橡膠加載止水法在水庫(kù)蓄水中的實(shí)踐及前景

劉雙虎

【摘要】本文針對(duì)臥管疊梁在止水過(guò)程中止水效果差、管理不便的缺點(diǎn)，提出了一種新的止水方法：橡膠加載止水法。經(jīng)過(guò)實(shí)踐適合于臥管式疊梁止水結(jié)構(gòu)，其止水橡膠的彈性作用與剛性疊梁聯(lián)合運(yùn)行，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工、制作、安裝方便，止水效果好，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

【關(guān)鍵詞】橡膠加載止水法；水庫(kù)；實(shí)踐

1、橡膠加載止水的實(shí)踐

隆德縣直峽水庫(kù)位于隆德縣城關(guān)鎮(zhèn)嘴頭村，距縣城東約3.5km，屬葫蘆河一級(jí)支流渝河上游的清流河，控制流域面積10.3km2，為碾壓式粘土心墻壩，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)30年一遇設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，校核洪水500年，最大壩高37.4m，由土壩、泄水涵洞、臥管三大件構(gòu)成。放水、蓄水臥管共52級(jí)，總高差26m，單級(jí)臥管高差0.5m，進(jìn)水口寬度0.6m、凈高0.3m，閘槽寬0.2m、高0.5m，設(shè)上下兩層疊梁，為C30混凝土結(jié)構(gòu)，單根疊梁長(zhǎng)0.78m、高0.2m、寬0.18m，自重70千克。

直峽水庫(kù)采用臥管式疊梁放水，傳統(tǒng)的止水方法是同一級(jí)臥管上設(shè)置有兩層砼疊梁，在臥管進(jìn)水口的側(cè)壁與疊梁之間、疊梁與疊梁之間的漏水通道上填塞麥草與粘土混合填充物，以達(dá)到止水的目的。三年來(lái)的運(yùn)行實(shí)踐表明，使用方便，止水效果好，實(shí)現(xiàn)了止水可靠，加工制作簡(jiǎn)單，節(jié)省資金的目的，是一種值得推廣應(yīng)用的新的止水方法。

2、橡膠加載止水結(jié)構(gòu)組成

本系統(tǒng)主要由鉛直加載構(gòu)件和水平加載構(gòu)件兩部分組成。鉛直加載部分由疊梁、層間止水橡膠、臥管底板、鉛直加載孔眼和加載桿件構(gòu)成；水平加載部分由臥管進(jìn)水口的側(cè)壁、側(cè)止水橡膠、疊梁、水平加載木楔和閘槽側(cè)壁構(gòu)成。系統(tǒng)的鉛直加載和水平加載，均以臥管的中線為中點(diǎn)，在疊梁兩端對(duì)稱加載。荷載采用桿件拉壓和木楔擠壓的方式，分別向疊梁施加鉛直荷載和水平荷載，以壓縮層間止水橡膠和側(cè)止水橡膠而產(chǎn)生彈性變形，封閉漏水通道，達(dá)到止水的目的。

3、橡膠加載止水的特點(diǎn)

止水的密閉性；止水的主動(dòng)性；使用的靈活性；蓄水與供水的同步性；加工制作簡(jiǎn)單、安裝快捷、使用方便，可重復(fù)使用，節(jié)省費(fèi)用，省時(shí)省工。安裝了止水橡膠的疊梁、加載桿件和木楔的安裝使用都很方便、快捷。增加了疊梁的受力條件。疊梁不僅受水壓力的作用，還受到鉛直外載和水平外載的作用，同時(shí)也受到止水橡膠接觸應(yīng)力的作用。

4、橡膠加載止水構(gòu)件技術(shù)要求與方法

4.1 疊梁結(jié)構(gòu)要求

選用完整、外形結(jié)構(gòu)尺寸標(biāo)準(zhǔn)、棱角沒(méi)有損壞的完整疊梁。

4.2 止水橡膠

止水橡膠既要起到止水和彈性調(diào)整的作用，又要彌補(bǔ)疊梁與止水橡膠界面之間精度誤

差缺陷，因此，在選擇材料時(shí)，必須采用質(zhì)地均勻，彈性良好的原膠，禁止使用再生膠。根據(jù)本工程實(shí)際情況，層間止水橡膠規(guī)格為長(zhǎng)度780mm、寬度92mm、厚度12mm，側(cè)止水橡膠規(guī)格為長(zhǎng)度780mm和90mm、高度200mm、厚度12mm。規(guī)定為[J]：拉伸強(qiáng)度≥10MPa；扯斷伸長(zhǎng)率≥300%；壓縮永久變形≤20%。止水橡膠用強(qiáng)力粘合劑粘接于疊梁底部和側(cè)部，成“L”型截面，層間與側(cè)間止水橡膠相交處硫化粘接。層間止水橡膠上的鉆孔和疊梁上的鉆孔相吻合。安裝時(shí)要在臥管底板和進(jìn)水口側(cè)壁上涂抹洗潔精或黃油等潤(rùn)滑劑，利于加載時(shí)止水橡膠彈性移動(dòng)。橡膠類止水材料在實(shí)際應(yīng)用中均會(huì)出現(xiàn)應(yīng)變?nèi)渥兒蛻?yīng)力松弛現(xiàn)象，蠕變隨時(shí)間增長(zhǎng)不斷增加，考慮這一變形特點(diǎn)，我們?cè)诩虞d桿件的緊固螺栓下墊一厚度為15—30mm質(zhì)地堅(jiān)硬的干木塊墊片，利用木材遇水膨脹特性消除止水橡膠的松弛應(yīng)力。

