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關(guān)鍵詞:NOX排放;EGR;SCR;WIF;SAM
Abstract: This paper expounds the influence of the NOX emitted from the marine engine on the environment and introduces the IMO convention concerning the emission of marine diesel. Measures are described to reduce the NOX emission and several effective solutions are also discussed in this paper.
Key words: NOx emission; EGR; SCR; WIF; SAM
1 引言
近年來,由于氣候變暖、環(huán)境污染所造成的各種各樣的災害和對人類生命財產(chǎn)的影響,使得船舶及航運業(yè)對環(huán)境污染的問題成為國際社會關(guān)注的焦點,船舶減排面臨前所未有的挑戰(zhàn)。當前,許多國家都以非常熱衷而積極的態(tài)度發(fā)展綠色船舶。綠色船舶是從設(shè)計、建造、營運到拆解的整個生命周期內(nèi),通過應用綠色技術(shù)最大程度上實現(xiàn)低能耗、低排放、低污染、高能效、安全健康的功能目標。
對船舶柴油機來講,其排氣中包含很多有害物質(zhì),例如碳氧化物、硫氧化物、氮氧化物、固體顆粒等。其中,氮氧化物不僅會造成環(huán)境污染,而且損害人類健康。針對NOX排放,國際海事組織(IMO)對MARPOL公約重新審視梳理,不斷提出了一些新的環(huán)保要求。在MEPC57中,MARPOL Annex VI規(guī)定了NOX的排放要求(適用于功率超過130 kW的柴油機):
Tier I :2000年1月1日起鋪龍骨(上船臺)的建造的船舶,排放要求:若轉(zhuǎn)速為n
Tier II:2011年1月1日起鋪龍骨(上船臺)的建造的船舶,排放要求:若轉(zhuǎn)速為n
Tier III :2016年1月1日以后建造的船舶,排放要求:若轉(zhuǎn)速為n
2 應對措施
較少NOX排放無非采用一級處理和二級處理兩種方法來實現(xiàn)。一級處理方法通過改變?nèi)紵隣顩r降低燃燒溫度來實現(xiàn);二級處理不改變主機的工作狀態(tài),利用外部設(shè)備來實現(xiàn)。
目前新造船舶的柴油機都已經(jīng)滿足Tier II 的要求,但Tier III的要求比Tier II 的要求低了60%。針對以上兩種處理方式目前經(jīng)過幾大主機廠家的研究和試驗,證實了通過①EGR (廢氣再循環(huán)Exhaust Gas Recirculation)、②SCR (選擇性催化還原Selective Catalytic Reduction)、③WIF (油水乳化Water In Fuel Emulsion)、④SAM (掃氣加濕Scavenge Air Moistening)幾種方法可以使柴油機的排放滿足Tier III的要求。
2.1 EGR(廢氣再循環(huán))
EGR是將排氣管中的一部分廢氣引入進氣管,再進到氣缸中。廢氣的稀釋作用減緩了NO生成速度,降低了燃燒溫度,從而有效地降低了NO的排放濃度。利用10%廢氣量進行再循環(huán)可以使氧化氮排放量下降30%,而不太影響燃油消耗率。
利用廢氣再循環(huán)并不是將廢氣中的氧化氮再次送入柴油機以減少其排放量,而是從燃燒過程的熱化學反應來阻止氧化氮的形成。在柴油機廢氣中,其主要成分是氮氣,但也含有水蒸氣和二氧化碳,水蒸氣和二氧化碳的比熱都比較大,這可以有效地降低火焰溫度,減少氧化氮的形成。并且,由于燃燒室中廢氣的增加,其含氧量減少,從而使氧與氮的接觸機會減少,也有助于降低氧化氮的生成。
