關于橡膠壩塌壩延時的思考

權新芳

（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50年代末隨著高分子合成材料的發展而出現的一種輕型、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展了近半個世紀，為我國的工農業發展及生態環境的改善發揮了巨大的作用。

在修建橡膠壩時，先用強力合成纖維織物做受力骨架，然后在其內外涂敷合成橡膠，制成膠布，并把膠布按設計尺寸錨固在基礎底板上，做成封閉袋形，再用水或氣充脹，形成擋水壩。橡膠壩的壩高可調節、壩頂可溢流，能起活動壩和溢流堰的作用。橡膠壩具有投資少、結構簡單、施工及安裝簡便、制造工廠化、工期短、生效快、運用管理靈活方便、泄量大和抗震性能良好等特點，不僅用于灌溉、發電、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、改善生態環境等。

2 基本情況

寶雞市市區渭河主河道范圍內已建成橡膠壩兩座，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成了渭河寶雞市區現階段梯級水利工程現狀，極大地改善了市區生態環境，提升了城市品位，展現了寶雞市市區河道治理的新面貌。

這兩座橡膠壩工程于近年先后投入使用，在運行過程中，我們發現這兩座橡膠壩均存在不同程度的塌壩延時現象，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合調度運行中，塌壩延時這一現象就會存在極大的安全隱患，使得整個市區河道范圍內梯級水利工程體系的聯合調度、科學管理、高效運行受到嚴重威脅，在非常情況下，可能對河道內在建工程及兩岸人民財產造成一定損失。

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景觀水利工程。該壩為充水枕式橡膠壩，壩長408.71m，設中墩分5個壩段布置，中墩寬約為1.2m，各壩段長80.78m，壩袋有效容積8614m3。壩前設計水深3.5m，壩底板頂高程574.63m，壩頂高程578.13m。各壩段均可獨立塌泄。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。蓄水區回水至攔河閘下游海漫中部，末端水深為零。

橡膠壩泵站設于右岸濱河大道外側，橡膠壩水源來自儲水池。泵站裝設低壓水泵電動機組5臺，每個壩段由一臺雙吸式離心水泵控制，單機容量為55kW，必要時可互為備用。橡膠壩的聯絡總管為DN500，壩段充排水管為DN450。每個壩段布置兩個充排水口，每個充排水口設一個水帽。無自排系統，設計理論塌壩時間1.5小時。

4 塌壩過程中的延時現象

以石鼓山1#橡膠壩工程為例，對橡膠壩塌落過程中延時現象描述如下：

石鼓山1#橡膠壩工程于2007年投入使用，通過七年多的運行，我們發現橡膠壩從開始塌壩到完全塌平，歷時遠遠大于塌壩設計時間，即存在塌壩延時現象。以單壩段塌壩為例，采用1臺水泵（規格為KQS N500-M28/332）排水，塌壩時壩高為最高水位3.5m。整個塌壩過程分為3個階段，第一階段最高水位3.5m塌至1m～1.5m時，水泵運行平穩，塌壩均勻，歷時約50分鐘。第二階段壩高從1m～1.5m塌至0.5m～0.8m時，水泵運行平穩但出水量明顯減少，在壩袋塌至0.5m～0.8m時，水泵基本抽不出水，停泵。這一階段歷時30分鐘。第三階段壩高從0.5m～0.8m至完全塌平，必須停泵進行排氣處理，排氣時間一般在10分鐘左右，排氣結束才能繼續工作5～10分鐘左右。如此重復排氣——抽水操作7次至10次左右，才能將壩袋完全塌平。經統計，單個壩段完全塌平均需2.5～3.0小時，比設計理論塌壩時間1.5小時延長60～90分鐘，給工程安全運行造成不便，且有可能造成一些不可估量的其它損失。

5 原因分析

由于工程經調試運行后交付使用時間不長，日常運行及檢查維護均按設備要求進行，排除設備自身故障，分析橡膠壩塌壩過程，模擬壩袋內水流動態流向，總結這兩座橡膠壩工程的共性，思考造成塌壩延時的原因如下：

5.1 空氣進入壩袋

由于充排水共用同一管道，充水時不但把水抽入壩袋，同時也帶入了大量的空氣，雖然設有排氣孔，但排氣效果極不充分，導致壩袋內存有大量空氣。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，導致排氣閥無法排氣。隨著開啟水泵抽排，壩袋內水量逐漸減少，壩袋均勻下塌，會有一部分空氣從溢流孔進入壩袋，當壩袋塌至0.5m以下，壩袋出現局部氣脹，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，導致水泵停機時間長，無形中延長了塌壩時間。

5.2 水泵功率大

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

6 建議

由于橡膠壩在塌落過程中延時問題的存在，使得工程的安全運行存在一定的隱患，所以在橡膠壩工程的運行管理中，我們一方面要想方設法消除這一隱患，確保工程安全運行；另一方面，在平時的使用維護中一定要充分了解工程及各設備的運行維護現狀，熟悉工程設備的運行過程，不斷摸索積累經驗，做好工程運行數據資料的收集整理，為工程的科學調度提供決策依據，尤其是洪水來臨前河道范圍內梯級水利工程的聯合調度，更是要科學合理安排橡膠壩運行時間，提前做好準備，以保證工程安全、設備安全、河道安全，并保障工程影響范圍內的人身安全及財產安全。

為了消除橡膠壩塌壩延時隱患，結合分析特提出如下建議：

（1）加設小功率的水泵。結合工程現狀，改造一臺大功率水泵為小功率水泵。開始排水時啟動大功率水泵，當排水口出水量減小時，可關閉大功率水泵，開啟小功率水泵，直至塌壩結束。正常情況下，小水泵既可作為大功率水泵的備用，也可作為后續排水的補充。遇突發洪水，下游河道有未及時撤離人員及工程機械時，可先用小功率水泵緩慢排水，為其及工程自身安全運行爭取時間，同時也可作為錯峰調節的選擇，以減輕對下游河道的沖刷力。

（2）增設自排系統。自排系統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水源自動流出。最大的優點是增加了一處排水途徑且節約了運行資金，從開始塌壩到塌壩結束的整個過程都能夠有效排水，提高排水效率，縮短塌壩時間。最好在初設階段設計自排系統，在工程施工過程中一次性進行安裝。尤其是當壩袋高度降至50cm，水泵無法有效抽出水時，自排系統能及時將壩袋內的水排完直至壩袋完全塌平，還可防止泥沙在壩前遇阻產生的少量淤積。

（3）壩袋運行宜多段同時運行。通過運行觀察，橡膠壩塌壩時，宜2～3個壩段同時運行，這樣一方面能滿足大功率水泵運行需要，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，保證河床穩定。陜西水利

[1]中國水利水電科學研究院，橡膠壩技術規范 SL227-98[S]，1999.1.

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

[3]陸吾華等.橡膠壩設計與管理[M]，中國水利水電出版社，2005.