强潮河段污水排放口水质监测工程设计

强潮河段污水排放口水质监测工程设计

徐剑王春亚

关键词强涌潮高速水流水质监测钢管桩

1、引言

水利部门水文系统自50年代中期起在水文站网的基础上，开展了天然水化学检测，70年代初了增加水污染监测项目，80年代至今已发展到能对各类型水体、水生生物和底质等水环境要素进行监测，并拥有水量、水质同步监测的优势。目前已建成由部、流域、省级及市四级共计250多个水环境监测中心组成的全国水环境监测体制，各级监测机构都已通过国家级计量认证。全国水质监测网络由2600多个水质监测站组成，定期监测评价地表水、地下水的水质，直接为水资源管理与保护等服务。依据《中华人民共和国水污染防治法》赋予水利部门各流域水资源保护机构的职责，1997年，在全国七大流域主要水系的省界水体共设置了329个监测站点，定期测报省界水体水环境质量状况。

中国的水质监测工作不仅有新的内容还有非常重要的意义。目前我国水资源紧缺，水污染严重，水质监测是水资源管理与保护的重要基础，水质监测提供的水质信息显得尤为重要。从一般意义来讲，水质监测工作的整体水平提高，水质监测的能力建设进行全面实施后，水质监测系统的机动、快速反应能力和自动测报能力将大大提高，能实现水功能区内重点地区、重点水域和供水水源地的水质监测，提高水质监测信息数据传输和分析效率。在满足各级水行政主管部门及社会公众对水质信息需要的同时，提高对突发、恶性水质污染事故的预警预报及快速反应能力。

2、工程位置及特点

钱塘江是浙江省最大的河流，干流全长约605km。本文水质监测系统安装设备位于钱塘江赭山湾标准塘工程九上顺坝2号盘头附近，属钱塘江河口段，受迳流与潮流共同作用，从河势分析，处于赭山湾弯道凹岸处。

本河段所处的河床具有洪冲潮淤的特点，工程河段河床冲淤幅度常受汛期洪水大小控制，洪水峰量和洪量越大，冲刷幅度也越大。大潮期水流流速一般可达7m/s,实测最大达12m/s。

3、水质监测系统仪器简介

组成：

1）电池箱(用于提供数传机的正常工作，需放置于干燥处)；

2）数据传送终端机(尺寸40×40×40cm，需放置于干燥处)

3）水质传感器探头(直径10cm的圆柱体，长约30cm，需离排放口5m之内，易破)

工作原理：

经污水处理厂处理过的水，经排江管向江中心排放，排江管的排放口离岸约50m。

监测仪器安放须先在排放口附近放置水质传感器探头，由于污水排放后易被江水稀释，故探头离排放口越近精确度越高。

之后，探头通过数据线将信息发送至数据传送终端机，再由数传机将信息发送至陆上的部门进行数据分析。

4、基础工程方案确定

该水质监测装置是钱塘江干流流域内的第一座，之前生产及安装的仪器均用于湖泊或流速小的河道内，做法是先预制一块砼块体，将水质传感器探头用铁链固定于砼块体上，再将悬浮球系于水质传感器探头上，最后，将砼块体放入所需进行监测的地段内即可正常工作。

由于钱塘江该地段水流流速大，潮水来时，挟带着大小不一的块石，经常冲走附近海塘塘脚4T以上砼异型块体，破坏力巨大，水质传感器探头需放置在水中，且位置固定，若无保护措施极易被块石打坏，只是一味增加砼块体的重量并不能保证仪器的正常工作。故厂家的基础工程方案不具可实施性

由于该水质监测装置位于钱塘江河口中游段，钱塘江水行政主管部门要求尽可能地少占用水域，将对行洪及船只通行的影响降至最低。经过多方案比较和论证后，最终采用打设DW813的钢管桩方案。即在需监测位置的上下游5m处各打入DW813的钢管桩一根，桩长49.1m，桩底进入持力层内，桩底高程为▽-41.6。将监测仪器安放在钢管桩内，仪器通过钢杆固定在▽7.5m工作平台。由于监测仪器需放在水中，才能保证监测信息的准确和及时，为保证钢管内水的正常出入，在江水P=10%低潮位和P=10%高潮位之间，即钢管桩上▽0.0～▽5.0m范围内，开设φ50mm的进出水孔，孔净距100mm呈梅花形布置。由于钢管桩受涌潮的推力较大，为保险起见，在▽0.0～▽5.0m范围内，各进水孔之间，增设四根槽钢，起加固钢管桩强度的作用。