圖1為MAN公司推薦的燃燒重油的二沖程柴油機采用廢氣再循環(huán)法的示意圖。EGR系統(tǒng)主要部件:洗滌器、冷卻器及水分分離器、鼓風機、應急停止閥、系統(tǒng)啟停閥、水處理單元(WTP)、NaOH中和單元和廢水處理裝置(WCU)。EGR的安裝要鄰近主機的排煙集管。旁通的廢氣在進入燃燒室之前,經(jīng)過洗滌器、冷卻器和水分分離器,利用鼓風機增壓,和增壓空氣混合后進入空冷器。
圖1 EGR系統(tǒng)示意圖
在洗滌器內(nèi),因為廢氣中含硫,和水混合后變成酸性,要加入NaOH中和,以盡量減小腐蝕的可能性。洗滌水中含有大量的顆粒物質(zhì),會導致WTP部件的失效。因此,系統(tǒng)配備一套WCU以去除顆粒物,同時,在一定程度上凈化洗滌水使之滿足洗滌水排放要求。WTP向EGR洗滌器提供給水,緩沖水柜是WTP最大的部件,用來維持恒定的水流量。洗滌泵布置在緩沖柜的下方,用來向洗滌器和預清洗裝置供水。臟的洗滌水通過疏水器從洗滌器底部流入緩沖柜,然后泵入WCU進行循環(huán),處理后的凈水經(jīng)過三通閥排到舷外或船上的污水艙。另外,還需要向緩沖柜供給淡水以及向EGR冷卻器供給海水。
為了EGR能夠?qū)ω摵勺兓鞒鰷蚀_快速的反應,而且能易于操作,EGR控制單元包括一個主控制器來控制EGR比率(再循環(huán)廢氣和掃氣空氣的比率)、掃氣空氣壓力和WTP的啟停定時,還包括一個PLC來控制水系統(tǒng)。
MAN公司利用完整的EGR系統(tǒng)進行實船試驗,試驗結(jié)果表明,在75%主機負荷下,單獨采用EGR技術(shù),45%廢氣量能將NOX減少到3.4 g/kWh,從而滿足在排放控制區(qū)IMO Tier III階段的要求,但是燃油耗油率提高約0.3%。另外,在基本設(shè)計階段,應充分考慮該裝置的布置空間。
2.2 SCR(選擇性催化還原)
用氨作還原劑對含NOX的氣體進行催化還原處理,使氨能有選擇地和氣體中的NOX進行反應,而不和氧發(fā)生反應,稱為選擇性催化還原法。利用SCR來降低廢氣中的NOX,廢氣在通過一層特殊的催化劑之前與氨相結(jié)合,溫度為300~400℃,NOX還原為N2和H2O。
圖2為船用低速柴油機SCR系統(tǒng)的布置示意圖。SCR的反應器為一個獨立的裝置,垂直于機旁通過排氣管和閥件與之連接。另一種可供選擇的布置方式是水平設(shè)置SCR反應器,置于增壓器之上,對機艙的布置更方便。
圖2 SCR系統(tǒng)示意圖
液氨、氨水和尿素都可用作還原劑。對于船用來說,需要安全且容易處理的還原劑,所用的介質(zhì)通常是尿素的水溶液,一般濃度為40%。NH3是可燃性氣體,因而其輸送管路采用雙層管壁并設(shè)有必要的透氣裝置,環(huán)形空間中置有NH3泄漏監(jiān)測器。NOX清除的程度取決于所加的氨量,多噴入一些氨,NOX凈化率就越高,同時,由于在被處理過的煙氣中未用過的氨將增加。為了減少氨隨廢氣排出造成的損失,噴入排氣管中的含氨量由一臺程序計算機控制,使氨的噴射量與柴油機產(chǎn)生的NOX成比例。NOX的產(chǎn)生量與柴油機負載的關(guān)系在試驗臺試驗時進行了測量,所取得的關(guān)系編入程序計算機用來控制氨的劑量。氨的劑量隨后按反饋系統(tǒng)基于所測得的NOX出口信號的壓差來進行調(diào)節(jié)。
SCR反應器是一個能容納幾層催化劑板的方型容器。反應器內(nèi)使用的催化劑通常是:五氧化釩、二氧化鈦,通常還加入三氧化鎢和三氧化鉬來優(yōu)化催化劑特性。催化劑的容量以及反應器的尺寸取決于催化劑的活性、所期望的NOX凈化程度、NOX的濃度、煙氣壓力和可接受的NH3流失量等因素。催化劑的壽命通常是3~5年,催化劑材料本身只占總成本的10%,SCR的主要運行成本來自尿素的消耗量,40%的尿素溶液的消耗量大約是20~25g/kWh。
