南陽(yáng)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(yáng)市白河城區段已建成的四座大型橡膠壩水利工程自上而下呈梯級布置。第一級橡膠壩總長(cháng)560 m ,庫容760 萬(wàn)m 3,蓄水面積500 萬(wàn)m 2。第二級橡膠壩總長(cháng)630 m ,庫容830 萬(wàn)m 3,蓄水面積390 萬(wàn)平m 2。第三級橡膠壩總長(cháng)500 m ,總庫容390 萬(wàn)m 2,蓄水面積230 萬(wàn)m 2。第四級橡膠壩總長(cháng)710 m ,庫容420 萬(wàn)m 3,蓄水面積220 萬(wàn)m 2。經(jīng)過(guò)近20 年的運行,總結出幾點(diǎn)影響工程安全運行的問(wèn)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(guò)20 m m ,堅固性較差。在壩袋升降和過(guò)水過(guò)程中,容易受到沙石磨損,在洪水來(lái)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(cháng)期遭受風(fēng)吹雨淋、日曬濕熱、冰凍和壩袋交變應力作用下,不可避免的發(fā)生不可逆的化學(xué)老化問(wèn)題,出現開(kāi)膠脫落、膠層起泡、膠布撕裂等情況,影響壩袋的安全運行。
1.2 機電設備故障危及工程安全
橡膠壩壩袋的升降,船閘的開(kāi)啟都要由機電設備控制完成。橡膠壩作為城市景觀(guān)工程汛期仍需蓄水運行,隨著(zhù)汛情變化要不斷控制升降,機電設備要在反復工作中經(jīng)受考驗,一旦出現故障就將危及大壩安全。如佛子嶺大壩1969 年汛期閘門(mén)開(kāi)啟2/3時(shí)電源中斷,閘門(mén)不能開(kāi)啟造成洪水漫壩。
1.3 橡膠壩的震動(dòng)損壞
橡膠壩在運行中會(huì )發(fā)生拍打或振動(dòng)等現象,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)作用下的強迫振動(dòng)。橡膠壩袋為柔性薄殼結構,袋內充水或充氣體,在各種不同的外力作用下形狀變化及自由度很大,對水流脈動(dòng)反應靈敏,易出現振動(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)現象。若外力強迫振動(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)生共振現象。共振時(shí)壩袋損壞很大,當共振時(shí)壩袋產(chǎn)生的內應力大于壩袋材料的允許應力時(shí),壩袋將遭到破壞。橡膠壩在運行中,若長(cháng)期存在壩袋振動(dòng)現象,則會(huì )導致磨損、脫層和撕裂,嚴重的甚至破壞整個(gè)壩體,影響工程的安全及效益的發(fā)揮。
1.4 洪水過(guò)程造成橡膠壩壩體的損壞
洪水來(lái)臨時(shí),大流量、高流速的洪水將對建在河道的橡膠壩造成強烈的沖擊和淘刷。由于橡膠壩是建在河道中松軟的沙基上,強烈的洪水沖刷,使壩前和壩后形成較大的沖刷坑,導致大壩懸空從而形成險情。2000 年白河汛期發(fā)生超過(guò)橡膠壩安全設計流量大洪水,第三級橡膠壩右岸兩段大壩壩基被沖刷掏空發(fā)生大壩塌陷。2010 年汛期持續大洪水,第四級橡膠壩下游被沖出多個(gè)沖刷坑,結果造成海漫懸空塌落形成險情。
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(guò)第二級橡膠壩時(shí),強烈撞擊消力池邊緣,造成漿砌海漫破裂危機大壩安全。2011 年一艘從下游開(kāi)來(lái)的氣墊船不聽(tīng)警告強行穿越第三級橡膠壩,結果造
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,應熟悉本工程各部結構、設計意圖、施工情況及工程中存在的問(wèn)題,了解橡膠壩的運行特點(diǎn)要求,并掌握控制運用、檢查觀(guān)測和養護修理等各項業(yè)務(wù),能在具備一般的修補材料及修補工具的條件下,進(jìn)行日常的壩袋局部修補。平時(shí)做好大壩土建工程的檢查和養護修理,一旦發(fā)現工程出現缺陷和隱患,應及時(shí)修復,做到小壞小修,隨壞隨修,防止缺陷擴大和帶病運行。對機電設備各系統部件,如電動(dòng)機、水泵、空壓機(風(fēng)機)、法蘭、閘閥等出現故障或損壞時(shí),必須及時(shí)排除故障,進(jìn)行修復或更換,平時(shí)做好養護工作。白河橡膠壩第一級和第四級壩由于位于郊區供電線(xiàn)路偏遠、偏長(cháng),應經(jīng)常檢修保證供電安全。
2.2 控制運行減輕震動(dòng)
首先是控制壩頂溢流量,其次是調整下游水位,若下游水位較低,應盡可能提高到一半壩高以上運行,這樣震動(dòng)危害性也就小得多。另外改變壩袋內水壓力,改變壩體自振頻率,使其避開(kāi)水流脈動(dòng)的主頻率,防止壩袋共振現象的發(fā)生。
2.3 改善工程設計,增強工程可靠性
1993 年南陽(yáng)市建成了當時(shí)全國最長(cháng)的橡膠壩,由于是開(kāi)創(chuàng )性的設計,限于當時(shí)資金緊張,條件不足,對安全要求估計不足,在 特大洪水長(cháng)時(shí)間沖刷下部分工程會(huì )出現險情。從橡膠壩出現的險情來(lái)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^(guò)增加下游海漫長(cháng)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,增加穩定性。
2.4 加強工程安全管理
在工作人員中牢固樹(shù)立“安全貴如生命,責任重如泰山”的理念,認真貫徹“安全第一,預防為主”的方針。明確管理責任人,確定職責,制定并落實(shí)各項安全管理制度,督促管理人員履行職責,掌握安全總體狀況,對存在問(wèn)題及時(shí)整改,消除安全隱患。