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，常修建于城市河流之上[1-5]。自1993年實施府南河綜合整治以來，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，分別位于萬福橋、二號橋、九眼橋、下河心村；南河沿線2座，分別位于百花潭、老南門大橋；干河1座，位于龍爪堰)。以萬福橋橡膠壩為例，萬福橋橡膠壩位于府河萬福橋下游200 m處。萬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)計壩長37.5 m，設(shè)計壩高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、閥門井及自動控制系統(tǒng)，通過深水泵抽取地下水為壩袋送水。蓄水區(qū)域上游至萬福橋橡膠壩，長度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DN500給排水鋼管對壩袋充水以控制上游水位，如圖1所示。

圖1 成都市府南河萬福橋橡膠壩現(xiàn)狀

萬福橋橡膠壩自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23 a，壩袋使用年限超過13 a，橡膠壩各構(gòu)件老化損傷問題凸顯，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題、隱患和疑點，為安全評價提供技術(shù)參數(shù)支撐，十分有必要對萬福橋橡膠壩的各類水工結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)的安全檢測和評價。

2 檢測方案及檢測內(nèi)容

2.1 檢測方案

考慮萬福橋橡膠壩當(dāng)前處于正常運(yùn)行期，上下游無法采取完全停水?dāng)嗔鞔胧?，檢測工作宜選在對檢測條件有利和對橡膠壩運(yùn)行干擾較小的時段進(jìn)行。2019年11月1日至11月4日上游來水較小，水下檢測根據(jù)建筑物的重要性、病害程度與水環(huán)境條件，采取對橡膠壩建筑物運(yùn)行干擾較小的無損檢測方法，通過水下目視檢測、水下超聲波檢測、對水工建筑物在水平面上的投影位置和高程進(jìn)行測定的方式相結(jié)合。采用全站儀(拓普康GTS-7500)、電子水準(zhǔn)儀(拓普康DL-100)、GPS測繪儀(拓普康GPS-2000)、碳化深度測量儀(HC-TH01)、可視激光測距儀(UT396B)、混凝土超聲波測定儀(CTS-25)、混凝土保護(hù)層測定儀(HT-20)等儀器設(shè)備進(jìn)行安全檢測工作[6-9]。

萬福橋橡膠壩安全檢測包括以下項目：(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)測設(shè)備的有效性。

2.2 檢測內(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時反饋，實體工程測點共270個，完成了對萬福橋橡膠壩運(yùn)行進(jìn)行的現(xiàn)場檢查。檢查內(nèi)容包括以下方面：

(1) 環(huán)境：萬福橋橡膠壩壩袋前面未見漂浮物。據(jù)運(yùn)行管理單位反應(yīng)及現(xiàn)場觀測橡膠壩頂溢流時，壩袋未出現(xiàn)明顯振動。

(2) 壩袋：①壩袋無明顯漂浮物或人為的刺傷刮破，無機(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)，錨固件無松動，壩體錨固系統(tǒng)無異常。

(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)施及信號標(biāo)志完好。

3 工程安全檢測質(zhì)量評價

3.1 地基基礎(chǔ)狀態(tài)穩(wěn)定性

通過對萬福橋橡膠壩左右護(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)定性對工程運(yùn)行安全沒有影響。

參照《水閘安全評價導(dǎo)則》[10](SL 214—2015)(以下簡稱“導(dǎo)則”)第3.3.11條規(guī)定：“檢測結(jié)果均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，運(yùn)行中未發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，且現(xiàn)狀滿足運(yùn)行要求的，評定為A級”。綜上檢測結(jié)果分析地基基礎(chǔ)工程質(zhì)量評定為A級。

3.2 防滲與消能防沖設(shè)施的完整性和有效性

經(jīng)過對橡膠壩底板、岸墻、水下部分進(jìn)行全面檢查與檢測，未發(fā)現(xiàn)地基土流失、上下游左右岸翼墻無沉降、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，對壩袋的耐久性造成破壞，進(jìn)一步加劇對橡膠壩袋的振動磨損，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。建議對橡膠壩上游進(jìn)行清淤工作，并對下游進(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：“檢測結(jié)果運(yùn)行中已發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，影響工程安全的，評定為C級”。綜上檢測結(jié)果分析防滲與消能防沖設(shè)施工程質(zhì)量應(yīng)評定為C級。

3.3 壩袋完整性和安全性

經(jīng)調(diào)查，萬福橋橡膠壩壩袋存在明顯的老化磨損，如圖2所示。萬福橋橡膠壩壩袋為藍(lán)色，設(shè)計壩高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算強(qiáng)度可按下式計算：

(1)

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

考慮萬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，計算的壩袋強(qiáng)度安全系數(shù)推算值為5.74，不滿足國家標(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)計安全系數(shù)不應(yīng)小于6.0”的規(guī)范要求。同時萬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)符合國家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定”。

圖2 萬福橋橡膠壩壩袋老化磨損

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

3.4 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性和安全性

萬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)度等級均為C20，鋪蓋、海漫混凝土強(qiáng)度等級均為C15，壩體主要部位混凝土強(qiáng)度等級均不滿足現(xiàn)行規(guī)范《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》[13](SL 191—2008)中關(guān)于混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性對混凝土最低強(qiáng)度等級的要求。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)耐久性和安全性對工程運(yùn)行有質(zhì)量缺陷。綜上檢測結(jié)果分析混凝土結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量應(yīng)評定為C級。

3.5 壩體充泄水設(shè)施、設(shè)備

萬福橋橡膠壩壩體充泄設(shè)備運(yùn)行情況良好，采用三級潛水泵抽取地下水對壩袋進(jìn)行充水，潛水水泵維護(hù)保養(yǎng)正常，啟動運(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、值班住宿分類明確，采用河道船閘控制系統(tǒng)對橡膠壩運(yùn)行進(jìn)行控制，具有運(yùn)行監(jiān)測設(shè)施和自動補(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)備的可靠性滿足工程安全運(yùn)行要求。對工程運(yùn)行安全沒有影響。綜上檢測結(jié)果分析壩體充泄水設(shè)施設(shè)備工程質(zhì)量應(yīng)評定為A級。

3.6 安全監(jiān)測設(shè)備

萬福橋橡膠壩監(jiān)測、觀測設(shè)施及設(shè)備的設(shè)置滿足《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)測設(shè)備的有效性能夠滿足安全運(yùn)行要求。對工程運(yùn)行安全沒有影響。綜上檢測結(jié)果分析安全監(jiān)測設(shè)備工程質(zhì)量應(yīng)評定為A級。

4 結(jié) 語

本文通過對四川省成都市錦江沿線萬福橋橡膠壩的安全檢測與評價工作，發(fā)現(xiàn)萬福橋橡膠壩工程存在一定程度的老化和損壞，對橡膠壩工程運(yùn)行耐久度和安全性造成影響，建議對萬福橋橡膠壩進(jìn)行以下方面的技術(shù)改造：

(1) 萬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，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)對混凝土建筑物的檢查和維修養(yǎng)護(hù)，并對金屬管道及相關(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。