SCR系統(tǒng)利用選擇性催化還原技術(shù)對柴油機的廢氣作后處理,是目前為止最有效的削減NOX的方法,NOX減少效率可以達到95%以上,能夠較好地滿足一些航區(qū)對NOX排放控制較嚴的要求。
2.3 WIF(油水乳化)
WIF是用水等物質(zhì)來參與柴油機的燃燒,使燃燒溫度降低,從而使NOX的生成量降低。隨著摻水量的增加,NOX的生成量減少。WIF是唯一一種既能減少NOX排放又能減少微粒排放的方法。
目前普遍認為降低NOX排放是以降低燃燒溫度從而增加耗油率的代價來實現(xiàn)的,實際上采用油水乳化技術(shù)能夠改善燃燒狀況,對于一些主機能夠減少1%~2%的耗油率。圖3顯示某設(shè)備商采用該技術(shù)在實船上測量的NOX排放量與含水量的變化關(guān)系。
圖3 NOx排放與含水量關(guān)系
燃油的乳化必須在其進入燃油系統(tǒng)的循環(huán)回路前完成。水的增加量根據(jù)控制系統(tǒng)進行微量調(diào)節(jié),監(jiān)測壓力、溫度和摻水量。燃油乳化技術(shù)也有其局限性,水和重質(zhì)燃油的乳化比較容易取得,并且較穩(wěn)定。但水與柴油、輕質(zhì)柴油的乳化就困難了。當沿海航行強制需要采用低硫燃油時,需設(shè)置專門的乳化裝置。圖4為滿足MARPOL 附則VI采用WIF技術(shù)的工作流程圖。
對于采用燃油乳化措施的船舶,燃油系統(tǒng)應設(shè)置一個特殊設(shè)計的安全系統(tǒng),當船舶失電時,將不會影響油/水乳化的穩(wěn)定性。
圖4 WIF系統(tǒng)示意圖
2.4 SAM(掃氣加濕)
SAM是一種向掃氣中加水的方法,利用水的汽化吸熱來適當降低燃燒溫度,使NO生成減少。
SAM屬于機內(nèi)改造方法,在氣缸中控制燃燒來減少NOX產(chǎn)生量,是直接影響柴油機燃燒的方法。利用這種方法,每加入20%的水分,可以減少NOX排量的10%。同時,低的燃燒溫度也使炭煙生成速率下降,且CH基的增加可促使炭煙先兆物的氧化,因而增加進氣濕度對降低炭煙排放也是有利的。
但是在低負荷下,進氣濕度增加會使未燃烴排放增加,而且因為在冷的掃氣空氣中,水不能完全蒸發(fā),水珠打在氣缸套內(nèi)壁,造成其表面油膜的破壞和硫酸腐蝕,因此目前很少采用SAM。
3 結(jié)束語
降低船舶柴油機NOX排放,需要根據(jù)各船具體情況進行,可采用單一的措施,也可疊加使用。IMO防止空氣污染規(guī)則的引入將會提高各國對船舶柴油機排放的進一步關(guān)注,出臺一些日趨嚴格的地方排放標準或國家船舶排放控制計劃,對航運業(yè)和造船業(yè)提出更嚴峻的挑戰(zhàn),從而采取有效的綠色環(huán)保技術(shù)來應對。
參考文獻
關(guān)鍵詞:城市;防洪排澇;措施;
城市人口和財富高度集聚,是一定地域的政治、經(jīng)濟、文化中心,是現(xiàn)代社會發(fā)展的引領(lǐng)核心,城市一旦受災,損失巨大。洪澇災害是當前我國城市面臨的最主要災害之一,我國大多數(shù)城市都濱水而建,均面臨洪水淹沒和雨后內(nèi)澇問題。具相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計,我國660個城市中,就有500多個城市需要防洪,并且許多城市都不同程度地遭受過江河洪水的威脅。除洪水威脅外,近年來我國城市也頻繁遭受暴雨所致的城區(qū)嚴重的內(nèi)澇。因此,城市的防洪排澇問題形勢嚴峻,必須全力應對,尋找成因,制定對策,以期切實有效地解決問題。城市防洪排澇是根據(jù)城市的自然地理位置以及江河洪水的特性,提高城市防洪標準,改善和提高城市防洪管理水平,改善河道行洪條件。通過建設(shè)必要的防洪、除澇、排水等設(shè)施,防治或減少洪澇造成的災害,保障城市的正常運行和人民安居樂業(yè)。
1 城市防洪排澇的問題成因
1.1 暴雨頻發(fā)而強度驟增