监测平台设▽4.0m和▽7.5m两个工作平台，平台为直径1.8m厚度为12mm的钢板。钢管桩采用螺旋缝钢管，材料为Q235钢，管壁厚度为12mm。桩长49.1m，打入持力层内，桩底高程为▽-41.6。

5、桩基承载力及桩顶位移验算

桩长49.1m，桩端进入碎石持力层。在桩基计算时需满足竖向承载力及在涌潮水平推力作用下桩顶容许位移的要求。

单桩竖向承载力验算仅需考虑上部荷载。

Quk——竖向承载力标准值

u——桩身周长

Qsik——桩周第i层土的极限侧阻力标准值

Li——桩穿越第i层土的厚度

Qpk——桩端附近的阻力标准值

Ap——桩端面积

钢桩平台满足竖向承载力要求。

单桩水平承载力验算需考虑风荷载和涌潮水平推力影响，尤其以涌潮水平推力的影响为甚。根据浙江省河口海岸研究院的研究结果表明，涌潮的水平推力为5～7T/m2，涌潮作用高度为3m。

Rh=7×3×0.813=171(kn)

α——桩的水平变形系数

m——桩侧土水平抗力系数的比例系数

m取8(MN/m4)

b0——桩身计算宽度(m)

b0=0.9(1.5d+0.5)=1.55(m)

桩入土深度为40m，桩的换算埋深αh=4.0，υx=2.441

EI=4.84×105(kn/m2)

结论：χ0a=7.75mm<10mm

钢桩平台满足桩顶位移要求。

6、技术要求

除锈防腐要求：

由于钢管桩位于污水排放口处，排出的污水会对钢材有腐蚀作用，故整个基础工程包括钢构件、钢管桩等均须事先除锈打磨干净，手工除锈等级为St2，即除去松动的氧化皮、疏松的锈及污物，呈金属光泽；钢管外防腐采用先刷702环氧富锌底漆1道，再刷842环氧云铁底漆2道，然后刷546环氧沥青厚浆型面漆4道，涂层间缠绕玻璃钢纤维布三层，总厚度不小于2.0mm；钢管内防腐采用先刷702环氧富锌底漆2道，再刷842环氧云铁底漆1道，然后刷玻璃鳞片涂料3道，其总厚度不小于0.35mm。

施工顺序要求：

在除锈防腐工作完成后，开始打DW813钢管桩。要求在达到桩顶设计高程后，将▽0.0高程以上的钢管桩取下，到陆地上在桩身▽0.0～▽5.0m范围内开设φ50mm的进出水孔，并焊接槽钢及上部平台钢结构，再运至水下，将两段钢管桩用法兰连接，这样可避免水下焊接钢构件。

7、结论

该水质监测仪器的基础工程设计为钱塘江干流流域段第一座水质监测仪器装置，于2004年建成并投入运行至今，反响较好，会对今后钱塘江流域内的污水处理厂尾水排放的监测工作起指导和借鉴作用。

参考文献：

[1]林天建，熊厚金，王利群，桩基础设计指南，中国建筑工业出版社，1999

[2]鞠建英，特种结构地基基础工程手册，中国建筑工业出版社，2000

[3]刘金砺，桩基础设计与计算，中国建筑工业出版社，1990

[4]《桩基工程手册》编写委员会，桩基工程手册，中国建筑工业出版社，1995

[5]《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）

[6]《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》(GB50236-1998)。

备注：

1、作者介绍：

徐剑（1981.7～?），男，浙江杭州人，助理工程师，2002年6月毕业于浙江省水利水电高等专科学校水利水电建筑工程专业，从事水利工程领域的设计等工作。

王春亚(1982.2～?)，女，浙江宁波人，助理工程师，2002年6月毕业于浙江省水利水电高等专科学校水利水电建筑工程（城镇给排水方向）专业，从事水利工程领域的施工等工作。