陳 浩

(深圳市深圳河灣流域管理中心,廣東 深圳 330000)

0 引 言

近年來,隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重,越來越多的污染物被排放至河流中,導(dǎo)致水體的自凈能力急速下降。水體中沉積的許多污染物,會引發(fā)具有協(xié)同性的污染效應(yīng),破壞了水環(huán)境[1]。城區(qū)的河流經(jīng)常發(fā)生滯流和緩流的問題,這是由于河道中的固體廢棄物堵塞排污口,不僅影響城區(qū)河道環(huán)境,產(chǎn)生的廢氣異味還會影響人們的健康[2]。

位于深圳市的布吉河流經(jīng)草埔工業(yè)區(qū)和羅湖商業(yè)區(qū),“十一五”期間水質(zhì)污染嚴(yán)重。雖然相關(guān)部門針對布吉河的水質(zhì)改善做了許多工作,但效果不太顯著,其原因是由于布吉河沿岸的截流管中會出現(xiàn)雜物淤積的情況,導(dǎo)致水體二次污染。

為了解決這一問題,本次研究提出針對布吉河清淤情況,沿岸同步建造截流箱涵,截住岸上旱季排放的污水及雨季排放的初期雨水;建造調(diào)節(jié)池,對截流箱涵內(nèi)來水進(jìn)行處理,使箱涵內(nèi)截流污水不進(jìn)入河道,緩解水體污染的問題。調(diào)節(jié)池的設(shè)置有利于污水處理廠根據(jù)不同季節(jié)的降水量,對污水進(jìn)行調(diào)蓄處理。因此,本次研究以布吉河的水環(huán)境改善工程為背景,分析調(diào)節(jié)池在水環(huán)境整治領(lǐng)域的工藝應(yīng)用價值。

1 項目背景概況

本次項目實施地點位于深圳經(jīng)濟(jì)特區(qū)中部的羅湖區(qū)布吉河流域。布吉河是深圳河的一級支流,流經(jīng)工業(yè)區(qū)和商業(yè)區(qū),河長9.8km,河流域面積63.41km2。該流域地區(qū)屬于南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候,全年最高溫度38.7℃,最低溫度0.2℃。多年平均相對濕度79%,水面平均蒸發(fā)量1 322mm,陸地平均蒸發(fā)量850mm。布吉河流域的風(fēng)向主要為東南風(fēng),冬季多為東北風(fēng),風(fēng)速約3.2m/s,最大風(fēng)速40m/s,風(fēng)力超過12級,頻發(fā)臺風(fēng),一次臺風(fēng)的降水量范圍300～500mm。海水位因臺風(fēng)的席卷而迅速抬高,造成海水倒灌的現(xiàn)象,引發(fā)該地區(qū)外洪內(nèi)澇災(zāi)害。

由于布吉河不僅代表著城區(qū)的自然環(huán)境形象,也影響著流域沿岸的防洪排澇。為了解決布吉河沿岸的洪澇災(zāi)害問題,在政府的支持和幫助下,該地區(qū)建立了排澇流量48m3/s的羅雨排澇泵站和排澇流量4m3/s的建設(shè)路排澇泵站。目前,布吉河流域沿岸的防洪排澇措施已經(jīng)完善,居民安全得到了保障。但防洪建筑的建造采用的多是鋼筋混凝土和水泥的混合硬質(zhì)材料,導(dǎo)致該地區(qū)的水面和草地面積減少,居民生活環(huán)境質(zhì)量急劇下降,布吉河河道污染現(xiàn)象也愈加嚴(yán)重,不僅破壞了自然環(huán)境,還制約了經(jīng)濟(jì)發(fā)展,違背了深圳市的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略方針。

為了解決布吉河水環(huán)境的污染問題,目前已經(jīng)實施了布吉河水質(zhì)改善工程(即布吉河綜合整治工程)。布吉河水質(zhì)改善工程流程圖見圖1。