近年來,由于氣候變化因素和大規(guī)模城市建設(shè)所致的大氣環(huán)境變化,我國暴雨頻發(fā),暴雨強度驟增,且降雨集聚,降雨造成高水位洪水,瞬時降雨量大而降雨時間長,造成嚴重的城市外洪內(nèi)澇。
1.2 河道淤塞致泄洪能力降低
由于城市和周邊區(qū)域的河道長期不清淤疏通,河底標高上升,河床的寬度和深度減小,泄洪斷面縮小,流水不暢,當上游洪水下泄和本市暴雨匯集時,形成高水位洪水,危及城市安全;且城內(nèi)雨水無法外排,造成城區(qū)大面積漬水,造成城市外洪內(nèi)澇嚴重局面。
1.3 城市位置不當及布局不合理
現(xiàn)有城市、城鎮(zhèn)已建于洪水淹沒的區(qū)域或低洼積水區(qū)域,經(jīng)常受到洪水侵襲。例如,安徽省金寨縣縣城位于水庫下游1km泄洪水位以下的梅山鎮(zhèn),1991年7月暴雨后水庫泄洪,縣城大部被淹,損失達1億元;四川省射洪縣城選址于地勢低洼的太和鎮(zhèn),在四川省8?17洪水中損失慘重。有些城市新區(qū)在選址時仍建于低洼積水地區(qū),同樣會飽受洪澇之苦。
1.4 滲水地面減少而徑流速度加快
大規(guī)模城市建設(shè)建造了大量的建筑和道路、廣場等硬質(zhì)地面,大量減少了滲水地面和植被,使暴雨的徑流速度加快,滲水面積減小,雨水快速聚集,單位時間內(nèi)的雨量大大超越城市雨水管網(wǎng)的排水能力,從而導致了澇災的發(fā)生。
1.5 防洪排澇標準偏低而不匹配
雖然國家有眾多與防洪排澇相關(guān)的法律、規(guī)范,但往往由于現(xiàn)狀和經(jīng)濟因素、意識不足,近期城市防洪排澇標準低,難以抵御高位洪水和大暴雨,尤其是注重防洪,忽略排澇。城市排澇標準目前我國尚無統(tǒng)一的規(guī)范。相對而言,我國城市的防澇標準很低,以往城市排水管徑多按照0.5年一遇的雨量標準進行設(shè)計,許多城市的設(shè)計標準甚至低于0.5年一遇。目前,我國一般大中城市的排水標準為2~3年一遇,個別城市達到5年一遇標準,擋不住大暴雨的襲擊,形成大面積的內(nèi)澇。有防洪任務的城市大都十分重視防治外洪,各地在按國家標準確定防洪標準時,往往就高不就低,如上海市確定的黃浦江干流及城區(qū)段的防洪標準達到了千年一遇,通過建設(shè)堤防來防止洪水的入侵。但是,由于歷史上的分部門管理,城市往往忽視排澇工程的建設(shè),排澇標準定得過低,這也是城市內(nèi)澇時常發(fā)生的重要原因之一。
1.6 現(xiàn)狀防洪排澇設(shè)施配套不足且運行不力
現(xiàn)狀城市防洪排澇設(shè)施普遍配套不足,老城區(qū)防洪排澇設(shè)施標準低,設(shè)施老化。老城區(qū)大多為雨污合流排水體制,排水管徑小,故障多,加之管理不善等原因,加劇了老城區(qū)內(nèi)澇的災損。城市新區(qū)因為建設(shè)速度過快,且“重地上、輕地下”的思想嚴重,防洪排澇設(shè)施滯后于城市發(fā)展的速度。甚至有些新區(qū)未待排水設(shè)施完全配套甚至未鋪設(shè)排水管網(wǎng)便投入使用。
1.7 城區(qū)地面標高處理不合理
老城區(qū)往往由于歷史原因,街區(qū)地面標高偏低,有些道路標高高于街區(qū)地面標高,街區(qū)雨水難以排入道路下的排水管道。尤其是緊鄰老城區(qū)的新建區(qū)的地面標高高于老城區(qū)地面標高,雨水向老城區(qū)匯集,加劇老城區(qū)的內(nèi)澇。
2 城市防洪排澇采取對策措施
2.1 控制熱島效應,保護氣候環(huán)境
嚴格控制城市大規(guī)模耗能排熱,提倡節(jié)能減排,保護大氣環(huán)境,避免因成片的城市熱島效應而引發(fā)氣候環(huán)境變化,減少暴雨頻發(fā)機率。
2.2 疏浚河流水系,提高泄洪能力
