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        格賓生態(tài)護(hù)岸結(jié)構(gòu)形式選擇及質(zhì)量控制措施研究

        2020-01-01 02:53:24陳正中
        水利技術(shù)監(jiān)督 2019年6期
        關(guān)鍵詞:魚(yú)巢渠坡格賓

        陳正中

        (江西省水利投資集團(tuán)有限公司,江西 南昌 330029)

        近年來(lái),我國(guó)大力倡導(dǎo)綠色發(fā)展、生態(tài)發(fā)展,格賓石籠技術(shù)作為一種綠色無(wú)污染新技術(shù),被逐漸推廣到河道治理中,并表現(xiàn)出了卓越的經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益[1-2]。由于不同地區(qū)的氣候、地理、水文環(huán)境有著很大的區(qū)別,不同的格賓結(jié)構(gòu)形式會(huì)產(chǎn)生不同的社會(huì)生態(tài)效益,如若形式和材料等選擇不善,反而會(huì)降低河道水質(zhì)和工程效益。因此,需要針對(duì)不同地區(qū)的格賓生態(tài)治理護(hù)岸進(jìn)行研究。

        格賓石籠不僅可以有效治理河道,提高堤壩穩(wěn)定性,還可以?xún)艋|(zhì)、防止水土流失,保護(hù)周?chē)鷳B(tài)環(huán)境。李建杰,王國(guó)強(qiáng),楊發(fā)業(yè),袁朝中,吳曉明等分別對(duì)不同地區(qū)河道治理過(guò)程中的格賓石籠設(shè)計(jì)施工技術(shù)進(jìn)行了研究,取得了一些有用的成果和結(jié)論[3-7]。北方地區(qū)由于冬季氣候寒冷,一年里有很長(zhǎng)時(shí)間的冰雪天氣,對(duì)河道水質(zhì)、護(hù)岸邊坡穩(wěn)定等均會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響[8]。我國(guó)大部分地區(qū),其夏季和冬季氣溫、干濕度等相差較大,如何選擇格賓石籠結(jié)構(gòu)形式,對(duì)河道治理的整體效益起著關(guān)鍵性作用[9],同時(shí),由于格賓石籠本身也具有一定的劣勢(shì),如何避免和減小氣候環(huán)境等帶來(lái)的影響,合理的施工措施變成為主要控制手段之一,需引起各方注意[10-11]。

        本文在總結(jié)前人研究理論和技術(shù)的前提下,對(duì)格賓石籠填料、結(jié)構(gòu)形式的選擇進(jìn)行了理論分析,同時(shí)針對(duì)江西獨(dú)特的地理氣候,進(jìn)行了冬季寒冷環(huán)境下凍脹融沉分析,并提出了相應(yīng)的施工質(zhì)量控制措施,可為類(lèi)似地區(qū)河道生態(tài)治理提供借鑒。

        1 工程概況

        贛江作為江西省境內(nèi)最大河流、是長(zhǎng)江的主要支流之一,流域面積83500km2。贛江流域夏季氣候溫和濕潤(rùn),冬季氣溫干燥寒冷,流域年平均氣溫為17.8℃,極端最低溫-12.5℃,年平均降雨量1660.9mm。

        由于近年來(lái)開(kāi)發(fā)管理中經(jīng)常出現(xiàn)冬季蓄水不足,夏季容易害水澇的災(zāi)害問(wèn)題,最重要的是河岸邊坡水土不斷流失,影響周?chē)鷳B(tài)環(huán)境的有效維持與河道水資源的清潔,因此對(duì)該流域進(jìn)行河道整治成為當(dāng)前最主要的工作之一。贛江流域某支流整治工程,按100a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)治理,設(shè)計(jì)洪峰流量為186m/s,治理工程主要包括河道邊坡保護(hù)、河岸綠化、淤泥清理等工程,該區(qū)段河道平均寬度為9.7m,兩岸全長(zhǎng)約4.7km,邊坡坡度較大,約1∶2.4,邊坡斜長(zhǎng)3~7m。經(jīng)過(guò)初步造價(jià)估算與設(shè)計(jì),整個(gè)區(qū)段河道治理格賓石籠網(wǎng)護(hù)坡工程總量預(yù)計(jì)達(dá)到12315.17m3。

