气盾坝在南小河黑臭水体治理项目中的应用

王玉林

(辽宁泽峰水利规划设计有限公司，沈阳 110004)

1 项目由来

南小河黑臭水体治理方案依据《沈阳市水污染防治工作实施方案(2016-2020年)》，结合运河水系综合治理经验，通过对沈阳南小河现状进行综合调查，发现沿线垃圾堆积、水体黑臭、植被群落缺失、部分河道无稳定水源、行洪能力不足等问题，不仅影响整体水环境及景观效果，同时也影响两岸居民生活。

根据现状及存在问题，本着“远近结合、正本清源”的原则，以“城市修补、生态修复”为首要任务，结合区域实际需求与远期发展，避免大量征拆，降低对周边群众影响，有针对性地制定整治方案，打造水体周边生态系统，提升区域营商环境，构建市民亲水休闲娱乐场地。

南小河根据水域功能的标准分类应为Ⅴ类，即主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。根据南小河的底泥、地表水的检测报告，判定南小河为“黑臭水体”，其形成原因是沈北新区内道义经济区、虎石台经济区、欧盟经济区等区域现状内有部分合流制排水系统，随着城区的发展，污水量的不断增长，使现状截流式雨污合流排水管道的截流倍数逐年降低，已无法满足排水截流要求，雨季时大量混合污水溢流至南小河，旱季个别溢流口也有污水溢流排入河道，造成内河水体污染；南小河上游水源补给不足，河水流速过缓，河道水体封闭，富营养化及河底淤积现象严重；沿河存在河岸垃圾堆积、水体黑臭、植被群落缺失、行洪能力不足、个别点位污水直接排放河体等。近些年来，南小河的水质情况逐年恶化，污染指数超标，不仅影响水域、水体功能的发挥，同时也影响整体水环境和两岸居民生活。

2 工程概况

该工程主要包括截污工程、点源临时治理工程、污泥处理工程、生态治理及慢行系统等建设内容。

生态调蓄水闸坝是生态治理的主要内容，是改善城市河流区段生态多样性、提高人文亲水性的重要手段。通过合理设置生态调蓄闸坝，可以提高城市河流区段生态物质信息交流，为多样水生物提供更大的生活空间；同时在兼顾洪水调蓄的作用下增强人文亲水性，达到人文生态的协调可持续发展[1]。故本次黑臭水体中综合治理在截污管网及点源污染治理的基础上，为进一步净化水质，在河道沿岸种植菖蒲进行生态修复。由于河道无稳定水源，污水全部截流后，需增加5座生态调蓄水闸，保证河道内水位及水量。

3 坝型比选

结合我国北方地区闸坝实际工程经验，中小型河道拦蓄闸坝坝型选择多为传统型闸坝、水力自控型闸坝及新型的液压驱动型闸坝[2]、橡胶坝、气盾坝等，各种坝型方案优缺点如下：

3.1 传统闸坝

优点：传统闸坝相关技术成熟，实施及日常管理较为简单。

缺点：传统闸坝影响河道过流，不易调节。使用年限较低，维修养护频繁。

图1 传统挡水闸坝示意图

3.2 水力自控翻板闸

水力自控翻板闸是利用水压力和闸门自重平衡的原理，在一定水位条件下，随流量自动起闭的闸门[3]。

优点：施工简单，造价合理；水力自控无动力需求；门板为混凝土材料防腐性较好。

缺点：完全依靠水力控制，无法实现按计划蓄水。易被上游卵石泥沙淤塞和漂浮物卡阻，不能自动翻板，造成上游淹没，影响防洪安全。

图2 水利自控翻板坝示意图

3.3 液压翻板闸

利用三绞点支撑原理，在闸门背后设置两个液压缸，进行闸门的启闭机操作。门叶可使用钢制或混凝土材料。

优点：不阻水、不怕泥砂淤积；开合容易不影响过流。

缺点：接电，需设置管理系统。

图3 液压坝方案示意图

3.4 气盾坝

气盾坝是橡胶坝与钢坝闸合二为一的新型水工建筑物，由一组钢制盾板、一组气囊、一排基础锚固螺栓和一套气动充排系统组成。其中，钢盾板提供正面挡水；具有充涨功能的气囊提供对挡水盾板的支撑[4]。

优点：具更强的清污、排淤能力，自洁功能强；使用寿命超长，综合效益高；溢流时会形成更为壮美的瀑布景观。

缺点：需要充气、充水等介质驱动启闭，驱动设施相对复杂，气囊需要按照设计定期更换。

4种方案优缺点比较见表1。

图4 气盾坝方案事宜图

表1 方案初选优缺点对比表

考虑项目区位于城乡结合部，冬季严寒，且过流断面相对较窄，未来水域周边有很大开发空间，对闸坝的耐久性及运行管护难易程度提出了较高要求，综合比较，结合管护难以程度、运行条件及项目区地理条件等因素推荐坝型选用气盾闸。

4 气盾闸设计

根据河道现状条件，沈北路以南气盾闸及蓝湾街(孝信街以西) 气盾闸，需修建宽18m气盾闸，闸高2m；沈北大道以北气盾闸、小桥子村气盾闸、学子街以西气盾闸，需修建宽22m气盾闸，闸高2m。

气盾闸由铺盖、闸室、消力池、海漫构成，铺盖采用钢筋混凝土，长5m，闸室长10.7m，消力池长10m，海漫采用浆砌块石材质。

场地工程地质条件：该场地地形较平坦，本区标准冻深为1.2m，地质状况一般，地下水水位高、变化幅度大，要做好施工降水及使用过程中的抗浮工作。

为了尽量减少施工侵占绿地，该工程在地下开挖过程中，采用大开挖与支护相结合的施工方式进行地下工程的施工。基坑开挖前，用井点降水，将地下水位降至底板以下500mm。

主要建构筑物结构型式：地下结构为现浇钢筋混凝土结构。

5 气盾坝实施过程注意问题

1)结构抗震：本区抗震设防烈度为7度，按7度计算；按7度采取抗震措施，设计严格执行建筑抗震设计规范和构筑物抗震设计规范。

2)抗冻胀要求:所有建(构)筑物的基础均坐于冻土层以下.气盾闸外壁表面与土接触部分刷冷底子油一道，沥青横竖各一道.池外冻深范围内的回填土采用砂或炉渣等松散材料。

3)抗浮要求：地下构筑物按最高地下水位进行抗浮验算。

4)闸体防渗：主要靠现浇钢筋混凝土结构自防水，地下侧墙除满足结构强度设计要求外，还应同时满足混凝土构件最大裂缝开展宽度<0.2mm。混凝土抗渗标号P6。

5)闸体防腐：与水接触的侧墙和底板混凝土强度等级均不小于C30，抗渗标号不低于P6。池内壁表面均抹防水砂浆；与水接触的池侧墙和底板内钢筋的混凝土保护层最小厚度50mm;地下闸体外壁刷冷底子油和沥青。

6)闸体抗裂措施：为防止侧墙裂缝，在侧墙和底板混凝土中可掺加外加剂，增加混凝土的密实性，提高混凝土的抗裂性。外加剂的使用应符合《混凝土外加剂应用技术规范》的要求。

6 结 论

气盾坝结合了橡胶坝和钢板闸长处于一体，并克服了两者薄弱的环节，在洪水期塌坝、立坝速度快，运行维修方便，造型美观，生态环保,具有更广泛的应用领域。该工程气盾坝的应用，可以更好的保障水体水量，为南小河黑臭水体消除黑臭、治理与水质长效改善提供基础支撑。