氣盾壩在南小河黑臭水體治理項目中的應用

王玉林

(遼寧澤峰水利規劃設計有限公司，沈陽 110004)

1 項目由來

南小河黑臭水體治理方案依據《沈陽市水污染防治工作實施方案(2016-2020年)》，結合運河水系綜合治理經驗，通過對沈陽南小河現狀進行綜合調查，發現沿線垃圾堆積、水體黑臭、植被群落缺失、部分河道無穩定水源、行洪能力不足等問題，不僅影響整體水環境及景觀效果，同時也影響兩岸居民生活。

根據現狀及存在問題，本著“遠近結合、正本清源”的原則，以“城市修補、生態修復”為首要任務，結合區域實際需求與遠期發展，避免大量征拆，降低對周邊群眾影響，有針對性地制定整治方案，打造水體周邊生態系統，提升區域營商環境，構建市民親水休閑娛樂場地。

南小河根據水域功能的標準分類應為Ⅴ類，即主要適用于農業用水區及一般景觀要求水域。根據南小河的底泥、地表水的檢測報告，判定南小河為“黑臭水體”，其形成原因是沈北新區內道義經濟區、虎石臺經濟區、歐盟經濟區等區域現狀內有部分合流制排水系統，隨著城區的發展，污水量的不斷增長，使現狀截流式雨污合流排水管道的截流倍數逐年降低，已無法滿足排水截流要求，雨季時大量混合污水溢流至南小河，旱季個別溢流口也有污水溢流排入河道，造成內河水體污染；南小河上游水源補給不足，河水流速過緩，河道水體封閉，富營養化及河底淤積現象嚴重；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、個別點位污水直接排放河體等。近些年來，南小河的水質情況逐年惡化，污染指數超標，不僅影響水域、水體功能的發揮，同時也影響整體水環境和兩岸居民生活。

2 工程概況

該工程主要包括截污工程、點源臨時治理工程、污泥處理工程、生態治理及慢行系統等建設內容。

生態調蓄水閘壩是生態治理的主要內容，是改善城市河流區段生態多樣性、提高人文親水性的重要手段。通過合理設置生態調蓄閘壩，可以提高城市河流區段生態物質信息交流，為多樣水生物提供更大的生活空間；同時在兼顧洪水調蓄的作用下增強人文親水性，達到人文生態的協調可持續發展[1]。故本次黑臭水體中綜合治理在截污管網及點源污染治理的基礎上，為進一步凈化水質，在河道沿岸種植菖蒲進行生態修復。由于河道無穩定水源，污水全部截流后，需增加5座生態調蓄水閘，保證河道內水位及水量。

3 壩型比選

結合我國北方地區閘壩實際工程經驗，中小型河道攔蓄閘壩壩型選擇多為傳統型閘壩、水力自控型閘壩及新型的液壓驅動型閘壩[2]、橡膠壩、氣盾壩等，各種壩型方案優缺點如下：

3.1 傳統閘壩

優點：傳統閘壩相關技術成熟，實施及日常管理較為簡單。

缺點：傳統閘壩影響河道過流，不易調節。使用年限較低，維修養護頻繁。

圖1 傳統擋水閘壩示意圖

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自重平衡的原理，在一定水位條件下，隨流量自動起閉的閘門[3]。

優點：施工簡單，造價合理；水力自控無動力需求；門板為混凝土材料防腐性較好。

缺點：完全依靠水力控制，無法實現按計劃蓄水。易被上游卵石泥沙淤塞和漂浮物卡阻，不能自動翻板，造成上游淹沒，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

利用三絞點支撐原理，在閘門背后設置兩個液壓缸，進行閘門的啟閉機操作。門葉可使用鋼制或混凝土材料。

優點：不阻水、不怕泥砂淤積；開合容易不影響過流。

缺點：接電，需設置管理系統。

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、一排基礎錨固螺栓和一套氣動充排系統組成。其中，鋼盾板提供正面擋水；具有充漲功能的氣囊提供對擋水盾板的支撐[4]。

優點：具更強的清污、排淤能力，自潔功能強；使用壽命超長，綜合效益高；溢流時會形成更為壯美的瀑布景觀。

缺點：需要充氣、充水等介質驅動啟閉，驅動設施相對復雜，氣囊需要按照設計定期更換。

4種方案優缺點比較見表1。

圖4 氣盾壩方案事宜圖

表1 方案初選優缺點對比表

考慮項目區位于城鄉結合部，冬季嚴寒，且過流斷面相對較窄，未來水域周邊有很大開發空間，對閘壩的耐久性及運行管護難易程度提出了較高要求，綜合比較，結合管護難以程度、運行條件及項目區地理條件等因素推薦壩型選用氣盾閘。

4 氣盾閘設計

根據河道現狀條件，沈北路以南氣盾閘及藍灣街(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、海漫構成，鋪蓋采用鋼筋混凝土，長5m，閘室長10.7m，消力池長10m，海漫采用漿砌塊石材質。

場地工程地質條件：該場地地形較平坦，本區標準凍深為1.2m，地質狀況一般，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，該工程在地下開挖過程中，采用大開挖與支護相結合的施工方式進行地下工程的施工。基坑開挖前，用井點降水，將地下水位降至底板以下500mm。

主要建構筑物結構型式：地下結構為現澆鋼筋混凝土結構。

5 氣盾壩實施過程注意問題

1)結構抗震：本區抗震設防烈度為7度，按7度計算；按7度采取抗震措施，設計嚴格執行建筑抗震設計規范和構筑物抗震設計規范。

2)抗凍脹要求:所有建(構)筑物的基礎均坐于凍土層以下.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.池外凍深范圍內的回填土采用砂或爐渣等松散材料。

3)抗浮要求：地下構筑物按最高地下水位進行抗浮驗算。

4)閘體防滲：主要靠現澆鋼筋混凝土結構自防水，地下側墻除滿足結構強度設計要求外，還應同時滿足混凝土構件最大裂縫開展寬度<0.2mm。混凝土抗滲標號P6。

5)閘體防腐：與水接觸的側墻和底板混凝土強度等級均不小于C30，抗滲標號不低于P6。池內壁表面均抹防水砂漿；與水接觸的池側墻和底板內鋼筋的混凝土保護層最小厚度50mm;地下閘體外壁刷冷底子油和瀝青。

6)閘體抗裂措施：為防止側墻裂縫，在側墻和底板混凝土中可摻加外加劑，增加混凝土的密實性，提高混凝土的抗裂性。外加劑的使用應符合《混凝土外加劑應用技術規范》的要求。

6 結 論

氣盾壩結合了橡膠壩和鋼板閘長處于一體，并克服了兩者薄弱的環節，在洪水期塌壩、立壩速度快，運行維修方便，造型美觀，生態環保,具有更廣泛的應用領域。該工程氣盾壩的應用，可以更好的保障水體水量，為南小河黑臭水體消除黑臭、治理與水質長效改善提供基礎支撐。