城市建設(shè)與水利建設(shè)統(tǒng)籌協(xié)調(diào),疏浚城市和周邊區(qū)域的河流水系,降低河床底部標高,拓寬河道,增大泄洪斷面,注重近期建設(shè),嚴格按照規(guī)范標準加強河流堤防建設(shè),提高抗御洪水的能力。
2.3 合理布局,避讓洪澇災害
對于處于洪水淹沒區(qū)域或低洼積水區(qū)域的老城區(qū),采用加高加固河道堤防、鋪設(shè)大管徑的排水管道和建設(shè)排澇泵站,或局部搬遷,開辟濕地等措施,抗御洪水、排除積水、納緩洪水。
2.4 增大滲水地面,減緩徑流速度
增大滲水地面,采用擴大綠地面積,建設(shè)滲水道路、廣場等方式,使雨水滲入地下,并減緩地面雨水徑流速度,減緩、減少雨水驟積。同時,在綠地中適量開挖河池水面,納洪、蓄水造景,使周邊街區(qū)不受淹。
2.5 完善防洪排澇標準,防洪與排澇標準相互匹配
城市防洪排澇標準應采用國家標準為基本保障標準,在此基礎(chǔ)上,根據(jù)各省、區(qū)、市具體情況,編制各自的相應標準、規(guī)范。特殊地區(qū)可根據(jù)實際情況,編制特定的標準。尤其要注意防洪排澇標準相匹配,適當提高排澇標準。目前,國內(nèi)一些城市已根據(jù)自身情況制定了排澇標準,如上海市排澇標準為20年一遇、24小時暴雨24小時隨時排除;黑龍江省排澇標準為24小時暴雨24小時排完,縣級城區(qū)為10年一遇,地市級城區(qū)為20年一遇;福建省于2004年頒布了《福建省市縣級城區(qū)排澇工程實施方案報告編制技術(shù)大綱》,規(guī)定縣級城區(qū)3~5年一遇澇水不滿溢,地級市城區(qū)5~10年一遇澇水不滿溢。
2.6 充實防洪排澇設(shè)施配套,完善管理,提高運行能力
充實城市防洪排澇設(shè)施配套,尤其排澇設(shè)施應留有適當?shù)挠嗔?,確保城區(qū)不受淹。老城區(qū)有條件的地方應將原來的雨污合流制管網(wǎng)改為雨污分流制,并提高排澇泵站的設(shè)計能力。城市污水處理廠的設(shè)計規(guī)模應考慮難以進行雨污分流老城區(qū)的雨水量。老城區(qū)道路窄,可采用簡易共同溝的方式解決地下管線布置空間緊張的問題。新城區(qū)開發(fā)必須按照相關(guān)的規(guī)范和標準建設(shè)防洪排澇設(shè)施,統(tǒng)籌解決外洪內(nèi)澇問題。排水管網(wǎng)、排澇泵站等設(shè)施建設(shè)中應嚴格控制工程質(zhì)量,并通過完備的管理確保排澇設(shè)施正常運行。
2.7 科學處理城區(qū)地面標高問題
因地面標高過于偏低而常年受淹的老城區(qū),可在地勢最低處開辟綠地,挖掘河池水面,納洪蓄水,改善老城區(qū)綠化景觀環(huán)境。地面標高高于老城區(qū)的緊鄰新建區(qū),應在新老城區(qū)結(jié)合處開挖河渠,攔截新區(qū)流向老城區(qū)的雨水。上述對策措施可根據(jù)各地實際情況合理采納、優(yōu)化,以便系統(tǒng)、有效地解決城市防洪排澇問題。
3 結(jié)語
我國城市洪水災害的頻繁,要加強我國進行全民防洪意識的教育,服從城市防洪工程安全大局,加大城市防洪排澇項目的爭取力度,加快城市防洪排澇設(shè)施建設(shè),這樣才能使人人愛護堤防、有效提高城市排洪防澇能力。
參考文獻
[1]朱冬冬,周念清,江思珉等.城市雨洪徑流模型研究概述[J].水資源與水工程學報,2011,22(3):132-137
【關(guān)鍵詞】引黃閘;防滲;排水;措施
由于水閘建成后,在上、下游水位差的作用下,在閘基及邊墩和翼墻的背水一側(cè)將產(chǎn)生滲流,滲流會帶來一系列的危害,主要表現(xiàn)為:(1)降低閘室的抗滑穩(wěn)定及兩岸翼墻和邊墩的側(cè)向穩(wěn)定性;(2)可能引起地基的滲透變形,嚴重的滲透變形會使地基受到破壞,甚至失事;(3)損失水量;(4)使地基內(nèi)的可溶物質(zhì)加速溶解。因此必須尋求合理經(jīng)濟的防滲措施,合理擬定地下輪廓線并做好防滲排水設(shè)計,消除滲流不利影響,保證水閘安全。進而使?jié)瞎┧a(chǎn)工作安全進行。
