河道常态化清理装置的探索与实践

季婷婷 宋玮玮 孙 猛

(江苏省淮河入海水道工程管理处，江苏 淮安 223200)

1 工程概况

入海水道通榆河立交工程位于滨海县城南约6km处，是淮河入海水道第四级控制工程，是淮河入海水道与通榆河正交的1级水工建筑物，具有泄洪、排涝、航运、排污等综合功能。工程采用上槽下洞结构型式，共23孔，涵洞上、下洞首设平板钢闸门、卷扬式启闭机46台套。工程设计防洪标准结合远期为300年一遇，设计流量为2270m3/s，校核流量为2890m3/s。

入海水道通榆河立交工程由于上游河道较长，沿途青坎滩地种植较多，导致上游漂来的杂草杂物较多。为满足排涝、排污需要，入海水道通榆河立交工程南泓运行频繁，由于入海水道通榆河立交工程全年常开上下游水位差小，导致大量杂草杂物堆积在上游闸门门体前，堵塞洞口，影响水流下泄；堆积的杂草杂物腐烂变质产生的气味严重影响整体环境和工程形象。

以往每年会集中清理一次，河道内杂草杂物深度达一米多，清理难度大。在历次的河道督察中，入海水道通榆河立交工程上游闸门门前大量杂草杂物堆积未及时清理问题多次被提出。然而在对河道内杂草杂物进行集中清理后，随着上游来水，很快又会有大量杂草杂物漂至闸前。显然集中清理的方法不仅代价高，而且不能达到保持河道整洁的效果。为彻底解决这一问题，确保工程安全运行、保持河道整洁，拟设计一种河道常态化清理装置来实现入海水道通榆河立交工程上游河道漂浮物的常态化清理。

2 河道常态化清理装置

2.1 总体结构

如图1～图3所示，该装置主要包括拦河钢丝绳浮筒组件、收集池以及拦污栅等。其中，拦河钢丝绳浮筒组件的一端与青坎部位锚固点O连接，另一端则与中隔堤部位所设置的中隔堤锚固点连接，且拦河钢丝绳浮筒组件与河道断面倾斜设置，夹角为α；收集池设置于青坎位置处，且收集池在朝向拦河钢丝绳浮筒组件所拦截的河道部位设置污物进口，青坎部位锚固点O紧靠着污物进口设置于青坎位置处；拦污栅设置于收集池的出口位置处。

图1 入海水道通榆河立交工程河道常态化清理装置布置

图2 混凝土锚固基础结构示意

图3 拦河钢丝绳浮筒组件的结构示意

中隔堤锚固点通过在中隔堤预埋混凝土锚固基础而设置；所述的混凝土锚固基础包括混凝土、一端预埋在混凝土中的镀锌钢管、四根均布在镀锌钢管外围并预埋在混凝土中的配筋以及若干根将各配筋箍扎在一起的箍筋。镀锌钢管的另一端则伸出混凝土设置，且镀锌钢管伸出混凝土的部分通过在镀锌钢管外围设置焊接圈，形成所述的中隔堤锚固点。

2.2 工作原理

在入海水道通榆河立交工程南泓上游河道设置常态化清理装置对杂草杂物进行拦截，利用水流的作用力，改变杂草杂物的运动方向，及时将上游杂草杂物自动收集至青坎部位预先开挖好的收集池，定期将收集池内杂草杂物清运至指定位置进行处理，从而保持河道水面清洁无杂草杂物。

3 河道常态化清理装置试验

3.1 试验目的

试验目的是检测河道常态化清理装置在入海水道通榆河立交工程南泓上游河道中的作用。考虑到入海水道通榆河立交工程全年常开，上下游水位差较小，为实现自动收集的效果，拦河钢丝绳浮筒组件与河道断面要有一定的角度。通过试验不同工作角度(30°、40°、50°)，观察杂草杂物漂至收集池的效果，并对该装置的构造、使用细节进行调整、调试，使其更加符合实际使用需求。

3.2 试验准备

3.2.1 计算钢丝绳、浮筒数量，锚固点位置

所述的焊接圈包括三道，形成三个中隔堤锚固点，分别为中隔堤锚固点A、B、C；当拦河钢丝绳浮筒组件与中隔堤锚固点A连接时，夹角α的取值为50°；当拦河钢丝绳浮筒组件与中隔堤锚固点B连接时，夹角α的取值为40°；当拦河钢丝绳浮筒组件与中隔堤锚固点C连接时，夹角α的取值为30°。

