南水北调大宁调蓄水库橡胶坝工程质量评价分析

王靖宇

(北京市南水北调大宁管理处，北京 102442)

1 工程概况

在大宁库区上游京石高速公路桥与京周公路桥间新建两座橡胶坝，即小清河橡胶坝和小哑叭河橡胶坝，水库作为调蓄水库蓄水时橡胶坝挡水，永定河通过小清河分洪至大宁水库及小哑叭河泄洪至大宁水库时橡胶坝塌坝泄水[1-3]。

小清河橡胶坝形式为充水枕式，总坝长245.3 m，设计为5跨。其中：第1跨坝高4.2 m，坝长24.1 m，坝底板高程54.5 m，内压比1.3；第2～4跨坝袋高4.2 m，单跨坝长63.0 m，坝底板高程54.5 m，内压比1.3；第5跨坝袋高2.4 m，坝长32.2 m，坝底板高程56.3 m，内压比1.4。

小哑叭河橡胶坝坝长15.0 m，坝高4.2 m，内压比为1.3，充坝水源取自水库蓄水，泄水时间≤5 h，强排排水方式。坝底板高程54.5 m。橡胶坝形式为充水枕式。

2 工程质量评价

2.1 现状地形测绘

现有地形测绘图为2010年建坝时所用资料，年限较为久远，对场区内地形、高程、重点水工建筑进行测绘复核。库尾橡胶坝及高架桥下护砌测绘成果对比复核成果来看，库区现状和设计平面布置吻合较好，高程等基础数据变化不大。

2.2 场区地质条件无损复勘

本次场区地质条件无损复勘采用微动 B 超技术，分别在小清河橡胶坝区域及小哑叭河橡胶坝区域布置测线，探测参数如下：2 ms 检波器、采样间隔1 ms、采样时窗 600 s，解释深度 15～20 m。通过对微动数据进行分析，结合地质资料及地层波速进行反演解释。

小清河橡胶坝区域自上游浆砌石边界开始，至高架桥以南护砌，全长 130 m，解译深度为 20 m，见图1。从剖面图中可以看到，各地层界面清晰，总体呈层状分布，表层受垫层及浅部填筑料影响，主要表现为低速特征，深度 8 m以下波速较高，推测为卵砾石层的波速特征，与地勘资料基本吻合；在高架桥位置，深部波速升高，推测与高架桥桩基区域加固有关，与原状地层的层状分布特征差异较大。

图1 小清河橡胶坝区域微动 B 超反演成果

小哑叭河橡胶坝区域自上游浆砌石边界开始，至高架桥护砌上游边界，全长 70 m，解译深度为 20 m，见图2。从剖面图中可以看到，测线 0～16 m区域浅部波速较同层位略高，测线 16～70 m 区域内，地层界面清晰，总体呈层状分布，表层受垫层及浅部填筑料影响，主要表现为低速特征，深度 8 m 以下波速较高，推测为卵砾石层的波速特征，与地勘资料基本吻合。

图2 小哑叭河橡胶坝区域微动 B 超反演成果

2.3 混凝土结构无损检测

混凝土结构无损检测包括外观检测、强度检测及裂缝专项检测。

2.3.1 外观检测

外观检测主要是检查橡胶坝侧墙、橡胶坝坝墩及底板混凝土构筑物表面有无腐蚀、剥落、渗水等病害。以目测为主，配合钢卷尺、厚度塞尺、钢板尺、激光测距仪、数码相机和裂缝测宽仪等近距离对结构、构件进行检测。经外观普查，有橡胶坝底板混凝土少部剥落，橡胶带老化等现象。

2.3.2 裂缝专项检测

裂缝专项检测是利用裂缝检测设备，对场区内混凝土结构裂缝等病害进行专项检测与统计分析，普查共发现裂缝 183 条，分布于左边墙、右边墙、4 个坝墩。按裂缝发育趋势分类：竖向发育裂缝 155 条，斜向发育裂缝 5 条，水平向发育裂缝 23 条；按照水工钢筋混凝土裂缝分类表进行统计，其中 A 类裂缝 121 条，B 类裂缝34 条，C 类裂缝 12 条，D 类裂缝 16 条。

2.4 底板基础无损检测

底板基础无损检测采用二维地质雷达开展，仪器频率为 400 M 扫描天线，采集时窗均为 40 ns，进过设计资料及所测剖面进行比对，工程测区内确定介电常数的参数值为12。底板普查区域包括小清河橡胶坝工程区域、小哑叭河橡胶坝工程区域及京港澳高架桥下护砌底板。本次检查共计布置测线 172 条，其中：小清河橡胶坝 1#～4#跨坝后区域测线共16条；小清河橡胶坝 1#～4#跨坝袋区域测线 8 条；小清河橡胶坝 1#～4#跨坝前区域测线共 6 条；小清河橡胶坝 5#跨区域测线共 15 条；小哑叭河橡胶坝区域测线共 38 条；京港澳高架桥下护砌底板测线共 89 条，直到防渗墙轴线以北的斜坡护砌。

为方便对工区内 172 条地质雷达剖面进行合理解释，先以 L101 测线为例，对图3地质雷达典型剖面进行分析，并在此基础上对各区域的地质雷达剖面成果进行分析和讨论。

图3 地质雷达典型剖面图(L101 测线)