1 閘基防滲
1.1 閘基的防滲長度
在水頭H作用下,閘基內(nèi)的滲流,將從護坦上的排水孔等處逸出。相對不透水的鋪蓋、板樁及底板等結(jié)構(gòu)與地基的接觸線,即是閘基滲流的第一根流線,稱為地下輪廓線,其長度即為閘基的防滲長度L。
防滲長度L=CH
式中,L為閘基防滲長度,即閘基輪廓線水平段和垂直段長度的總和(單位m);H為上下游水位差(單位m);C為允許滲徑系數(shù)值(表1)。
1.2 地下輪廓布置
地下輪廓總的布置原則為:先阻后排,防滲與導滲(即排水)相結(jié)合。即在上游側(cè)采用水平防滲,如鋪蓋,或垂直防滲,如尺墻、板樁、土工膜垂直防滲結(jié)構(gòu)等,延長滲徑以減小作用在底板上的滲透壓力,降低閘基平均滲透坡降。在下游側(cè)設(shè)置排水反濾設(shè)施,如面層排水、排水孔與下游連通,使?jié)B透水流盡快排出,防止在滲流出口附近發(fā)生滲透變形。北店子引黃閘閘前粘土鋪蓋長42m,粘土鋪蓋上為漿砌石護底;出口段節(jié)制閘后的20米長的漿砌石海漫底部設(shè)有三層反濾其后還有土工布反濾。
2 閘基滲流計算
進行滲流計算,從而求得滲流區(qū)域內(nèi)的滲透壓力、滲透坡降、滲透流速及滲流量等各項滲流要素。閘基滲流為有壓滲流,一般作為平面問題考慮,假定地基均勻、各向同性,滲水不可壓縮,并符合達西定律。閘基滲流運動可用拉普拉斯方程式表示。然而在實際工程中,邊界條件及防滲布置十分復雜,進而常采用一些近似而實用的方法。
閘基滲流計算一般把流網(wǎng)法和改進的阻力系數(shù)法作為基本方法,對于復雜土質(zhì)地基上重要的水閘應采用數(shù)值計算法,對于閘基防滲布置比較簡單,地基又不復雜的中、小型工程,也可考慮采用直線展開法或加權(quán)直線法。北店子引黃閘屬于小型水閘,閘基防滲布置較為簡單,一般都使用流網(wǎng)法進行滲流計算。
3 防滲及排水措施
防滲設(shè)施是指構(gòu)成地下輪廓的鋪蓋、板樁及齒墻,而排水設(shè)施則是指鋪設(shè)在護坦、漿砌石海漫底部或閘底板下游段起導滲作用的砂礫石層。排水經(jīng)常與反濾層結(jié)合使用。
3.1 鋪蓋
鋪蓋布置在閘室上游一側(cè),主要用來延長滲徑,應具有相對不透水性;為適應地基變形,也要有一定的柔性。鋪蓋常用粘土、粘壤土、或瀝青混凝土制成,有時也可用鋼筋混凝土、土工膜作為鋪蓋材料。
北店子閘初建時采用的粘土鋪蓋,粘土鋪蓋的滲透系數(shù)比地基土的滲透系數(shù)小100倍以上,鋪蓋的長度根據(jù)閘基防滲需要確定,一般采用上下游最大水位差的3~5倍,鋪蓋的厚度根據(jù)鋪蓋土料的允許水力坡降值計算確定。通過計算確定北店子閘前粘土鋪蓋42m長,粘土鋪蓋上為漿砌石護底。鋪蓋的前端最小厚度不小于0.6m,并向閘室方向逐漸加厚,靠近閘室處的厚度不小于1.0~1.5m。鋪蓋與底板連接處為一薄弱部位,施工過程中已經(jīng)在該處加厚。并且為了保證閘前滲徑的可靠性,上游粘土鋪蓋繞過翼墻及護底與兩岸粘土及大堤粘土斜墻相連,為了避免滲流沿建筑物與回填土接縫處流動,在上游粘土鋪蓋與閘底板、邊墩及胸墻相接部位設(shè)一閉合的三層四油瀝青麻布封閉環(huán),一端用螺栓緊固在混凝土上,另一端插入粘土中。
3.2 齒墻
齒墻分為淺齒墻和深齒墻兩種。在北店子引黃閘中使用淺齒墻。淺齒墻常設(shè)在閘室底板上下游兩端及鋪蓋起始處。底板兩端的淺齒墻均用混凝土或鋼筋混凝土做成,深度一般為0.5~1.5m。這種齒墻既能延長滲徑,又能增加閘室抗滑穩(wěn)定性。當水閘在閘室底板后面緊接斜坡段并與原河道連接時,在與斜坡段連接處的底板下游側(cè)采用深齒墻,其作用主要是防止斜坡段沖壞后危機閘室安全。當閘基透水層較淺時也可用深齒墻截斷透水層。
3.3 排水反濾設(shè)施
