萬福橋橡膠壩水工結構安全檢測與評價分析

馮 靖，馮 颯

(四川省水利科學研究院，四川 成都 610072)

1 工程概況

橡膠壩由于施工便利、技術要求較低等技術特點，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、上下游設施及充排水系統組成，壩右岸設有船閘及管理房，設計壩長37.5 m，設計壩高3.6 m，壩袋容積約833.9 m3，內、外壓比值1.3，壩底板高于鋪蓋0.4 m，單袋單跨，端部直墻。給排水系統含有深井泵室、閥門井及自動控制系統，通過深水泵抽取地下水為壩袋送水。蓄水區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，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狀

萬福橋橡膠壩自1997年建設完成，于2007年進行壩袋更換，2014年增設排氣孔，橡膠壩工程建設年限超過23 a，壩袋使用年限超過13 a，橡膠壩各構件老化損傷問題凸顯，橡膠壩袋存在局部表面橡膠層發生粉化、龜裂、膨脹、起泡、脫層、破裂和生物侵蝕等現象。

為確保錦江沿線橡膠壩工程的安全運行，掌握府河橡膠壩相關設施的運行性態，根據現狀調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參數支撐，十分有必要對萬福橋橡膠壩的各類水工結構進行系統的安全檢測和評價。

2 檢測方案及檢測內容

2.1 檢測方案

考慮萬福橋橡膠壩當前處于正常運行期，上下游無法采取完全停水斷流措施，檢測工作宜選在對檢測條件有利和對橡膠壩運行干擾較小的時段進行。2019年11月1日至11月4日上游來水較小，水下檢測根據建筑物的重要性、病害程度與水環境條件，采取對橡膠壩建筑物運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行測定的方式相結合。采用全站儀(拓普康GTS-7500)、電子水準儀(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)、混凝土保護層測定儀(HT-20)等儀器設備進行安全檢測工作[6-9]。

萬福橋橡膠壩安全檢測包括以下項目：(1)工程現狀檢查；(2)地基基礎狀態的穩定性；(3)防滲與消能防沖設施的完整性和有效性；(4)壩袋的完整性和安全性；(5)混凝土結構的耐久性和安全性；(6)壩體充泄水設施設備管理及使用可靠性；(7)安全監測設備的有效性。

2.2 檢測內容

根據相關工程資料以及運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行進行的現場檢查。檢查內容包括以下方面：

(1) 環境：萬福橋橡膠壩壩袋前面未見漂浮物。據運行管理單位反應及現場觀測橡膠壩頂溢流時，壩袋未出現明顯振動。

(2) 壩袋：①壩袋無明顯漂浮物或人為的刺傷刮破，無機械損傷，壩袋材料嚴重老化，存在起泡、膨脹、脫層、表面龜裂等現象。搭接粘合處表層膠開裂；②充水后袋片變形起包，2014年增設排氣孔。

(3) 錨固件：壩體采用楔塊擠壓雙錨固技術，錨固件無松動，壩體錨固系統無異常。

(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現淤積堵塞。

(5)水工建筑物結構外觀：①上下游岸墻建筑砌石表面存在風化現象，砂漿勾縫脫落等現象；②壩袋的兩端岸墻與壩袋堵頭接觸區的墻面以及塌落區底板基本光滑，邊墻白瓷磚貼面，牛腿完好無明顯破損；③橡膠壩消力池內有砂石、淤積物堆積現象；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重，下游有沖刷現象；⑤管理房設施：管理房照明通信、視頻監視、水位尺、安全防護設施及信號標志完好。

3 工程安全檢測質量評價

3.1 地基基礎狀態穩定性

通過對萬福橋橡膠壩左右護岸河堤邊墻及上下游水流形態進行觀察，未發現存在因河床地基引起的橡膠壩整體沉降、傾斜、滑移、變形的現象。目前橡膠壩基礎狀態穩定性對工程運行安全沒有影響。

參照《水閘安全評價導則》[10](SL 214—2015)(以下簡稱“導則”)第3.3.11條規定：“檢測結果均滿足標準要求，運行中未發現質量問題，且現狀滿足運行要求的，評定為A級”。綜上檢測結果分析地基基礎工程質量評定為A級。

3.2 防滲與消能防沖設施的完整性和有效性

經過對橡膠壩底板、岸墻、水下部分進行全面檢查與檢測，未發現地基土流失、上下游左右岸翼墻無沉降、位移等異?，F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重，海漫末端未見有效設置防沖槽或防沖墻，壩下游淘刷比較嚴重，形成沖刷深坑，對壩袋的耐久性造成破壞，進一步加劇對橡膠壩袋的振動磨損，橡膠壩結構磨蝕現象突出。造成橡膠壩安全運行防洪標準降低，將危及橡膠壩的安全。建議對橡膠壩上游進行清淤工作，并對下游進行防沖槽技術改造，保護下游河床。保證橡膠壩安全運行。目前橡膠壩的防滲與消能防沖設施的基本完整性和有效性存在質量缺陷。

