氣盾壩在南小河黑臭水體治理項(xiàng)目中的應(yīng)用

王玉林

(遼寧澤峰水利規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，沈陽(yáng) 110004)

1 項(xiàng)目由來(lái)

南小河黑臭水體治理方案依據(jù)《沈陽(yáng)市水污染防治工作實(shí)施方案(2016-2020年)》，結(jié)合運(yùn)河水系綜合治理經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)沈陽(yáng)南小河現(xiàn)狀進(jìn)行綜合調(diào)查，發(fā)現(xiàn)沿線垃圾堆積、水體黑臭、植被群落缺失、部分河道無(wú)穩(wěn)定水源、行洪能力不足等問(wèn)題，不僅影響整體水環(huán)境及景觀效果，同時(shí)也影響兩岸居民生活。

根據(jù)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題，本著“遠(yuǎn)近結(jié)合、正本清源”的原則，以“城市修補(bǔ)、生態(tài)修復(fù)”為首要任務(wù)，結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H需求與遠(yuǎn)期發(fā)展，避免大量征拆，降低對(duì)周邊群眾影響，有針對(duì)性地制定整治方案，打造水體周邊生態(tài)系統(tǒng)，提升區(qū)域營(yíng)商環(huán)境，構(gòu)建市民親水休閑娛樂(lè)場(chǎng)地。

南小河根據(jù)水域功能的標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi)應(yīng)為Ⅴ類(lèi)，即主要適用于農(nóng)業(yè)用水區(qū)及一般景觀要求水域。根據(jù)南小河的底泥、地表水的檢測(cè)報(bào)告，判定南小河為“黑臭水體”，其形成原因是沈北新區(qū)內(nèi)道義經(jīng)濟(jì)區(qū)、虎石臺(tái)經(jīng)濟(jì)區(qū)、歐盟經(jīng)濟(jì)區(qū)等區(qū)域現(xiàn)狀內(nèi)有部分合流制排水系統(tǒng)，隨著城區(qū)的發(fā)展，污水量的不斷增長(zhǎng)，使現(xiàn)狀截流式雨污合流排水管道的截流倍數(shù)逐年降低，已無(wú)法滿足排水截流要求，雨季時(shí)大量混合污水溢流至南小河，旱季個(gè)別溢流口也有污水溢流排入河道，造成內(nèi)河水體污染；南小河上游水源補(bǔ)給不足，河水流速過(guò)緩，河道水體封閉，富營(yíng)養(yǎng)化及河底淤積現(xiàn)象嚴(yán)重；沿河存在河岸垃圾堆積、水體黑臭、植被群落缺失、行洪能力不足、個(gè)別點(diǎn)位污水直接排放河體等。近些年來(lái)，南小河的水質(zhì)情況逐年惡化，污染指數(shù)超標(biāo)，不僅影響水域、水體功能的發(fā)揮，同時(shí)也影響整體水環(huán)境和兩岸居民生活。

2 工程概況

該工程主要包括截污工程、點(diǎn)源臨時(shí)治理工程、污泥處理工程、生態(tài)治理及慢行系統(tǒng)等建設(shè)內(nèi)容。

生態(tài)調(diào)蓄水閘壩是生態(tài)治理的主要內(nèi)容，是改善城市河流區(qū)段生態(tài)多樣性、提高人文親水性的重要手段。通過(guò)合理設(shè)置生態(tài)調(diào)蓄閘壩，可以提高城市河流區(qū)段生態(tài)物質(zhì)信息交流，為多樣水生物提供更大的生活空間；同時(shí)在兼顧洪水調(diào)蓄的作用下增強(qiáng)人文親水性，達(dá)到人文生態(tài)的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展[1]。故本次黑臭水體中綜合治理在截污管網(wǎng)及點(diǎn)源污染治理的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步凈化水質(zhì)，在河道沿岸種植菖蒲進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。由于河道無(wú)穩(wěn)定水源，污水全部截流后，需增加5座生態(tài)調(diào)蓄水閘，保證河道內(nèi)水位及水量。

3 壩型比選

結(jié)合我國(guó)北方地區(qū)閘壩實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，中小型河道攔蓄閘壩壩型選擇多為傳統(tǒng)型閘壩、水力自控型閘壩及新型的液壓驅(qū)動(dòng)型閘壩[2]、橡膠壩、氣盾壩等，各種壩型方案優(yōu)缺點(diǎn)如下：

3.1 傳統(tǒng)閘壩

優(yōu)點(diǎn)：傳統(tǒng)閘壩相關(guān)技術(shù)成熟，實(shí)施及日常管理較為簡(jiǎn)單。

缺點(diǎn)：傳統(tǒng)閘壩影響河道過(guò)流，不易調(diào)節(jié)。使用年限較低，維修養(yǎng)護(hù)頻繁。

圖1 傳統(tǒng)擋水閘壩示意圖

3.2 水力自控翻板閘

水力自控翻板閘是利用水壓力和閘門(mén)自重平衡的原理，在一定水位條件下，隨流量自動(dòng)起閉的閘門(mén)[3]。

優(yōu)點(diǎn)：施工簡(jiǎn)單，造價(jià)合理；水力自控?zé)o動(dòng)力需求；門(mén)板為混凝土材料防腐性較好。

缺點(diǎn)：完全依靠水力控制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)按計(jì)劃蓄水。易被上游卵石泥沙淤塞和漂浮物卡阻，不能自動(dòng)翻板，造成上游淹沒(méi)，影響防洪安全。