為了減小滲透壓力,增加閘室的抗滑穩(wěn)定性,需要在閘室下游側(cè)設(shè)置排水設(shè)施,如排水孔、反濾層和墊層等。排水設(shè)施要有良好的透水性,并與下游暢通;同時能夠有效防止地基土產(chǎn)生滲透變形。
通常在地基表面鋪設(shè)反濾層或墊層,并在消力池底部設(shè)排水孔,讓滲透水流暢通至下游。設(shè)置反濾層是防止地基土產(chǎn)生滲透變形的關(guān)鍵性措施,其末端的滲透坡降必須小于地基土在無反濾層保護時的允許坡降,應以此原則來確定反濾層鋪設(shè)長度。反濾層常由2~3層不同粒徑的石料(砂、礫石、卵石或碎石)組成,層面大致與滲流方向正交,其粒徑則順著滲流方向由細到粗排列。北店子閘閘后的20m漿砌石海漫段設(shè)有三層反濾層其后還有土工布反濾。從而保證閘基滲流和兩岸大堤繞滲的滲透穩(wěn)定。
3.4 其他防滲、止水措施
4 北店子引黃閘安全應急措施
4.1 水閘防滲系統(tǒng)現(xiàn)狀及影響
根據(jù)《山東黃河北店子引黃閘安全鑒定報告書》記載,北店子引黃閘是三類閘。該閘上游鋪蓋存在管涌,孔3洞節(jié)止水損壞滲水嚴重,上游防滲系統(tǒng)高程低于防洪水位,滲透穩(wěn)定已經(jīng)不滿足規(guī)范要求。
上游防滲系統(tǒng)的破壞使得沿閘基的滲流對水閘本身產(chǎn)生向上的揚壓力,縮小了水閘的重力作用;降低了閘室的抗滑穩(wěn)定及兩岸翼墻和邊墩的側(cè)向穩(wěn)定性;由于滲透力的作用引起了閘基及兩岸土的滲透變形;滲流使地基內(nèi)的可溶物質(zhì)加速溶解;滲流還引起了相應的水量損失。因此必須對水閘的進行防滲排水處理,確保工程效益的發(fā)揮和運行安全。
4.2 保閘安全應急措施
按照《水閘安全鑒定規(guī)定》(水科技〔1998〕222號)規(guī)定,三類閘須經(jīng)除險加固后,達到正常運行要求。水閘管理單位,除對該閘按規(guī)定列入除險加固規(guī)劃外,在沒有實施除險加固恢復其正常功能前,就其存在的問題,采取應急措施,控制運用工程,保證工程安全。
上游鋪蓋管涌、洞節(jié)止水滲水部位多處于水下,難以維修處理,若維修且投資較大。水閘管理單位,對該閘上游鋪蓋管涌部位和洞節(jié)滲水要加強日常運行觀察、觀測,觀察有無清水帶沙、渾水滲出等現(xiàn)象發(fā)生,測驗滲水量有無變化。若無變化,可正常運用;若發(fā)生清水帶沙、渾水滲出、滲水量增加現(xiàn)象,根據(jù)大河來水情況,于閘后修做養(yǎng)水盆,建議上級主管部門,停止該閘供水運行,以保工程安全。待除險加固時徹底處理。
上游防滲系統(tǒng)高程設(shè)計39.30m,低于設(shè)計防洪水位40.40m。由《2013年濟南黃河防洪預案》查出,該閘在標準洪水下,防洪任務是北店子站流量11000m3/s,相應水位37.13m,超出設(shè)計防滲高程2.17m。因此,工程防御標準洪水符合防滲要求。若工程防御超標準洪水運行,根據(jù)黃河來水情況,報上級批準在舊閘前修做閘前圍堰(月堤),以保工程安全。事后視黃河水情,報上級批準破除圍堰,工程投入正常運行。
5 結(jié)束語
總之,做好引黃水閘的防滲與排水措施,加強觀測,隨時維修,及時消除工程隱患,從而確保水閘的安全運行狀態(tài),為水閘工程的度汛安全和供水生產(chǎn)的順利進行提供保障。
【參考文獻】
[1]顏宏亮.水工建筑物[M].化學工業(yè)出版社,2007.
Abstract: The thoughts and suggestions of drainage design, construction and utilizationare given from the aspect of building water system in order to reduce the water resources waste and improve water reuse rate and conserve water.