L101 测线位于小清河橡胶坝的第五跨，自上游浆砌石与混凝土底板的边界开始，至下游高架桥下底板边界，全长 60 m。该测线区域底板为 C25 混凝土面板，除坝袋区域为 0.8 m，其余位置厚度均为 0.5 m，底板下有 C10 混凝土垫层厚 0.1 m，底板表层布筋 1 层。从地质雷达剖面图上可以看到，表层钢筋均匀分布，值筋深度约 0.1 cm 且可识别值筋密度；在剖面 0.6～0.7 m 深度有一明显界面，推测为垫层与下覆地层的界面略有起伏；测线 15 m、30 m、45 m 处可见底板分缝；测线 30～45 m 处为坝袋位置。受锚固区域金属结构影响，雷达信号受到一定的低阻屏蔽，面层布筋仍可见，界面深度在 1.0～1.1 m，与设计资料吻合较好；测线 16～27 m 及 56～58 m 位置，雷达界面存在分层，且较深界面存在下凹趋势，局部同相轴错断，相位倒转，推测该底板区域存在垫层不密实或脱空；测线 28 m 位置，深度 0.7 m 处有一明显反射弧，推测为地下管线。

通过对典型剖面进行分析，按照上述解译标准对工区内其他断面进行逐一分析，并归纳各测区的底板基础检测成果。

2.4.1 小清河橡胶坝 1#～4#跨坝后区域

本区域共计 16 条测线，编号 L1～L16。测线布置自上游浆砌石与混凝土底板边界起为 L1 测线，间隔 2 m 依次布置，至橡胶坝上游边缘为测线，测线长度均为 210 m，测线方向自左岸向右岸，探测深度 1.5 m。对图4剖面成果进行分析可知，底板各分缝位置清晰，垫层与下覆地层界面整体清晰且连续，表明测区内基础总体稳定且密实性较好。其他区域未见明显异常。

图4 小清河橡胶坝 1#～4#跨坝后上游区域雷达剖面(单位：m)

2.4.2 小清河橡胶坝 1#～4#跨坝前区域

本区域共计 6 条测线，编号 L17～L22。测线布置自橡胶坝混凝土底板边界起为 L17 测线依次向下游布置，线距间隔 2 m，至高架桥下护砌边缘为 L22 测线，测线方向自左岸向右岸，探测深度 1.5 m。对图5剖面成果进行分析可知，底板各分缝位置清晰，垫层与下覆地层界面整体清晰且连续，表明测区内基础总体稳定且密实性较好。

图5 小清河橡胶坝 1#～4#跨坝前下游区域雷达剖面(单位：m)

图6 小清河橡胶坝 1#～4#跨坝袋区域雷达剖面(单位：m)

2.4.3 小清河橡胶坝 5#跨区域

本区域共计15 条测线，编号 L100～L114，测线间隔 2 m，测线方向自上游向下游，探测深度1.5 m。对剖面成果进行分析可知，各区域底板及分缝位置清晰，垫层与下覆地层界而整体清晰且连续。

2.4.4 小哑叭河橡胶坝区域

小哑叭河橡胶坝坝前区域共计24 条测线，编号 L127～L150，测线间隔 2 m，测线方向自上游向下游，探测深度1.5 m。对图7剖面成果进行分析可知，面层钢筋清晰可识别，垫层与下覆地层界面整体清撕且连续，界面深度约0.7 m，测区内基础总体稳定且密实性较好。

图7 小哑叭河橡胶坝坝前区域雷达剖面(单位：m)

小哑叭河橡胶坝坝后区域共计14条测线，测线间隔2 m，测线方向自上游向下游，探测深度1.5 m。对图8剖面成果进行分析可知，面层钢筋清晰可识别，垫层与下覆地层界面清晰且连续，界面深度约0.7 m，测区内基础总体稳定且密实性较好。

图8 小哑叭河橡胶坝坝后区域雷达剖面(单位：m)

2.4.5 京港澳高架桥下护砌底板区域

本区域共计89条测线，测线间隔2 m，测线方向自上游向下游，探测深度1.5 m。对剖面成果进行分析可知，面层钢筋清晰可识别，垫层与下覆地层界面整体清晰且连续，测区内基础总体稳定且密实性较好。

2.5 坝袋检测

对坝袋外观状况、胶布的胶层厚度及物理力学性能进行了检测。小清河橡胶坝坝袋严重老化、变色，表面龟裂；橡胶坝表层胶存在多处损伤、开裂；坝袋搭接黏合处表层胶出现大量老化、损伤开裂现象，最大开裂长度 3.5 m，最大开裂宽度 4.5 mm，开裂深度 1～2 mm。小哑叭河橡胶坝为 2022 年更换，经现场检查，局部存在表层开裂。

2.6 机电设备检查

本次机电设备检查包括对配电室、发电机房、设备井等。其中：配电室设备均可正常运行、发电机房配有一备用发电机，可正常运行。设备井中电动蝶阀及部分设备有明显锈蚀，部分机电设备连接处有渗水；同时，经值守人员反馈，电动执行器多次损坏或接触不良。

2.7 工程质量分级

综上本次工程质量评价的各项检测成果，运行中发现的质量缺陷尚不影响工程安全，对大宁水库橡胶坝工程质量综合评定等级为 B 级。

3 结 语

通过对大宁调蓄水库橡胶坝工程安全质量评价工作，橡胶坝底板基础总体稳定且密实性较好，未对运行安全造成影响，小清河橡胶坝坝袋表面严重老化、龟裂、变色，使用年限已超 10 a，接近设计使用寿命，且外层胶存在多处损伤、开裂，坝袋搭接黏合处表层胶存在大量老化、损伤开裂现象，建议尽快更换坝袋。定期检查坝体和周围环境，及时清除橡胶坝上游淤泥及碎屑，做好人工维护清理。