開啟較小，導(dǎo)致中間輸水管負(fù)壓毀壞。

3.4 大莊橡膠壩工程運(yùn)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(xué)歷，且年齡大于60歲，難以勝任管理工作；運(yùn)行管理制度不健全，無可行的控制運(yùn)行方案和操作規(guī)程，更無充排水運(yùn)行記錄、壩袋觀察記錄。

3.5 檢修、養(yǎng)護(hù)工作

由于管理技術(shù)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(yùn)行的隱患。中間壩袋溢流管堵塞，既是建設(shè)時(shí)法人管理不到位、未按照規(guī)范進(jìn)行全壩袋充排水試驗(yàn)，也是日常管理工作未認(rèn)真檢查所造成的。

4 加強(qiáng)橡膠壩建設(shè)以及運(yùn)行管理的建議

4.1 建設(shè)建議

a.橡膠壩工程建設(shè)時(shí)須設(shè)置沖沙閘。首先，維修時(shí)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(fèi)用；其次，壩袋充水時(shí)，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(diào)節(jié)，控制壩頂溢流，防止壩袋震動(dòng)破壞。

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

4.2 運(yùn)行管理建議

a.橡膠壩工程運(yùn)行管理是工程持續(xù)發(fā)揮效益的關(guān)鍵，是安全運(yùn)行不可或缺的重要環(huán)節(jié)，是目前“強(qiáng)監(jiān)管、補(bǔ)短板”的一個(gè)重要方面。因此，應(yīng)該按照職能清晰、權(quán)責(zé)明確、管理科學(xué)、運(yùn)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(shí)管理人員和經(jīng)費(fèi)，人員數(shù)量、年齡結(jié)構(gòu)、學(xué)歷層次應(yīng)滿足管理要求；并且確定維修養(yǎng)護(hù)經(jīng)費(fèi)，明確經(jīng)費(fèi)來源渠道。

b.加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)有管理人員的培訓(xùn)教育，全面提高管理人員的素質(zhì)，增強(qiáng)員工的事業(yè)心、責(zé)任感。

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

5 結(jié) 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(shí)施等優(yōu)點(diǎn)，能夠快速攔截河流，形成水域景觀。但是，組成工程的設(shè)備多，多系統(tǒng)聯(lián)合工作，操作復(fù)雜，管理不慎極易塌壩，失去擋水功能。因此須加強(qiáng)建設(shè)和日常運(yùn)行管理。

a.橡膠壩工程建設(shè)過程中，項(xiàng)目法人應(yīng)加強(qiáng)管理，技術(shù)負(fù)責(zé)人應(yīng)該相對(duì)固定，具備豐富的工程建設(shè)管理經(jīng)驗(yàn)和高度的責(zé)任心，熟悉橡膠壩工程技術(shù)規(guī)范。避免工程檢查和驗(yàn)收流于形式，對(duì)壩袋充排、控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)檢查不到位，試運(yùn)行期未認(rèn)真進(jìn)行工程移交。

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

c.加強(qiáng)管理人員的教育和培訓(xùn)，全面提高管理人員的素質(zhì)和能力。

d.管理單位應(yīng)加強(qiáng)制度建設(shè)。建立工程管理、控制運(yùn)行、操作規(guī)程等規(guī)章制度，報(bào)批后嚴(yán)格執(zhí)行。加強(qiáng)經(jīng)常性檢查與養(yǎng)護(hù)，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(yīng)在每年汛前、汛后進(jìn)行，檢查要全面，必要時(shí)進(jìn)行幾次充排水運(yùn)行，觀察有無異常，有異常及時(shí)排除，確保工程安全運(yùn)行。