4.3 加載孔

在疊梁兩端端頭的正上方沿縱軸140mm處分別向下鉆一對(duì)稱的加載孔，臥管底板的加載孔要與疊梁上的加載孔相吻合不得錯(cuò)位。疊梁和底板上的加載孔均要在順?biāo)鞣较蛏狭糇慵虞d桿件水平移動(dòng)時(shí)的位移空間。

4.4 加載桿件

加載桿件是鉛直加載的主體。加載桿件規(guī)格為M22×1.5×140、總長(zhǎng)度740mm的緊固螺栓。加載桿件要涂防銹漆或黃油類的防銹物質(zhì)。安裝加載時(shí)，將加載桿件自上疊梁的孔眼插入，以臥管底板為給力支座，旋轉(zhuǎn)緊固螺母至層間止水橡膠的有效壓縮值。開(kāi)啟疊梁時(shí)，反向旋轉(zhuǎn)緊固螺母卸載，去掉加載桿件。

4.5 加載木楔

木楔是水平加載的主體。長(zhǎng)度200mm， 寬度160mm。安裝加載時(shí)，以閘槽外壁為給力支座，用鐵錘敲打木楔擠壓疊梁，讓木楔嵌入一定的深度，使側(cè)止水橡膠達(dá)到有效壓縮值。開(kāi)啟疊梁時(shí)，搖動(dòng)并抽掉木楔。

4.6 安裝加載

橡膠加載止水結(jié)構(gòu)安裝過(guò)程中，應(yīng)先水平加載，再鉛直加載，一個(gè)方向一次不可加載到位，應(yīng)采取雙向多次交替加載，以利止水橡膠雙向擠壓時(shí)移動(dòng)到位，防止出現(xiàn)縫隙漏水。

5、前景

橡膠加載止水結(jié)構(gòu)克服了目前臥管式疊梁傳統(tǒng)止水存在的弊端，取得了良好的止水效果，經(jīng)濟(jì)效益顯著，為進(jìn)一步推廣該技術(shù)積累了一定的管理經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)對(duì)現(xiàn)有的臥管式疊梁的止水改造具有較高的實(shí)用價(jià)值。直峽水庫(kù)52級(jí)疊梁式改造后經(jīng)濟(jì)效益如下：改造費(fèi)用低，使用費(fèi)用更低。 減少了傳統(tǒng)止水疊梁開(kāi)啟時(shí)的損壞。延長(zhǎng)止水使用年限。為水庫(kù)多蓄水提供了便利。直峽水庫(kù)主要承擔(dān)著城市供水，為保證城市供水的連續(xù)性，汛期雨季疊梁仍處于開(kāi)啟狀態(tài)，當(dāng)水庫(kù)上游來(lái)水量大于供水量時(shí)，傳統(tǒng)的止水法無(wú)法有效攔蓄來(lái)水而白白的被浪費(fèi)，在試驗(yàn)的三年內(nèi)，橡膠加載止水結(jié)構(gòu)靈活有效地多蓄水50萬(wàn)m3，有效的緩解了城市供水需求。加載式止水法是針對(duì)直峽水庫(kù)在工程管理中存在的實(shí)際問(wèn)題而提出的一種新的止水理念。通過(guò)三年的試驗(yàn)，證明了橡膠加載止水系統(tǒng)總體構(gòu)架的合理性和系統(tǒng)構(gòu)件的科學(xué)性，說(shuō)明了橡膠加載止水法在臥管式疊梁的直峽水庫(kù)小型水利工程管理中的應(yīng)用是可行的?？梢栽谕愃畮?kù)蓄水中推廣應(yīng)用。

本系統(tǒng)的水平加載還可以在疊梁的端頭打孔安裝加載桿件，在臥管的內(nèi)壁設(shè)置給力支座，此結(jié)構(gòu)在加工制作中不比木楔方便經(jīng)濟(jì)，故本系統(tǒng)的水平加載采用了木楔。

混凝土結(jié)構(gòu)疊梁比較笨重，建議使用不易變形的木結(jié)構(gòu)疊梁。木結(jié)構(gòu)疊梁質(zhì)量輕、加工制作容易，使用方便。

加載法可根據(jù)加載位置和加載方式的不同，還有多種方法有待進(jìn)一步研究，如鉛直加載中的一點(diǎn)式與多點(diǎn)式加載、對(duì)稱性與非對(duì)稱性加載、整體式與分層式加載。此法能否向大跨度的閘門(mén)拓展，也有待進(jìn)一步實(shí)踐研究。