河道常態(tài)化清理裝置的探索與實(shí)踐

季婷婷 宋瑋瑋 孫 猛

(江蘇省淮河入海水道工程管理處，江蘇 淮安 223200)

1 工程概況

入海水道通榆河立交工程位于濱?？h城南約6km處，是淮河入海水道第四級(jí)控制工程，是淮河入海水道與通榆河正交的1級(jí)水工建筑物，具有泄洪、排澇、航運(yùn)、排污等綜合功能。工程采用上槽下洞結(jié)構(gòu)型式，共23孔，涵洞上、下洞首設(shè)平板鋼閘門(mén)、卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)46臺(tái)套。工程設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合遠(yuǎn)期為300年一遇，設(shè)計(jì)流量為2270m3/s，校核流量為2890m3/s。

入海水道通榆河立交工程由于上游河道較長(zhǎng)，沿途青坎灘地種植較多，導(dǎo)致上游漂來(lái)的雜草雜物較多。為滿(mǎn)足排澇、排污需要，入海水道通榆河立交工程南泓運(yùn)行頻繁，由于入海水道通榆河立交工程全年常開(kāi)上下游水位差小，導(dǎo)致大量雜草雜物堆積在上游閘門(mén)門(mén)體前，堵塞洞口，影響水流下泄；堆積的雜草雜物腐爛變質(zhì)產(chǎn)生的氣味嚴(yán)重影響整體環(huán)境和工程形象。

以往每年會(huì)集中清理一次，河道內(nèi)雜草雜物深度達(dá)一米多，清理難度大。在歷次的河道督察中，入海水道通榆河立交工程上游閘門(mén)門(mén)前大量雜草雜物堆積未及時(shí)清理問(wèn)題多次被提出。然而在對(duì)河道內(nèi)雜草雜物進(jìn)行集中清理后，隨著上游來(lái)水，很快又會(huì)有大量雜草雜物漂至閘前。顯然集中清理的方法不僅代價(jià)高，而且不能達(dá)到保持河道整潔的效果。為徹底解決這一問(wèn)題，確保工程安全運(yùn)行、保持河道整潔，擬設(shè)計(jì)一種河道常態(tài)化清理裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)入海水道通榆河立交工程上游河道漂浮物的常態(tài)化清理。

2 河道常態(tài)化清理裝置

2.1 總體結(jié)構(gòu)

如圖1～圖3所示，該裝置主要包括攔河鋼絲繩浮筒組件、收集池以及攔污柵等。其中，攔河鋼絲繩浮筒組件的一端與青坎部位錨固點(diǎn)O連接，另一端則與中隔堤部位所設(shè)置的中隔堤錨固點(diǎn)連接，且攔河鋼絲繩浮筒組件與河道斷面傾斜設(shè)置，夾角為α；收集池設(shè)置于青坎位置處，且收集池在朝向攔河鋼絲繩浮筒組件所攔截的河道部位設(shè)置污物進(jìn)口，青坎部位錨固點(diǎn)O緊靠著污物進(jìn)口設(shè)置于青坎位置處；攔污柵設(shè)置于收集池的出口位置處。

圖1 入海水道通榆河立交工程河道常態(tài)化清理裝置布置

圖2 混凝土錨固基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)示意

圖3 攔河鋼絲繩浮筒組件的結(jié)構(gòu)示意

中隔堤錨固點(diǎn)通過(guò)在中隔堤預(yù)埋混凝土錨固基礎(chǔ)而設(shè)置；所述的混凝土錨固基礎(chǔ)包括混凝土、一端預(yù)埋在混凝土中的鍍鋅鋼管、四根均布在鍍鋅鋼管外圍并預(yù)埋在混凝土中的配筋以及若干根將各配筋箍扎在一起的箍筋。鍍鋅鋼管的另一端則伸出混凝土設(shè)置，且鍍鋅鋼管伸出混凝土的部分通過(guò)在鍍鋅鋼管外圍設(shè)置焊接圈，形成所述的中隔堤錨固點(diǎn)。

2.2 工作原理

在入海水道通榆河立交工程南泓上游河道設(shè)置常態(tài)化清理裝置對(duì)雜草雜物進(jìn)行攔截，利用水流的作用力，改變雜草雜物的運(yùn)動(dòng)方向，及時(shí)將上游雜草雜物自動(dòng)收集至青坎部位預(yù)先開(kāi)挖好的收集池，定期將收集池內(nèi)雜草雜物清運(yùn)至指定位置進(jìn)行處理，從而保持河道水面清潔無(wú)雜草雜物。