圖2 水利自控翻板壩示意圖

3.3 液壓翻板閘

利用三絞點(diǎn)支撐原理，在閘門(mén)背后設(shè)置兩個(gè)液壓缸，進(jìn)行閘門(mén)的啟閉機(jī)操作。門(mén)葉可使用鋼制或混凝土材料。

優(yōu)點(diǎn)：不阻水、不怕泥砂淤積；開(kāi)合容易不影響過(guò)流。

缺點(diǎn)：接電，需設(shè)置管理系統(tǒng)。

圖3 液壓壩方案示意圖

3.4 氣盾壩

氣盾壩是橡膠壩與鋼壩閘合二為一的新型水工建筑物，由一組鋼制盾板、一組氣囊、一排基礎(chǔ)錨固螺栓和一套氣動(dòng)充排系統(tǒng)組成。其中，鋼盾板提供正面擋水；具有充漲功能的氣囊提供對(duì)擋水盾板的支撐[4]。

優(yōu)點(diǎn)：具更強(qiáng)的清污、排淤能力，自潔功能強(qiáng)；使用壽命超長(zhǎng)，綜合效益高；溢流時(shí)會(huì)形成更為壯美的瀑布景觀。

缺點(diǎn)：需要充氣、充水等介質(zhì)驅(qū)動(dòng)啟閉，驅(qū)動(dòng)設(shè)施相對(duì)復(fù)雜，氣囊需要按照設(shè)計(jì)定期更換。

4種方案優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表1。

圖4 氣盾壩方案事宜圖

表1 方案初選優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比表

考慮項(xiàng)目區(qū)位于城鄉(xiāng)結(jié)合部，冬季嚴(yán)寒，且過(guò)流斷面相對(duì)較窄，未來(lái)水域周邊有很大開(kāi)發(fā)空間，對(duì)閘壩的耐久性及運(yùn)行管護(hù)難易程度提出了較高要求，綜合比較，結(jié)合管護(hù)難以程度、運(yùn)行條件及項(xiàng)目區(qū)地理?xiàng)l件等因素推薦壩型選用氣盾閘。

4 氣盾閘設(shè)計(jì)

根據(jù)河道現(xiàn)狀條件，沈北路以南氣盾閘及藍(lán)灣街(孝信街以西) 氣盾閘，需修建寬18m氣盾閘，閘高2m；沈北大道以北氣盾閘、小橋子村氣盾閘、學(xué)子街以西氣盾閘，需修建寬22m氣盾閘，閘高2m。

氣盾閘由鋪蓋、閘室、消力池、海漫構(gòu)成，鋪蓋采用鋼筋混凝土，長(zhǎng)5m，閘室長(zhǎng)10.7m，消力池長(zhǎng)10m，海漫采用漿砌塊石材質(zhì)。

場(chǎng)地工程地質(zhì)條件：該場(chǎng)地地形較平坦，本區(qū)標(biāo)準(zhǔn)凍深為1.2m，地質(zhì)狀況一般，地下水水位高、變化幅度大，要做好施工降水及使用過(guò)程中的抗浮工作。

為了盡量減少施工侵占綠地，該工程在地下開(kāi)挖過(guò)程中，采用大開(kāi)挖與支護(hù)相結(jié)合的施工方式進(jìn)行地下工程的施工?；娱_(kāi)挖前，用井點(diǎn)降水，將地下水位降至底板以下500mm。

主要建構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)型式：地下結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

5 氣盾壩實(shí)施過(guò)程注意問(wèn)題

1)結(jié)構(gòu)抗震：本區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度，按7度計(jì)算；按7度采取抗震措施，設(shè)計(jì)嚴(yán)格執(zhí)行建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范和構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范。

2)抗凍脹要求:所有建(構(gòu))筑物的基礎(chǔ)均坐于凍土層以下.氣盾閘外壁表面與土接觸部分刷冷底子油一道，瀝青橫豎各一道.池外凍深范圍內(nèi)的回填土采用砂或爐渣等松散材料。

3)抗浮要求：地下構(gòu)筑物按最高地下水位進(jìn)行抗浮驗(yàn)算。

4)閘體防滲：主要靠現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自防水，地下側(cè)墻除滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求外，還應(yīng)同時(shí)滿足混凝土構(gòu)件最大裂縫開(kāi)展寬度<0.2mm?；炷量?jié)B標(biāo)號(hào)P6。

5)閘體防腐：與水接觸的側(cè)墻和底板混凝土強(qiáng)度等級(jí)均不小于C30，抗?jié)B標(biāo)號(hào)不低于P6。池內(nèi)壁表面均抹防水砂漿；與水接觸的池側(cè)墻和底板內(nèi)鋼筋的混凝土保護(hù)層最小厚度50mm;地下閘體外壁刷冷底子油和瀝青。

6)閘體抗裂措施：為防止側(cè)墻裂縫，在側(cè)墻和底板混凝土中可摻加外加劑，增加混凝土的密實(shí)性，提高混凝土的抗裂性。外加劑的使用應(yīng)符合《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》的要求。

6 結(jié) 論

氣盾壩結(jié)合了橡膠壩和鋼板閘長(zhǎng)處于一體，并克服了兩者薄弱的環(huán)節(jié)，在洪水期塌壩、立壩速度快，運(yùn)行維修方便，造型美觀，生態(tài)環(huán)保,具有更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。該工程氣盾壩的應(yīng)用，可以更好的保障水體水量，為南小河黑臭水體消除黑臭、治理與水質(zhì)長(zhǎng)效改善提供基礎(chǔ)支撐。