气囊式橡胶坝在烟台污水截流中的应用

论文类型	技术与工程	发表日期	1999-08-01
来源	《中国给水排水》1999年第9期
作者	王文喜,刘晓军,邵永存
摘要	王文喜刘晓军邵永存 (烟台市城市排水管理处) 　　为解决污水对海水的污染，烟台市在河道下游沿海岸线铺设一条截流干管，截流河道污水，然后将其输送到污水厂集中处理。目前，城市污水截流的一般方法是在截流处设置溢流井截流污水和部分雨水。由于泥砂堵塞和海水倒灌的原因，这种方法在烟台的污水 ...

王文喜刘晓军邵永存
(烟台市城市排水管理处)

　　为解决污水对海水的污染，烟台市在河道下游沿海岸线铺设一条截流干管，截流河道污水，然后将其输送到污水厂集中处理。目前，城市污水截流的一般方法是在截流处设置溢流井截流污水和部分雨水。由于泥砂堵塞和海水倒灌的原因，这种方法在烟台的污水截流中效果很不理想。另外因海水含盐量很高，不利于细菌生长，会降低曝气池污泥的活性，使污水中的有机物得不到有效处理，严重影响出水水质。经方案比较后决定把橡胶坝工艺应用到污水截流中，取得了很好的效果。下面以西南河橡胶坝工程为例加以说明。

1 工程选址

　　西南河横贯烟台市区中心，河道宽约16 m，上覆盖板，沿途汇集工业废水和居民生活污水，排污量4.1×10^４t/d。橡胶坝工程选址在临近入海处，该段河道坡度相对较缓，低潮时河道内水位维持在0.4 m左右，涨潮时海水倒灌，河道水位可升至1.5 m。

2 坝袋形状的确定

2.1 内压比
　　内压比是确定坝袋形状的重要参数，它是指坝袋的内压高度H₀与坝袋设计高度H₁的比(见图1)。当胶坝高度一定时，坝袋的外形尺寸主要受坝袋内压H₀的影响。H₀与坝袋的有效周长L₀成反比，与坝袋的拉力T成正比。内压大，则坝袋有效周长L₀小，土建工作量小，但袋壁所受的拉力T大，对材料要求高；反之对材料强度要求低，土建工作量大。通过对式H₀/H₁～TL₀/H₁³的计算分析可知，理论上有一个使TL₀乘积小的H₀，此时相应的内压比H₀/H₁在1.25左右，根据充气橡胶坝的特点，西南河橡胶坝内压比取1.0。

2.2 坝袋壁拉力的取值
　　袋壁拉力T与坝袋形状也有密切关系，在坝高H₁一定的情况下，T与坝袋有效周长L₀成反比。
　　图1中y轴通过坝顶C，x轴沿坝底，考虑下游侧断面，除两边静水压力外，在C点切口处有内力T，水平向左；在B点锚固处也有相同的拉力T，假定其方向与x轴成一角度，从x轴方向合力必须为零的条件：

?　(2H₀H₁-H₁²-h₂²)/2-T+Tcosθ₀=0
　　T=(2H₀H₁-H₁²-h₂²)/[2(1-cosθ₀)]

　　上式为拉力计算公式。考虑到西南河橡胶坝的工程安全性较重要，故T取最小值，此时θ₀角为180°，坝袋有效周长L₀最大，则橡胶坝形状如图2。?

　　坝上游侧断面为一半径为R的圆弧，坝下游侧断面为一半径为r的半圆。

3 坝袋结构的确定

　　考虑到汛期河水中泥砂杂物携带量大，坝袋磨损严重，西南河橡胶坝采用内外双层结构，如同车内外胎一样。外袋采用二布三胶起保护作用，保护内囊不受漂浮物、砂石损伤；内囊采用一布二胶，主要起密封、支撑作用，防止内囊在升降坝时发生滚动移位等情况，内囊两侧增设翼片与外坝袋一起锚固。

4 橡胶坝内囊填充介质的确定

　　内囊填充介质包括水、气两种。充水橡胶坝和充气橡胶坝优缺点如下：?
　　①根据前期实践经验，充水式橡胶坝升塌坝缓慢，汛期洪水来势迅猛，水流巨大的顶冲力能造成坝体撕裂，而充气坝因排放迅速则能实现快速升降。?
　　②坝顶溢流时，充水坝袋在溢流水流的作用下产生共振，当共振产生的内应力大于橡胶坝材料允许拉力时，便造成坝袋破坏，充气橡胶坝因质量小，振幅很小，其破坏性也就较小。?
　　③充水橡胶坝坍平不彻底，阻碍水流，这也是坝袋磨损严重的原因。?
综上考虑，西南河橡胶坝采用充气坝。

5 控制系统和管路布置

　　西南河橡胶坝采用全自动控制系统(图3)，避免了雨季频繁的人工升降操作，具有很多优点。