3 河道常態(tài)化清理裝置試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

試驗(yàn)?zāi)康氖菣z測(cè)河道常態(tài)化清理裝置在入海水道通榆河立交工程南泓上游河道中的作用?？紤]到入海水道通榆河立交工程全年常開(kāi)，上下游水位差較小，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)收集的效果，攔河鋼絲繩浮筒組件與河道斷面要有一定的角度。通過(guò)試驗(yàn)不同工作角度(30°、40°、50°)，觀察雜草雜物漂至收集池的效果，并對(duì)該裝置的構(gòu)造、使用細(xì)節(jié)進(jìn)行調(diào)整、調(diào)試，使其更加符合實(shí)際使用需求。

3.2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

3.2.1 計(jì)算鋼絲繩、浮筒數(shù)量，錨固點(diǎn)位置

所述的焊接圈包括三道，形成三個(gè)中隔堤錨固點(diǎn)，分別為中隔堤錨固點(diǎn)A、B、C；當(dāng)攔河鋼絲繩浮筒組件與中隔堤錨固點(diǎn)A連接時(shí)，夾角α的取值為50°；當(dāng)攔河鋼絲繩浮筒組件與中隔堤錨固點(diǎn)B連接時(shí)，夾角α的取值為40°；當(dāng)攔河鋼絲繩浮筒組件與中隔堤錨固點(diǎn)C連接時(shí)，夾角α的取值為30°。

根據(jù)不同工作夾角計(jì)算出鋼絲繩所需長(zhǎng)度，在鋼絲繩與河道斷面夾角為50°時(shí)，鋼絲繩在河面的長(zhǎng)度最長(zhǎng)。

河面寬度L=100m，青坎部位錨固點(diǎn)為O。

a.當(dāng)鋼絲繩與河道斷面夾角∠AOE=50°時(shí)，鋼絲繩在河面的長(zhǎng)度為OA=155.57m，加上錨固預(yù)留長(zhǎng)度，每根鋼絲繩取250m，三根鋼絲繩共計(jì)750m；每個(gè)浮筒長(zhǎng)度1m，故需要購(gòu)置浮筒170個(gè)(含10%預(yù)留量)；AE=119.18m，確定中隔堤錨固點(diǎn)A。

b.當(dāng)鋼絲繩與河道斷面夾角∠BOE=40°時(shí)，鋼絲繩在河面的長(zhǎng)度為OB=130.54m，BE=83.91m，確定中隔堤錨固點(diǎn)B。

c.當(dāng)鋼絲繩與河道斷面夾角∠COE=30°時(shí)，鋼絲繩在河面的長(zhǎng)度為OC=115.47m，CE=57.74m，確定中隔堤錨固點(diǎn)C。

3.2.2 高程控制點(diǎn)

根據(jù)入海水道通榆河立交工程南泓上游近11年來(lái)水位統(tǒng)計(jì)情況，推算出鍍鋅鋼管用于固定鋼絲繩(所述的中隔堤錨固點(diǎn))對(duì)應(yīng)的中間位置焊接圈高程控制在1.5m，而收集池底高程控制在0.48m。

3.2.3 錨固基礎(chǔ)開(kāi)挖及澆筑

所述的鍍鋅鋼管總長(zhǎng)度為2.5m，預(yù)埋在混凝土中的長(zhǎng)度為1.1m。根據(jù)歷年水位統(tǒng)計(jì)情況，在O、A、B、C錨固基礎(chǔ)預(yù)埋的鍍鋅鋼管上分別設(shè)置三道用于固定鋼絲繩的焊接圈，中間位置的焊接圈高程控制在1.5m。分別測(cè)量出O、A、B、C四點(diǎn)的高程，即可算出各錨固點(diǎn)基坑開(kāi)挖深度。另外，還應(yīng)開(kāi)挖地錨基坑、澆筑混凝土錨基礎(chǔ)，并用地錨來(lái)固定和收緊鋼絲繩。

3.2.4 收集池開(kāi)挖及澆筑

考慮到收集池混凝土澆筑時(shí)，采用直立式墻穩(wěn)定性較差，故所述的收集池為混凝土斜坡式收集池，坡角為30°。收集池坡面澆筑C30混凝土，待混凝土終凝達(dá)到強(qiáng)度等級(jí)后再開(kāi)挖收集池污物進(jìn)口及出口處土方。在收集池出口處設(shè)置攔污柵，以免收集池內(nèi)雜草雜物從出口處進(jìn)入河道。