參照“導則”第3.3.11條規定：“檢測結果運行中已發現質量問題，影響工程安全的，評定為C級”。綜上檢測結果分析防滲與消能防沖設施工程質量應評定為C級。

3.3 壩袋完整性和安全性

經調查，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色，設計壩高3.6 m，壩袋容積約833.9 m3，內、外壓比值1.3，壩袋尺寸4 m2×37 m，壩袋厚度8.5 mm、膠布強度496 kN/m、壩袋搭接處粘著強度486 kN/m。依據《橡膠壩工程技術規范》[11](GB/T 50979—2014)中附錄B的規定，充水橡膠壩壩袋徑向計算強度可按下式計算：

(1)

式中:α為壩袋內外壓比；H1為設計壩高；γ為水重度。經計算，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排氣孔消除壩袋局部變形鼓包，壩袋強度需折減20%～25%。萬福橋橡膠壩袋為兩布三膠，壩袋厚度8.5 mm，膠布強度496 kN/m，在考慮膠布強度損失和壩袋材料變形老化折減后，計算的壩袋強度安全系數推算值為5.74，不滿足國家標準《橡膠壩工程技術規范》[11](GB/T 50979—2014)中4.1.6條規定的“充水式壩袋的強度設計安全系數不應小于6.0”的規范要求。同時萬福橋橡膠壩壩袋使用年限迄今已有13 a，鑒于2007年生產技術標準限制，壩袋生產質量不符合2011年水利部發布的《橡膠壩壩袋》[12](SL 554—2011)的水利行業標準。同時不符合《橡膠壩工程技術規范》[11](GB/T 50979—2014)中第4.1條4.1.7款的規定：“壩袋膠布除應達到強度要求外、還應耐老化、耐腐蝕、耐磨損、抗沖擊、抗屈撓、抗凍、耐水、耐寒性能、壩袋膠布制造應符合國家現行有關標準的規定”。

圖2 萬福橋橡膠壩壩袋老化磨損

橡膠壩壩袋安全強度不能滿足安全運行要求，壩袋完整性和安全性對工程運行安全造成一定影響。參照“導則”第3.3.11條規定：“檢測結果運行中已發現質量問題，影響工程安全的，評定為C級”。綜上檢測結果分析壩袋工程質量評定為C級。

3.4 混凝土結構耐久性和安全性

萬福橋橡膠壩水工建筑物結構外觀有一定質量缺陷，不影響工程安全；岸墻、橡膠壩底板、消力池混凝土強度等級均為C20，鋪蓋、海漫混凝土強度等級均為C15，壩體主要部位混凝土強度等級均不滿足現行規范《水工混凝土結構設計規范》[13](SL 191—2008)中關于混凝土結構的耐久性對混凝土最低強度等級的要求。水工混凝土結構強度偏低，局部表面存在磨損與空蝕，上游鋪蓋大部分被淤積物覆蓋，不能滿足行業規范中混凝土耐久性要求，混凝土結構耐久性和安全性對工程運行有質量缺陷。綜上檢測結果分析混凝土結構工程質量應評定為C級。

3.5 壩體充泄水設施、設備

萬福橋橡膠壩壩體充泄設備運行情況良好，采用三級潛水泵抽取地下水對壩袋進行充水，潛水水泵維護保養正常，啟動運行正常，充水設備整體狀況良好；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對橡膠壩運行進行控制，具有運行監測設施和自動補水裝置。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，穩壓池設施完善。目前橡膠壩工程充泄水設施設備的可靠性滿足工程安全運行要求。對工程運行安全沒有影響。綜上檢測結果分析壩體充泄水設施設備工程質量應評定為A級。

3.6 安全監測設備

萬福橋橡膠壩監測、觀測設施及設備的設置滿足《水閘技術管理規程》[14](SL 75—2014)、《橡膠壩工程技術規范》[11](GB/T 50979—2014)等有關規定。目前橡膠壩工程安全監測設備的有效性能夠滿足安全運行要求。對工程運行安全沒有影響。綜上檢測結果分析安全監測設備工程質量應評定為A級。

4 結 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，發現萬福橋橡膠壩工程存在一定程度的老化和損壞，對橡膠壩工程運行耐久度和安全性造成影響，建議對萬福橋橡膠壩進行以下方面的技術改造：

(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行更換重建處理。

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

(3) 每年冬季橡膠壩停運及河道斷流期間，應加強對混凝土建筑物的檢查和維修養護，并對金屬管道及相關設備做好防銹防滲處理，防止缺陷擴大和帶病運行。