        2 填料及結(jié)構(gòu)形式選擇

        2.1 試驗(yàn)概況

        填料主要考慮當(dāng)?shù)夭牧锨闆r,充分利用建筑廢料原理,選擇粒徑在40~60 mm的花崗巖塊石、卵石以及廢建筑砌塊3種材料作為填料,其具體的物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。同時(shí)設(shè)置U型河道模型,長(zhǎng)×寬×高=6.08m×0.45m×0.15m,格賓網(wǎng)線(xiàn)直徑為1mm,網(wǎng)孔為3cm×3cm,模型裝置示意圖如圖1所示。采用連續(xù)動(dòng)態(tài)運(yùn)行為試驗(yàn)方法,連續(xù)進(jìn)行30d,分別在規(guī)定時(shí)間點(diǎn)采集模型中的水樣,然后進(jìn)行水質(zhì)檢測(cè),包括N、P、TP以及微生物等分析;然后選取最佳填料,進(jìn)行直立式、階梯式以及魚(yú)巢式3種結(jié)構(gòu)形式下的水質(zhì)影響分析,得出該河道格賓護(hù)岸的最佳填料結(jié)構(gòu)形式。

        表1 填料物理力學(xué)參數(shù)

        圖1 試驗(yàn)?zāi)P褪疽鈭D(單位:mm)

        2.2 最佳填料分析

        在連續(xù)30d運(yùn)行試驗(yàn)內(nèi),取水樣進(jìn)行水質(zhì)分析,結(jié)果如圖2所示。從圖2中可以看到:NO3-N的濃度隨時(shí)間呈“S”型曲線(xiàn)增長(zhǎng),當(dāng)試驗(yàn)時(shí)間進(jìn)行至10~15d左右時(shí),水中的NO3-N濃度大幅度增長(zhǎng),在試驗(yàn)前期,卵石碎塊填料的NO3-N濃度與另外兩組填料濃度基本相等,但當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行至25d后,NO3-N濃度明顯大于其它試驗(yàn)組,表明在卵石填料作用下,微生物的硝化作用更強(qiáng),反硝化生物難以大量繁殖,因此NO3-N濃度大大增加;對(duì)比TP去除率可以發(fā)現(xiàn),3種填料下的去除率呈冪函數(shù)型增長(zhǎng),增長(zhǎng)率在逐漸減小,且3種填料的去除率大致相當(dāng),由于格賓結(jié)構(gòu)具有一定的孔隙,有利于水體流動(dòng),可為水生物生長(zhǎng)創(chuàng)造條件,選擇對(duì)磷吸收能力強(qiáng)的植物可以在很大程度上保持對(duì)磷的高效去除;在TOC去除率上,3種填料基本呈線(xiàn)性關(guān)系增長(zhǎng),在前期,卵石的去除率略小于其他2組,當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行至10d以后,卵石的去除率逐漸大于其他2組,這是因?yàn)槁咽辔⒖祝哂休^大的比表面積以及事宜的水分,可以為微生物的附著提供大量場(chǎng)所,從而使得TOC去除率更高。

        綜合以上分析,認(rèn)為選擇卵石作為格賓石籠網(wǎng)的填料,對(duì)于河道水質(zhì)的凈化作用更好,更能發(fā)揮生態(tài)治理效益,故而卵石相比較而言為首選填料。

        圖2 格賓填料對(duì)水質(zhì)凈化效果影響

        2.3 結(jié)構(gòu)形式的選擇

        基于上文分析結(jié)果,對(duì)直立式、臺(tái)階式和緩坡式卵石填料格賓護(hù)岸進(jìn)行了水質(zhì)的取樣分析,結(jié)果如圖3所示。從圖3中可以看到:在試驗(yàn)進(jìn)行30d后,NH3-N、TP、TOC 3種指標(biāo)的去除率從大到小的排序?yàn)椋呼~(yú)巢式>階梯式>直立式,可見(jiàn)魚(yú)巢式結(jié)構(gòu)在水質(zhì)凈化方面的作用強(qiáng)于直立式和階梯式,這是因?yàn)橹绷⑹?、階梯式和魚(yú)巢式的表面積分別為802、833、995cm2,相應(yīng)的比表面積為0.8、0.83、0.99cm-1,由于魚(yú)巢式的比表面積最大,與水體的接觸面積也就越大,對(duì)水體中的N、P及微生物的清除效果也就越佳,故而魚(yú)巢式為最佳的格賓結(jié)構(gòu)形式。