圖1 布吉河水質(zhì)改善工程流程圖

該工程對布吉河上下游范圍內(nèi)的河道污水設(shè)置總口截流系統(tǒng),將漏排污水通過箱涵向下游進(jìn)行傳輸。由于遠(yuǎn)程污水管網(wǎng)無法滿足片區(qū)污水排放需求,所以還建設(shè)了一條南北向的污水傳輸系統(tǒng)進(jìn)行污水傳輸。此外,該工程保留布吉河水質(zhì)凈化廠,與布吉河污水處理廠并聯(lián)運行,使排出水質(zhì)滿足國家水質(zhì)要求。雖然已建的改善工程對布吉河的水質(zhì)凈化有一定的效果,但仍然存在沿岸河道底泥淤積嚴(yán)重、水質(zhì)不夠清澈的問題。這是由于雖然修建了分流排水系統(tǒng),但未考慮到雨季時截流污水會通過雨水系統(tǒng)進(jìn)入河道,并大量殘存在截污設(shè)施內(nèi),對河道造成二次污染的情況,且沿岸尚有部分漏排污水會排進(jìn)雨水系統(tǒng),最終污染河道。因此,本次研究在已建的改善水質(zhì)工程上,結(jié)合污水截流的情況,提出在沿河截流箱涵和濱河污水處理廠中間,修建鹿丹村地下調(diào)節(jié)池,對污水進(jìn)行處理,解決沿河岸截流的水質(zhì)問題。

2 鹿丹村調(diào)節(jié)池的結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

本次設(shè)計考慮到泥崗橋下游的漏排污水情況和截流系統(tǒng)的位置,結(jié)合鹿丹村改造,故將地下調(diào)節(jié)池建造在濱河污水處理廠東側(cè),深圳河北側(cè),濱河大道南側(cè),鹿丹名苑居民小區(qū)西側(cè)。經(jīng)過地質(zhì)測繪,該區(qū)域地層巖性從下至上依次為:弱風(fēng)化花崗巖層,強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層,全風(fēng)化花崗巖層,卵礫石層,淤泥層,人工填土層。該類土質(zhì)具有壓縮性,為后續(xù)調(diào)節(jié)池的建造施工奠定了良好的基礎(chǔ)。同時,選定的建造位置地勢平緩。從區(qū)域地質(zhì)背景分析,該地區(qū)不具備MS5級地震的條件,故該地區(qū)構(gòu)造穩(wěn)定性極好,具有很高的施工空間優(yōu)勢。

由于調(diào)節(jié)池整體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),且該結(jié)構(gòu)四面的基坑具有不同的深度,所以想要確定調(diào)節(jié)池的建造結(jié)構(gòu),需要先明確其結(jié)構(gòu)特點,確定基坑支護(hù)構(gòu)造技術(shù)參數(shù),才能有序地完成施工工作[3]。在地質(zhì)勘測期間,明確了該地區(qū)穩(wěn)定水位埋深2～4.0m,高程0.5～2.5m?？紤]到基坑基礎(chǔ)底土層的特質(zhì),將開挖深度設(shè)定為10.0～14.3m。見表1。

表1 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)主要技術(shù)參數(shù)表

在基坑北側(cè)為濱河路,路下有埋深1.5～2.2m的地下管線,包括排水管線等。將調(diào)節(jié)池底板頂標(biāo)高設(shè)置為-8.5m,深度設(shè)定為14.3m,采用“上部放坡+下部沖孔灌注樁+樁間旋噴樁+錨索”的支護(hù)結(jié)構(gòu)。在基坑?xùn)|西側(cè)紅線外,有埋深1.5～2.2m的地下管線,包括排水管線等。該段基坑位置西北側(cè)、東北側(cè)基坑深為14.3m, 西南側(cè)、東南側(cè)基坑深度為10.0m,采用“上部放坡+下部沖孔灌注樁+樁間旋噴樁+錨索”的支護(hù)結(jié)構(gòu),設(shè)計基坑坡頂荷載為20kPa。在基坑南側(cè),設(shè)定基坑深度為10.0m,采用“上部放坡+下部沖孔灌注樁+樁間旋噴樁+錨索”的支護(hù)結(jié)構(gòu)。根據(jù)《深圳地區(qū)建筑深基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范》的要求,本次設(shè)計的調(diào)節(jié)池基坑支護(hù)安全等級為一級。圖2為調(diào)節(jié)池平面圖。