3.2.5 制作攔河鋼絲繩浮筒組件

所述的攔河鋼絲繩浮筒組件包括鋼絲繩、浮筒以及夾板；鋼絲繩共三道，各鋼絲繩相互平行布置；夾板有若干個(gè)，各夾板沿著鋼絲繩的長(zhǎng)度延伸方向均勻布置，且相鄰的兩塊夾板之間的間距為D2，三道鋼絲繩通過(guò)各夾板夾持固定在同一平面；浮筒有若干個(gè)，分別套接在鋼絲繩上。攔河鋼絲繩一端固定在青坎部位錨固點(diǎn)O，另一端穿入中隔堤錨固點(diǎn)鍍鋅鋼管焊接圈，然后將鋼絲繩收緊并固定于地錨。

3.3 試驗(yàn)內(nèi)容

中隔堤上A、B、C三個(gè)錨固點(diǎn)代表了河道常態(tài)化清理裝置的不同工作角度，試驗(yàn)中將鋼絲繩分別穿入錨固點(diǎn)A、B、C的鍍鋅鋼管焊接圈以控制鋼絲繩垂直位置，然后再將鋼絲繩固定在混凝土地錨上。根據(jù)入海水道通榆河立交工程南泓上游水位適時(shí)調(diào)整鋼絲繩松緊度，以便雜草雜物更好地利用自然水流作用漂流至青坎部位的混凝土收集池內(nèi)。分別觀察并記錄不同工作角度下雜草雜物漂流至收集池的效果。

3.4 試驗(yàn)結(jié)論

在入海水道通榆河立交工程南泓上游河道中，當(dāng)河道常態(tài)化清理裝置工作一段時(shí)間后，通過(guò)對(duì)比河道常態(tài)化清理裝置設(shè)置前后閘前雜草雜物聚集量(見(jiàn)圖4～圖7)，可以發(fā)現(xiàn)這種河道常態(tài)化清理裝置是可以攔截雜草雜物的，并將雜草雜物自動(dòng)收集至青坎部位的收集池內(nèi)，而且該裝置設(shè)置后閘前聚集的雜草雜物明顯減少。

圖4 河道常態(tài)化清理裝置攔截雜草雜物

圖5 雜草雜物自動(dòng)收集至青坎部位收集池

4 結(jié) 語(yǔ)

在水利工程的河道中設(shè)置這樣一套河道常態(tài)化清理裝置是比較容易實(shí)現(xiàn)的。我們可以根據(jù)工程實(shí)際需要調(diào)整攔河鋼絲繩浮筒組件的長(zhǎng)度、收集池開(kāi)挖深度、錨固基礎(chǔ)尺寸等參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)河道中雜草雜物自動(dòng)收集的效果。

利用自然水流作用將雜草雜物自動(dòng)收集至青坎部位的收集池內(nèi)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的船只打撈方法是這套河道常態(tài)化清理裝置的創(chuàng)新點(diǎn)，符合水利工程精細(xì)化管理中創(chuàng)新創(chuàng)優(yōu)的要求。這套裝置不僅降低了人力成本，還實(shí)現(xiàn)了河道清潔的常態(tài)化，消除了因雜草雜物堆積帶來(lái)的安全隱患，同時(shí)該裝置安裝后可以長(zhǎng)期使用并且日常維護(hù)也比較方便，應(yīng)用前景廣闊。河道常態(tài)化清理裝置運(yùn)行一段時(shí)間后，當(dāng)青坎部位的收集池內(nèi)雜草雜物較多時(shí)進(jìn)行集中清運(yùn)即可，在炎熱的夏季，雜草雜物易腐爛變質(zhì)產(chǎn)生難聞的氣味，可適當(dāng)增加集中清運(yùn)次數(shù)。

雖然這套河道常態(tài)化清理裝置已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了將雜草雜物自動(dòng)收集至青坎部位的收集池內(nèi)，但在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中也發(fā)現(xiàn)該裝置仍存在一些不足：當(dāng)上游來(lái)草量較大時(shí)，鋼絲繩因張緊力不夠會(huì)產(chǎn)生一定撓度，對(duì)雜草雜物自動(dòng)收集產(chǎn)生不利影響。因此，我們還需要在實(shí)踐與探索中不斷優(yōu)化河道常態(tài)化清理裝置，比如采取錨固基礎(chǔ)加固、錨固基礎(chǔ)聯(lián)合受力等方法來(lái)解決鋼絲繩張緊力不夠的問(wèn)題，以及增加雜草雜物輔助輸送、粉碎再利用等裝置。