影响橡胶坝工程安全的因素和防治办法

□王东伟(南阳市白河橡胶坝管理处)

南阳市白河橡胶坝是为了改善城市环境，提升城市品位，利用水资源在白河上兴建的公益性水利工程。目前，南阳市白河城区段已建成的四座大型橡胶坝水利工程自上而下呈梯级布置。第一级橡胶坝总长560m，库容760万m3，蓄水面积500万m2。第二级橡胶坝总长630m，库容830万m3，蓄水面积390万平m2。第三级橡胶坝总长500m，总库容390万m2，蓄水面积230万m2。第四级橡胶坝总长710m，库容420万m3，蓄水面积220万m2。经过近20年的运行，总结出几点影响工程安全运行的问题及防治办法。

1.影响工程安全的因素

1.1 橡胶坝坝袋易发生损坏

制造坝袋的胶布由帆布和橡胶加工而成，它们均为柔性材料，其厚度最多不超过20 m m，坚固性较差。在坝袋升降和过水过程中，容易受到沙石磨损，在洪水来临时，大量水面漂浮物也会刺伤、刮伤橡胶坝坝袋。另外坝袋长期遭受风吹雨淋、日晒湿热、冰冻和坝袋交变应力作用下，不可避免的发生不可逆的化学老化问题，出现开胶脱落、胶层起泡、胶布撕裂等情况，影响坝袋的安全运行。

1.2 机电设备故障危及工程安全

橡胶坝坝袋的升降，船闸的开启都要由机电设备控制完成。橡胶坝作为城市景观工程汛期仍需蓄水运行，随着汛情变化要不断控制升降，机电设备要在反复工作中经受考验，一旦出现故障就将危及大坝安全。如佛子岭大坝1969年汛期闸门开启2/3时电源中断，闸门不能开启造成洪水漫坝。

1.3 橡胶坝的震动损坏

橡胶坝在运行中会发生拍打或振动等现象，有可能引起坝袋的磨损或撕裂。橡胶坝袋的振动主要是外力(如水流脉动和风荷载)作用下的强迫振动。橡胶坝袋为柔性薄壳结构，袋内充水或充气体，在各种不同的外力作用下形状变化及自由度很大，对水流脉动反应灵敏，易出现振动，尤其是在坝顶溢流时，弹性体坝袋在水流脉动压力作用下，更易产生振动现象。若外力强迫振动频率与坝体在水下的自振频率接近时，坝体的振动加重，甚至发生共振现象。共振时坝袋损坏很大，当共振时坝袋产生的内应力大于坝袋材料的允许应力时，坝袋将遭到破坏。橡胶坝在运行中，若长期存在坝袋振动现象，则会导致磨损、脱层和撕裂，严重的甚至破坏整个坝体，影响工程的安全及效益的发挥。

1.4 洪水过程造成橡胶坝坝体的损坏

洪水来临时，大流量、高流速的洪水将对建在河道的橡胶坝造成强烈的冲击和淘刷。由于橡胶坝是建在河道中松软的沙基上，强烈的洪水冲刷，使坝前和坝后形成较大的冲刷坑，导致大坝悬空从而形成险情。2000年白河汛期发生超过橡胶坝安全设计流量大洪水，第三级橡胶坝右岸两段大坝坝基被冲刷掏空发生大坝塌陷。2010年汛期持续大洪水，第四级橡胶坝下游被冲出多个冲刷坑，结果造成海漫悬空塌落形成险情。

1.5 意外事故造成大坝破坏

2003年白河汛期，鸭河口水库泄洪，白河上游一大型采砂船未固定牢固顺洪水漂流而下，在经过第二级橡胶坝时，强烈撞击消力池边缘，造成浆砌海漫破裂危机大坝安全。2011年一艘从下游开来的气垫船不听警告强行穿越第三级橡胶坝，结果造成坝袋破裂。

2.防治办法

2.1 掌握技能，善于维修

橡胶坝管理人员要从各方面保障工程安全，应熟悉本工程各部结构、设计意图、施工情况及工程中存在的问题，了解橡胶坝的运行特点要求，并掌握控制运用、检查观测和养护修理等各项业务，能在具备一般的修补材料及修补工具的条件下，进行日常的坝袋局部修补。平时做好大坝土建工程的检查和养护修理，一旦发现工程出现缺陷和隐患，应及时修复，做到小坏小修，随坏随修，防止缺陷扩大和带病运行。对机电设备各系统部件，如电动机、水泵、空压机（风机）、法兰、闸阀等出现故障或损坏时，必须及时排除故障，进行修复或更换，平时做好养护工作。白河橡胶坝第一级和第四级坝由于位于郊区供电线路偏远、偏长，应经常检修保证供电安全。

2.2 控制运行减轻震动

首先是控制坝顶溢流量，其次是调整下游水位，若下游水位较低，应尽可能提高到一半坝高以上运行，这样震动危害性也就小得多。另外改变坝袋内水压力，改变坝体自振频率，使其避开水流脉动的主频率，防止坝袋共振现象的发生。

2.3 改善工程设计，增强工程可靠性

1993年南阳市建成了当时全国最长的橡胶坝，由于是开创性的设计，限于当时资金紧张，条件不足，对安全要求估计不足，在特大洪水长时间冲刷下部分工程会出现险情。从橡胶坝出现的险情来看，大坝铺盖前端和大坝海漫后部容易受到冲刷，引起工程不安全。可以通过增加下游海漫长度，在资金允许的情况下多使用浆砌石，少用或不用干砌石，也可全部浇注成混凝土。为防止工程冲刷掏空，在大坝铺盖前和大坝海漫后可使用混凝土搅拌桩，增加稳定性。

2.4 加强工程安全管理

在工作人员中牢固树立“安全贵如生命，责任重如泰山”的理念，认真贯彻“安全第一，预防为主”的方针。明确管理责任人，确定职责，制定并落实各项安全管理制度，督促管理人员履行职责，掌握安全总体状况，对存在问题及时整改，消除安全隐患。

[1]宋东辉，许晶.橡胶坝振动分析[J].水利与建筑工程学报，2004（03）.