        圖3 格賓結(jié)構(gòu)形式對(duì)水質(zhì)凈化影響

        3 凍脹分析

        圖4為現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段的凍融深度的變化曲線(xiàn),該試驗(yàn)段的最大凍深為1.405m。同時(shí)對(duì)魚(yú)巢式卵石格賓進(jìn)行了為期10個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)(當(dāng)年10月—次年8月),觀(guān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置在壩肩、渠坡上1/4處、渠坡1/2處以及渠坡下1/4處。從圖4中可知:凍脹量曲線(xiàn)隨時(shí)間呈先增后減的趨勢(shì),最大凍脹量在次年1—2月,這時(shí)的溫度最低,因此凍脹量最大;對(duì)比不同位置處的凍脹量可以發(fā)現(xiàn),格賓網(wǎng)墊護(hù)坡(格賓網(wǎng)墊護(hù)腳)的最大凍脹量在渠坡1/2處,為327mm,凍脹量為22.8%,格賓網(wǎng)墊護(hù)坡(格賓網(wǎng)箱固腳)的最大凍脹量也在渠坡1/2處,為314mm,凍脹量為22.1%;格賓網(wǎng)結(jié)構(gòu)的最大殘余變形在渠坡1/2處,在渠坡上部會(huì)發(fā)生一定的融沉變形,表明格賓網(wǎng)具有很好的治愈功能,在凍融過(guò)程中,會(huì)自動(dòng)調(diào)整自身的結(jié)構(gòu),尋找下一次的平衡點(diǎn)來(lái)適應(yīng)凍融沉變形,能夠較好地適應(yīng)凍脹損傷。

        圖4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段凍融深度的變化曲線(xiàn)

        4 質(zhì)量控制措施探討

        在格賓網(wǎng)實(shí)際施工和運(yùn)行過(guò)程中,對(duì)該河段格賓網(wǎng)缺陷進(jìn)行了檢查和統(tǒng)計(jì),總體而言存在通縫、厚度不夠、表面平整度不標(biāo)準(zhǔn)等,見(jiàn)表2。出現(xiàn)上述情況的主要原因在于:①由于格賓石籠網(wǎng)護(hù)坡技術(shù)是一項(xiàng)新技術(shù),很多工人在工藝流程和質(zhì)量上把控不嚴(yán),導(dǎo)致人為的缺陷;②采集使用的石料沒(méi)有大致的平行面;③石塊粒徑過(guò)小,底部鋪砌不足;④施工環(huán)境影響,如雨天造成的嵌固松動(dòng)、粘結(jié)度不夠等問(wèn)題。這些問(wèn)題或多或少影響了格賓網(wǎng)在河道治理過(guò)程中的生態(tài)治理效益。

        表2 缺陷調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

        為了全面提高工程的生態(tài)治理效益,作者總結(jié)分析了工程中的一些實(shí)際經(jīng)驗(yàn),同時(shí)在前人研究基礎(chǔ)上得出以下幾點(diǎn)格賓網(wǎng)質(zhì)量控制措施[12-15]:

        (1)現(xiàn)場(chǎng)管理。在實(shí)施工程前應(yīng)積極組織單位進(jìn)行研討會(huì)議,確定本次工程的現(xiàn)場(chǎng)管理人員,同時(shí)必須派遣2~3名工程管理經(jīng)驗(yàn)豐富、專(zhuān)業(yè)知識(shí)能力過(guò)關(guān)的專(zhuān)業(yè)人士前往管理。此外,通過(guò)不斷討論研究,制定嚴(yán)格有效的現(xiàn)場(chǎng)管理規(guī)章制度,以求現(xiàn)場(chǎng)管理工作等夠得到高效有序的執(zhí)行。

        (2)工藝措施。要對(duì)施工人員進(jìn)行一定時(shí)間的崗前培訓(xùn),同時(shí)在施工前有必要參照其他區(qū)域格賓石籠技術(shù)施工經(jīng)驗(yàn),制定合格有效的現(xiàn)場(chǎng)操作標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)交底書(shū),施工前對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作人員集中進(jìn)行書(shū)面技術(shù)交底,明確格賓石籠網(wǎng)技術(shù)護(hù)坡關(guān)鍵工序及施工工藝,并要求嚴(yán)格按技術(shù)交底書(shū)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工。

        (3)材料進(jìn)購(gòu)管理。向材料供貨商明確質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),并派出專(zhuān)業(yè)的管理人員進(jìn)行全程跟蹤,經(jīng)試驗(yàn)檢驗(yàn)合格后方可使用。

        (4)監(jiān)督措施。強(qiáng)化監(jiān)理監(jiān)督機(jī)制,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工不規(guī)范,如未掛線(xiàn)施工等問(wèn)題應(yīng)進(jìn)行全面的管控和整治,建設(shè)管理方應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)的巡視工作。

        5 結(jié)論

        經(jīng)試驗(yàn)分析認(rèn)為:采用卵石填料、魚(yú)巢式結(jié)構(gòu)的格賓網(wǎng)護(hù)岸結(jié)構(gòu)形式能夠發(fā)揮河道最大的生態(tài)治理效益,且能很好適應(yīng)凍融沉變形,減小凍脹損傷破壞;綜合前人研究成果,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工程經(jīng)驗(yàn),認(rèn)為應(yīng)從現(xiàn)場(chǎng)管理、工藝措施、材料進(jìn)購(gòu)管理以及監(jiān)督措施等途徑提升格賓網(wǎng)的質(zhì)量和效益,研究成果可為類(lèi)似地區(qū)的河道治理工作提供借鑒。

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