圖2 調(diào)節(jié)池平面圖

由圖2可知,負(fù)二層水池主體分3格,每格采用框架柱加墻的結(jié)構(gòu)形式分隔;負(fù)一層設(shè)有吊裝孔、觀察孔、檢修孔、閥門井等?？椎赖拇嬖谑菫榱吮阌谡{(diào)節(jié)池設(shè)備檢修、水體狀態(tài)觀察。水池側(cè)面采用砌塊墻進(jìn)行砌筑,因為砌塊墻的防腐蝕效果好,適合地下建筑。池體縱向采用變形縫結(jié)構(gòu),主要是旋流沉砂池和調(diào)節(jié)池之間,變形縫結(jié)構(gòu)可以適應(yīng)兩構(gòu)筑物間因埋深不同而產(chǎn)生的不均勻沉降。進(jìn)水側(cè)及調(diào)節(jié)池側(cè)池體分別設(shè)置后澆帶,后澆帶寬度800～1 000mm,縱橫間距為24.0m,均勻布置在框架柱中間,在滿足規(guī)范要求的同時,又保持了結(jié)構(gòu)的整體性。

調(diào)節(jié)池建筑物為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土閥板基礎(chǔ),底板位于強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層上,所以具有較高的承載力,能滿足設(shè)計要求。由于調(diào)節(jié)池面積較大,深度較深,地下水位較高,水池本身的自重難以滿足抗浮穩(wěn)定性要求。故水池在構(gòu)建時,將采用砂漿錨桿,提高水池抗浮性[4]。

3 調(diào)節(jié)池在布吉河水環(huán)境改善工程中的工藝應(yīng)用研究

布吉河原特區(qū)內(nèi)段作為本次研究的河段,自筍崗橋穿過商業(yè)區(qū),匯入深圳河。由于布吉河沿岸的污水收集系統(tǒng)和處理系統(tǒng)并不完善,所以水環(huán)境并未得到良好改善。布吉河的水環(huán)境改善工程要結(jié)合城市發(fā)展,根據(jù)河道生態(tài)治理目標(biāo)與要求進(jìn)行實施。經(jīng)過對布吉河每日平均水流量的監(jiān)測,本次擬建鹿丹村調(diào)節(jié)池面積約22 618m2,有效容積約9.0×104m3。根據(jù)季節(jié)降水量的變化,將調(diào)節(jié)池分為3格,每格約3×104m3。旱季時,降水量較小,調(diào)節(jié)池只需要1格的容量便能緩解水體污染問題;雨季時,降水量較大,調(diào)節(jié)池的3格全部打開,儲存截流下來的初期雨水。布吉河水體現(xiàn)存的底部淤泥堆積問題主要由于雨季洪水易發(fā),且水中泥沙含量較大,甚至還有廢棄物。為了減少廢棄物和泥沙在調(diào)節(jié)池里的堆積,需要在水流進(jìn)入調(diào)節(jié)池前進(jìn)行水體的預(yù)處理。圖3為調(diào)節(jié)池預(yù)處理工藝流程圖。

圖3 調(diào)節(jié)池前預(yù)處理工藝流程圖

由圖3可知,當(dāng)污水通過截污箱涵后,先經(jīng)過粗細(xì)格柵進(jìn)行初步過濾,除去水中體積較大的垃圾廢物和體積較小的懸浮物、毛發(fā)等雜物。此外,格柵需要攔截直徑大于6mm的固體廢棄物,以減少對調(diào)節(jié)池中水泵、攪拌器等設(shè)備的損耗[5]。經(jīng)過格柵過濾后的污水,通過配水渠道進(jìn)入旋流沉砂池進(jìn)一步過濾,利用池中的機(jī)械力控制水流狀態(tài)和水流速度,以除去污水中密度較大的淤泥砂土。經(jīng)過兩步過濾后的污水進(jìn)入污水調(diào)節(jié)池,為了減少淤泥砂土的沉積,調(diào)節(jié)池內(nèi)還設(shè)置了帶導(dǎo)流環(huán),并在池底放置配有防爆潛水電機(jī)的機(jī)械攪拌器,對調(diào)節(jié)池中的水進(jìn)行攪拌,使沙土懸浮于水體中,以防沉底[6]。調(diào)節(jié)池末端的提升泵是為了將經(jīng)過預(yù)處理的污水分段輸入濱河污水處理廠,3格調(diào)節(jié)池中均配備提升泵,每格3臺,共9臺,每個泵的流量950m3/h,揚程18m。