根据不同工作夹角计算出钢丝绳所需长度，在钢丝绳与河道断面夹角为50°时，钢丝绳在河面的长度最长。

河面宽度L=100m，青坎部位锚固点为O。

a.当钢丝绳与河道断面夹角∠AOE=50°时，钢丝绳在河面的长度为OA=155.57m，加上锚固预留长度，每根钢丝绳取250m，三根钢丝绳共计750m；每个浮筒长度1m，故需要购置浮筒170个(含10%预留量)；AE=119.18m，确定中隔堤锚固点A。

b.当钢丝绳与河道断面夹角∠BOE=40°时，钢丝绳在河面的长度为OB=130.54m，BE=83.91m，确定中隔堤锚固点B。

c.当钢丝绳与河道断面夹角∠COE=30°时，钢丝绳在河面的长度为OC=115.47m，CE=57.74m，确定中隔堤锚固点C。

3.2.2 高程控制点

根据入海水道通榆河立交工程南泓上游近11年来水位统计情况，推算出镀锌钢管用于固定钢丝绳(所述的中隔堤锚固点)对应的中间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 锚固基础开挖及浇筑

所述的镀锌钢管总长度为2.5m，预埋在混凝土中的长度为1.1m。根据历年水位统计情况，在O、A、B、C锚固基础预埋的镀锌钢管上分别设置三道用于固定钢丝绳的焊接圈，中间位置的焊接圈高程控制在1.5m。分别测量出O、A、B、C四点的高程，即可算出各锚固点基坑开挖深度。另外，还应开挖地锚基坑、浇筑混凝土锚基础，并用地锚来固定和收紧钢丝绳。

3.2.4 收集池开挖及浇筑

考虑到收集池混凝土浇筑时，采用直立式墙稳定性较差，故所述的收集池为混凝土斜坡式收集池，坡角为30°。收集池坡面浇筑C30混凝土，待混凝土终凝达到强度等级后再开挖收集池污物进口及出口处土方。在收集池出口处设置拦污栅，以免收集池内杂草杂物从出口处进入河道。

3.2.5 制作拦河钢丝绳浮筒组件

所述的拦河钢丝绳浮筒组件包括钢丝绳、浮筒以及夹板；钢丝绳共三道，各钢丝绳相互平行布置；夹板有若干个，各夹板沿着钢丝绳的长度延伸方向均匀布置，且相邻的两块夹板之间的间距为D2，三道钢丝绳通过各夹板夹持固定在同一平面；浮筒有若干个，分别套接在钢丝绳上。拦河钢丝绳一端固定在青坎部位锚固点O，另一端穿入中隔堤锚固点镀锌钢管焊接圈，然后将钢丝绳收紧并固定于地锚。

3.3 试验内容

中隔堤上A、B、C三个锚固点代表了河道常态化清理装置的不同工作角度，试验中将钢丝绳分别穿入锚固点A、B、C的镀锌钢管焊接圈以控制钢丝绳垂直位置，然后再将钢丝绳固定在混凝土地锚上。根据入海水道通榆河立交工程南泓上游水位适时调整钢丝绳松紧度，以便杂草杂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内。分别观察并记录不同工作角度下杂草杂物漂流至收集池的效果。

3.4 试验结论

在入海水道通榆河立交工程南泓上游河道中，当河道常态化清理装置工作一段时间后，通过对比河道常态化清理装置设置前后闸前杂草杂物聚集量(见图4～图7)，可以发现这种河道常态化清理装置是可以拦截杂草杂物的，并将杂草杂物自动收集至青坎部位的收集池内，而且该装置设置后闸前聚集的杂草杂物明显减少。

图4 河道常态化清理装置拦截杂草杂物

图5 杂草杂物自动收集至青坎部位收集池

4 结 语

在水利工程的河道中设置这样一套河道常态化清理装置是比较容易实现的。我们可以根据工程实际需要调整拦河钢丝绳浮筒组件的长度、收集池开挖深度、锚固基础尺寸等参数来实现河道中杂草杂物自动收集的效果。

利用自然水流作用将杂草杂物自动收集至青坎部位的收集池内，代替传统的船只打捞方法是这套河道常态化清理装置的创新点，符合水利工程精细化管理中创新创优的要求。这套装置不仅降低了人力成本，还实现了河道清洁的常态化，消除了因杂草杂物堆积带来的安全隐患，同时该装置安装后可以长期使用并且日常维护也比较方便，应用前景广阔。河道常态化清理装置运行一段时间后，当青坎部位的收集池内杂草杂物较多时进行集中清运即可，在炎热的夏季，杂草杂物易腐烂变质产生难闻的气味，可适当增加集中清运次数。

虽然这套河道常态化清理装置已经实现了将杂草杂物自动收集至青坎部位的收集池内，但在现场调试中也发现该装置仍存在一些不足：当上游来草量较大时，钢丝绳因张紧力不够会产生一定挠度，对杂草杂物自动收集产生不利影响。因此，我们还需要在实践与探索中不断优化河道常态化清理装置，比如采取锚固基础加固、锚固基础联合受力等方法来解决钢丝绳张紧力不够的问题，以及增加杂草杂物辅助输送、粉碎再利用等装置。