河道常態化清理裝置的探索與實踐

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海縣城南約6km處，是淮河入海水道第四級控制工程，是淮河入海水道與通榆河正交的1級水工建筑物，具有泄洪、排澇、航運、排污等綜合功能。工程采用上槽下洞結構型式，共23孔，涵洞上、下洞首設平板鋼閘門、卷揚式啟閉機46臺套。工程設計防洪標準結合遠期為300年一遇，設計流量為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，沿途青坎灘地種植較多，導致上游漂來的雜草雜物較多。為滿足排澇、排污需要，入海水道通榆河立交工程南泓運行頻繁，由于入海水道通榆河立交工程全年常開上下游水位差小，導致大量雜草雜物堆積在上游閘門門體前，堵塞洞口，影響水流下泄；堆積的雜草雜物腐爛變質產生的氣味嚴重影響整體環境和工程形象。

以往每年會集中清理一次，河道內雜草雜物深度達一米多，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門前大量雜草雜物堆積未及時清理問題多次被提出。然而在對河道內雜草雜物進行集中清理后，隨著上游來水，很快又會有大量雜草雜物漂至閘前。顯然集中清理的方法不僅代價高，而且不能達到保持河道整潔的效果。為徹底解決這一問題，確保工程安全運行、保持河道整潔，擬設計一種河道常態化清理裝置來實現入海水道通榆河立交工程上游河道漂浮物的常態化清理。

2 河道常態化清理裝置

2.1 總體結構

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O連接，另一端則與中隔堤部位所設置的中隔堤錨固點連接，且攔河鋼絲繩浮筒組件與河道斷面傾斜設置，夾角為α；收集池設置于青坎位置處，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置污物進口，青坎部位錨固點O緊靠著污物進口設置于青坎位置處；攔污柵設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化清理裝置布置

圖2 混凝土錨固基礎結構示意

圖3 攔河鋼絲繩浮筒組件的結構示意

中隔堤錨固點通過在中隔堤預埋混凝土錨固基礎而設置；所述的混凝土錨固基礎包括混凝土、一端預埋在混凝土中的鍍鋅鋼管、四根均布在鍍鋅鋼管外圍并預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置，且鍍鋅鋼管伸出混凝土的部分通過在鍍鋅鋼管外圍設置焊接圈，形成所述的中隔堤錨固點。

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置常態化清理裝置對雜草雜物進行攔截，利用水流的作用力，改變雜草雜物的運動方向，及時將上游雜草雜物自動收集至青坎部位預先開挖好的收集池，定期將收集池內雜草雜物清運至指定位置進行處理，從而保持河道水面清潔無雜草雜物。

3 河道常態化清理裝置試驗

3.1 試驗目的

試驗目的是檢測河道常態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。考慮到入海水道通榆河立交工程全年常開，上下游水位差較小，為實現自動收集的效果，攔河鋼絲繩浮筒組件與河道斷面要有一定的角度。通過試驗不同工作角度(30°、40°、50°)，觀察雜草雜物漂至收集池的效果，并對該裝置的構造、使用細節進行調整、調試，使其更加符合實際使用需求。

3.2 試驗準備

3.2.1 計算鋼絲繩、浮筒數量，錨固點位置

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

根據不同工作夾角計算出鋼絲繩所需長度，在鋼絲繩與河道斷面夾角為50°時，鋼絲繩在河面的長度最長。

河面寬度L=100m，青坎部位錨固點為O。

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

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

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

3.2.2 高程控制點

根據入海水道通榆河立交工程南泓上游近11年來水位統計情況，推算出鍍鋅鋼管用于固定鋼絲繩(所述的中隔堤錨固點)對應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 錨固基礎開挖及澆筑

所述的鍍鋅鋼管總長度為2.5m，預埋在混凝土中的長度為1.1m。根據歷年水位統計情況，在O、A、B、C錨固基礎預埋的鍍鋅鋼管上分別設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。分別測量出O、A、B、C四點的高程，即可算出各錨固點基坑開挖深度。另外，還應開挖地錨基坑、澆筑混凝土錨基礎，并用地錨來固定和收緊鋼絲繩。

3.2.4 收集池開挖及澆筑

考慮到收集池混凝土澆筑時，采用直立式墻穩定性較差，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，待混凝土終凝達到強度等級后再開挖收集池污物進口及出口處土方。在收集池出口處設置攔污柵，以免收集池內雜草雜物從出口處進入河道。

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，各夾板沿著鋼絲繩的長度延伸方向均勻布置，且相鄰的兩塊夾板之間的間距為D2，三道鋼絲繩通過各夾板夾持固定在同一平面；浮筒有若干個，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O，另一端穿入中隔堤錨固點鍍鋅鋼管焊接圈，然后將鋼絲繩收緊并固定于地錨。

3.3 試驗內容

中隔堤上A、B、C三個錨固點代表了河道常態化清理裝置的不同工作角度，試驗中將鋼絲繩分別穿入錨固點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。根據入海水道通榆河立交工程南泓上游水位適時調整鋼絲繩松緊度，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。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 試驗結論

在入海水道通榆河立交工程南泓上游河道中，當河道常態化清理裝置工作一段時間后，通過對比河道常態化清理裝置設置前后閘前雜草雜物聚集量(見圖4～圖7)，可以發現這種河道常態化清理裝置是可以攔截雜草雜物的，并將雜草雜物自動收集至青坎部位的收集池內，而且該裝置設置后閘前聚集的雜草雜物明顯減少。

圖4 河道常態化清理裝置攔截雜草雜物

圖5 雜草雜物自動收集至青坎部位收集池

4 結 語

在水利工程的河道中設置這樣一套河道常態化清理裝置是比較容易實現的。我們可以根據工程實際需要調整攔河鋼絲繩浮筒組件的長度、收集池開挖深度、錨固基礎尺寸等參數來實現河道中雜草雜物自動收集的效果。

利用自然水流作用將雜草雜物自動收集至青坎部位的收集池內，代替傳統的船只打撈方法是這套河道常態化清理裝置的創新點，符合水利工程精細化管理中創新創優的要求。這套裝置不僅降低了人力成本，還實現了河道清潔的常態化，消除了因雜草雜物堆積帶來的安全隱患，同時該裝置安裝后可以長期使用并且日常維護也比較方便，應用前景廣闊。河道常態化清理裝置運行一段時間后，當青坎部位的收集池內雜草雜物較多時進行集中清運即可，在炎熱的夏季，雜草雜物易腐爛變質產生難聞的氣味，可適當增加集中清運次數。

雖然這套河道常態化清理裝置已經實現了將雜草雜物自動收集至青坎部位的收集池內，但在現場調試中也發現該裝置仍存在一些不足：當上游來草量較大時，鋼絲繩因張緊力不夠會產生一定撓度，對雜草雜物自動收集產生不利影響。因此，我們還需要在實踐與探索中不斷優化河道常態化清理裝置，比如采取錨固基礎加固、錨固基礎聯合受力等方法來解決鋼絲繩張緊力不夠的問題，以及增加雜草雜物輔助輸送、粉碎再利用等裝置。