為了充分利用鹿丹村的空間資源,調(diào)節(jié)池為全地下式,并分為3層。地面層為體育休閑公園(含公交場站、體育場等);地下一層為居民的停車場、預(yù)處理間、配電間等;地下二層為調(diào)節(jié)池池體。由于污水在經(jīng)過調(diào)節(jié)池預(yù)處理后,會產(chǎn)生H2S等對人身有害的氣體,影響周邊居民的身體健康和環(huán)境安全。因此,本次設(shè)計在地下兩層的調(diào)節(jié)池空間中,共設(shè)置6組生物除臭裝置,單組除臭量28 000m3/h;地下一層的預(yù)處理間設(shè)置一組處理量為6 000m3/h的除臭裝置,尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到一級標(biāo)準(zhǔn)。

在完成調(diào)節(jié)池的建設(shè)后,為了響應(yīng)深圳市可持續(xù)發(fā)展方針和創(chuàng)建人與自然和諧共存的景象,在構(gòu)建調(diào)節(jié)池的地面層打造“水文化”主題的休閑公園,形成布吉河河岸獨特的視覺美景,實現(xiàn)城市綠化、公共設(shè)施與市政污水設(shè)施之間的良好融合,是深圳首例地下污水市政設(shè)施與城市配套設(shè)施(公共停車場、公交車站、地面綠化公園及配套公用健身設(shè)施等)協(xié)調(diào)建設(shè)的成功案例,成功地將一個“鄰棄”的市政污水項目轉(zhuǎn)換成一個“鄰利”的綜合開發(fā)性項目,為深圳市政污水工程建設(shè)提供了成功的案例典范。

4 調(diào)節(jié)池結(jié)構(gòu)分析及工藝應(yīng)用分析

4.1 調(diào)節(jié)池建造結(jié)構(gòu)分析

本次調(diào)節(jié)池結(jié)構(gòu)利用理正軟件進(jìn)行分析。建造材料鋼筋采用HRB400,混凝土采用C30抗?jié)BP6級。水容重10kN/m3,土重度18kN/m3,地面活荷載取10kN/m2。通過測定不同污水容積下調(diào)節(jié)池四面?zhèn)缺诤偷讓拥氖芰η闆r,判斷調(diào)節(jié)池結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。見表2。

表2 調(diào)節(jié)池側(cè)壁在荷載作用下的受力情況表

設(shè)計調(diào)節(jié)池時,應(yīng)考慮在不同荷載情況下水池側(cè)壁的承載力大小。由于側(cè)壓力會同時向水平方向和垂直方向進(jìn)行分散,所以池壁需要承擔(dān)更多的彎矩。見圖4。

圖4 不同水容量下側(cè)壁彎矩變化圖

由圖4可知,調(diào)節(jié)池池壁在不同水容量下的彎矩均低于準(zhǔn)永久組合的彎矩。當(dāng)池中水容量達(dá)到9×104m3時,長向側(cè)壁彎矩為47.8kN·m,低于準(zhǔn)永久組合的58.2kN·m;短向側(cè)壁彎矩為57.6kN·m,低于準(zhǔn)永久組合的69.2kN·m;底層臂的彎矩為78.3kN·m,低于準(zhǔn)永久組合的86.7kN·m。表明在設(shè)計水池儲存的水容積量范圍內(nèi),調(diào)節(jié)池池壁的彎矩均在可承受范圍內(nèi),可以良好地保持池壁完整狀態(tài),有效地避免因承壓過大而出現(xiàn)池壁滲漏的情況。

圖5為不同水容量下的側(cè)壁土壓力變化圖。由圖5可知,由于水池的設(shè)計屬于池外填土,池外土壓力會隨著池中水容積的變化而變化。調(diào)節(jié)池外土飽和壓力為40kN,當(dāng)水容量達(dá)到最大有效容積9×104m3時,調(diào)節(jié)池外的長向側(cè)壁土壓力為14.4kN;短向側(cè)壁土壓力為30.0kN;底層臂土壓力為33.6kN,均小于池外土飽和壓力。表明當(dāng)池中水容量在調(diào)節(jié)池的有效容積范圍內(nèi)時,池外土壓力的大小均在土飽和壓力的可承受范圍內(nèi)。綜上所述,調(diào)節(jié)池具有比較小的崩塌風(fēng)險,結(jié)構(gòu)具有一定的穩(wěn)定性。

