橡胶加载止水法在水库蓄水中的实践及前景

刘双虎

【摘要】本文针对卧管叠梁在止水过程中止水效果差、管理不便的缺点，提出了一种新的止水方法：橡胶加载止水法。经过实践适合于卧管式叠梁止水结构，其止水橡胶的弹性作用与刚性叠梁联合运行，结构简单、加工、制作、安装方便，止水效果好，经济实用。

【关键词】橡胶加载止水法；水库；实践

1、橡胶加载止水的实践

隆德县直峡水库位于隆德县城关镇嘴头村，距县城东约3.5km，属葫芦河一级支流渝河上游的清流河，控制流域面积10.3km2，为碾压式粘土心墙坝，设计洪水标准30年一遇设防标准，校核洪水500年，最大坝高37.4m，由土坝、泄水涵洞、卧管三大件构成。放水、蓄水卧管共52级，总高差26m，单级卧管高差0.5m，进水口宽度0.6m、净高0.3m，闸槽宽0.2m、高0.5m，设上下两层叠梁，为C30混凝土结构，单根叠梁长0.78m、高0.2m、宽0.18m，自重70千克。

直峡水库采用卧管式叠梁放水，传统的止水方法是同一级卧管上设置有两层砼叠梁，在卧管进水口的侧壁与叠梁之间、叠梁与叠梁之间的漏水通道上填塞麦草与粘土混合填充物，以达到止水的目的。三年来的运行实践表明，使用方便，止水效果好，实现了止水可靠，加工制作简单，节省资金的目的，是一种值得推广应用的新的止水方法。

2、橡膠加载止水结构组成

本系统主要由铅直加载构件和水平加载构件两部分组成。铅直加载部分由叠梁、层间止水橡胶、卧管底板、铅直加载孔眼和加载杆件构成；水平加载部分由卧管进水口的侧壁、侧止水橡胶、叠梁、水平加载木楔和闸槽侧壁构成。系统的铅直加载和水平加载，均以卧管的中线为中点，在叠梁两端对称加载。荷载采用杆件拉压和木楔挤压的方式，分别向叠梁施加铅直荷载和水平荷载，以压缩层间止水橡胶和侧止水橡胶而产生弹性变形，封闭漏水通道，达到止水的目的。

3、橡胶加载止水的特点

止水的密闭性；止水的主动性；使用的灵活性；蓄水与供水的同步性；加工制作简单、安装快捷、使用方便，可重复使用，节省费用，省时省工。安装了止水橡胶的叠梁、加载杆件和木楔的安装使用都很方便、快捷。增加了叠梁的受力条件。叠梁不仅受水压力的作用，还受到铅直外载和水平外载的作用，同时也受到止水橡胶接触应力的作用。

4、橡胶加载止水构件技术要求与方法

4.1 叠梁结构要求

选用完整、外形结构尺寸标准、棱角没有损坏的完整叠梁。

4.2 止水橡胶

止水橡胶既要起到止水和弹性调整的作用，又要弥补叠梁与止水橡胶界面之间精度误

差缺陷，因此，在选择材料时，必须采用质地均匀，弹性良好的原胶，禁止使用再生胶。根据本工程实际情况，层间止水橡胶规格为长度780mm、宽度92mm、厚度12mm，侧止水橡胶规格为长度780mm和90mm、高度200mm、厚度12mm。规定为[J]：拉伸强度≥10MPa；扯断伸长率≥300%；压缩永久变形≤20%。止水橡胶用强力粘合剂粘接于叠梁底部和侧部，成“L”型截面，层间与侧间止水橡胶相交处硫化粘接。层间止水橡胶上的钻孔和叠梁上的钻孔相吻合。安装时要在卧管底板和进水口侧壁上涂抹洗洁精或黄油等润滑剂，利于加载时止水橡胶弹性移动。橡胶类止水材料在实际应用中均会出现应变蠕变和应力松弛现象，蠕变随时间增长不断增加，考虑这一变形特点，我们在加载杆件的紧固螺栓下垫一厚度为15—30mm质地坚硬的干木块垫片，利用木材遇水膨胀特性消除止水橡胶的松弛应力。

4.3 加载孔

在叠梁两端端头的正上方沿纵轴140mm处分别向下钻一对称的加载孔，卧管底板的加载孔要与叠梁上的加载孔相吻合不得错位。叠梁和底板上的加载孔均要在顺水流方向上留足加载杆件水平移动时的位移空间。

4.4 加载杆件

加载杆件是铅直加载的主体。加载杆件规格为M22×1.5×140、总长度740mm的紧固螺栓。加载杆件要涂防锈漆或黄油类的防锈物质。安装加载时，将加载杆件自上叠梁的孔眼插入，以卧管底板为给力支座，旋转紧固螺母至层间止水橡胶的有效压缩值。开启叠梁时，反向旋转紧固螺母卸载，去掉加载杆件。

4.5 加载木楔

木楔是水平加载的主体。长度200mm， 宽度160mm。安装加载时，以闸槽外壁为给力支座，用铁锤敲打木楔挤压叠梁，让木楔嵌入一定的深度，使侧止水橡胶达到有效压缩值。开启叠梁时，摇动并抽掉木楔。

4.6 安装加载

橡胶加载止水结构安装过程中，应先水平加载，再铅直加载，一个方向一次不可加载到位，应采取双向多次交替加载，以利止水橡胶双向挤压时移动到位，防止出现缝隙漏水。

5、前景

橡胶加载止水结构克服了目前卧管式叠梁传统止水存在的弊端，取得了良好的止水效果，经济效益显著，为进一步推广该技术积累了一定的管理经验，同时对现有的卧管式叠梁的止水改造具有较高的实用价值。直峡水库52级叠梁式改造后经济效益如下：改造费用低，使用费用更低。 减少了传统止水叠梁开启时的损坏。延长止水使用年限。为水库多蓄水提供了便利。直峡水库主要承担着城市供水，为保证城市供水的连续性，汛期雨季叠梁仍处于开启状态，当水库上游来水量大于供水量时，传统的止水法无法有效拦蓄来水而白白的被浪费，在试验的三年内，橡胶加载止水结构灵活有效地多蓄水50万m3，有效的缓解了城市供水需求。加载式止水法是针对直峡水库在工程管理中存在的实际问题而提出的一种新的止水理念。通过三年的试验，证明了橡胶加载止水系统总体构架的合理性和系统构件的科学性，说明了橡胶加载止水法在卧管式叠梁的直峡水库小型水利工程管理中的应用是可行的。可以在同类水库蓄水中推广应用。

本系统的水平加载还可以在叠梁的端头打孔安装加载杆件，在卧管的内壁设置给力支座，此结构在加工制作中不比木楔方便经济，故本系统的水平加载采用了木楔。

混凝土结构叠梁比较笨重，建议使用不易变形的木结构叠梁。木结构叠梁质量轻、加工制作容易，使用方便。

加载法可根据加载位置和加载方式的不同，还有多种方法有待进一步研究，如铅直加载中的一点式与多点式加载、对称性与非对称性加载、整体式与分层式加载。此法能否向大跨度的闸门拓展，也有待进一步实践研究。