圖5 不同水容量下側(cè)壁土壓力變化圖

4.2 調(diào)節(jié)池在水環(huán)境改善工程中的工藝應(yīng)用分析

鹿丹村調(diào)節(jié)池工程為布吉河原特區(qū)段水質(zhì)改善工程中的重要標(biāo)段,更是深圳河河口斷面穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),直接影響深圳灣水環(huán)境。本文結(jié)合河道整治情況,提出在鹿丹村建造一個調(diào)節(jié)池,進(jìn)一步對水質(zhì)進(jìn)行收集與調(diào)蓄。通過建造調(diào)節(jié)池,對污水中的固體廢物、砂土、淤泥進(jìn)行過濾去除,并裝載生物除臭設(shè)備,對水處理過程中的有毒廢氣進(jìn)行處理。

本次研究將根據(jù)建造調(diào)節(jié)池前后的水質(zhì)質(zhì)量,來判斷水質(zhì)改善情況,并隨機(jī)選取附近居民進(jìn)行居民滿意度調(diào)查。根據(jù)調(diào)查結(jié)果,對本次改善項目工程的實際應(yīng)用情況進(jìn)行反饋。圖6為調(diào)節(jié)池建造前后布吉河水質(zhì)質(zhì)量情況。

圖6 調(diào)節(jié)池改善前后水質(zhì)質(zhì)量情況

由圖6可知,調(diào)節(jié)池建造后的水質(zhì)指標(biāo)含量要明顯優(yōu)于建造前水質(zhì)。建造后的水體CODcr值為50mg/L,優(yōu)于國家地表水V類排放標(biāo)準(zhǔn)的40mg/L和改善前的43mg/L。改善后水體BOD5值、NH3-N值和SS值分別達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的10、2和10mg/L;T-P值達(dá)到0.5mg/L,高于V類標(biāo)準(zhǔn)0.4mg/L的最低范圍。綜上所述,經(jīng)過調(diào)節(jié)池改善后的水質(zhì)質(zhì)量有一定的提高,根據(jù)地表水V類標(biāo)準(zhǔn),改善后的水質(zhì)指標(biāo)全部達(dá)到可排放標(biāo)準(zhǔn)。

圖7為有無調(diào)節(jié)池方案的居民滿意度調(diào)查。由圖7可知,居民對于有調(diào)節(jié)池的改善水質(zhì)方案具有更高的滿意度,最高滿意度達(dá)到91%。這是因為有調(diào)節(jié)的水質(zhì)改善方案,可以有效解決沿河漏排污水及含沙量高的初期雨水排向河道,而導(dǎo)致河道淤泥砂土沉積問題,同時可以有效減少河流污染,提高布吉河乃至深圳河水質(zhì)。不僅如此,調(diào)節(jié)池建造地點的地面層用于開發(fā)水主題的公園,更大程度地提高了人們的生活品質(zhì),還可以拉動當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)效益,增強(qiáng)居民幸福感。

5 結(jié) 論

隨著城區(qū)水環(huán)境問題的關(guān)注度提高,布吉河污染問題逐漸被重視。其原因主要是由于污水處理系統(tǒng)的不完善,導(dǎo)致河內(nèi)淤泥雜物沉積,造成河流二次污染。本次研究提出通過布吉河水質(zhì)改善工程建造調(diào)節(jié)池,來解決水質(zhì)污染問題。結(jié)果表明,建造的地下調(diào)節(jié)池側(cè)壁及底層承壓力均在建造材料的可承受范圍內(nèi),池外所受土壓力也在土飽和范圍內(nèi),因此調(diào)節(jié)池的結(jié)構(gòu)具有一定的穩(wěn)定性。此外,調(diào)節(jié)池的應(yīng)用可有效改善污水水質(zhì),調(diào)節(jié)污水濃度,對緩解濱河廠高峰期來水壓力起到很大作用,同時該方案獲得附近居民較高的滿意度。