關(guān)鍵詞:建筑節(jié)水;給排水設(shè)計;熱水循環(huán);廢水利用;節(jié)水設(shè)備
Key words: construction water conservation;water system design;hot water circulation;water-saving equipment
中圖分類號:TU99 文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)03-0215-01
1建筑節(jié)水重要性和緊迫性
水是關(guān)系到人類生存發(fā)展、具有戰(zhàn)略意義的資源。目前,世界已有十億人口生活在淡水資源貧缺環(huán)境中。我國日益嚴重的水資源短缺和水環(huán)境污染,不僅困擾國計民生,并已成為制約社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要因素。面對缺水的現(xiàn)狀,節(jié)約用水已成為我國的基本國策,建筑節(jié)水更是任重道遠。
2目前建筑水資源浪費原因
水資源在建筑給排水上的浪費原因,在設(shè)計、施工及使用過程中均存在,同時和公民的生活習慣及國家立法等等有關(guān),水量的浪費主要有以下幾個方面:
(1)超壓出流浪費水量巨大,給水配件閥前壓力大于流出水頭,給水配件在單位時間內(nèi)的出水量超過額定流量的現(xiàn)象,稱超壓出流現(xiàn)象,該流量與額定流量的差值,為超壓出流量。我國的建筑量大、面廣,若以其中配水龍頭每年超壓出流量累計,將是一個驚人的數(shù)據(jù)。
(2)熱水干管循環(huán)浪費水量巨大
我國熱水供應系統(tǒng)的水量浪費也較為嚴重,主要表現(xiàn)在開啟配水裝置后,不能及時獲得滿足使用溫度的熱水,往往要放掉不少冷水后,熱水設(shè)備才能正常使用。這部分流失的冷水,未產(chǎn)生使用效益,可稱無效冷水,也即浪費的水量。
(3)管道及閥門泄露
管道銹蝕、閥門的質(zhì)量等導致大量的水消失于無形。經(jīng)常都能看到路邊的給水管道在管子接縫處及法蘭、閥門連接處滋滋的往外冒水。埋在地下的看不見的更不知道有多少。用戶們經(jīng)常反映浮球閥經(jīng)常損壞、漏水,不論是用于水池、水箱的還是馬桶上使用的,其質(zhì)量的低劣直接導致大量水從溢流管流出。供水系統(tǒng)施工質(zhì)量差,管路跑冒滴漏造成水資源浪費。
(4)水量計量及水費定價
水表是法定的計量儀表,水表質(zhì)量低劣,計量不準,無法合理用水分析和水量平衡測試。以前一個住宅或單位工程沒有設(shè)置進戶總水表增加小區(qū),查不出漏水隱患,而是采用分攤的方法處理差量,沒有分清責任主體,居民節(jié)水積極性不高,管理責任部門也沒有真正落實管理責任。我國水價沒有實行利用經(jīng)濟杠桿調(diào)整水價。
(5)居民節(jié)水意識淡薄,平時沒有養(yǎng)成良好的節(jié)水習慣,生活中水資源浪費現(xiàn)象到處可見。沒有接受中水使用,雨水,冷凝水回用等節(jié)水措施。節(jié)水法律法規(guī)沒有適應節(jié)水要求,用戶計劃用水,節(jié)約獲獎,浪費受罰等節(jié)水措施因缺乏正確的依據(jù),而不能順利實施。
(6)廢水再利用率不高,建筑中水工程建設(shè)嚴重不夠。雨水、冷凝水等回用率不高。
3建筑給排水節(jié)水措施
針對以上水資源浪費原因分析,應做好如下節(jié)水措施:
(1)首先應遵循規(guī)范,合理分區(qū)。在市政管網(wǎng)不能滿足用戶供水的情況下,盡量采用水箱供水方式,水壓穩(wěn)定,各配水點的壓力波動很小,有利于節(jié)水。設(shè)置減壓裝置,建議在“高層分區(qū)最低衛(wèi)生器具配水點處靜水壓,不宜大于0.45MPa,最大不得大于0.55MPa”的基礎(chǔ)上,采取“配水點處靜壓大于0.15MPa時”。
(2)熱水循環(huán)方式的選擇,建議集中熱水供應系統(tǒng)應保證干管、立管中的熱水循環(huán)。目前,“規(guī)范”中提出了三種熱水循環(huán)方式,即干管循環(huán),立管、干管循環(huán)和支管、立管、干管循環(huán)。根據(jù)以上分析結(jié)果,顯然干管循環(huán)浪費水量最多。
由于目前我國不少城市實施了計劃用水,不少單位為控制用水,避免超標,正紛紛改造供水系統(tǒng),采取多種有效的節(jié)水措施。
(3)使用合格、合理的管材、閥門,給水管件及配件、推廣新型節(jié)水設(shè)備,在給排水設(shè)計、施工等方面應嚴格把關(guān),提高設(shè)計及施工質(zhì)量。推廣節(jié)水器具的使用是開源節(jié)流的節(jié)水措施之一。
(4)重視設(shè)計所選水表的設(shè)置要求及水表質(zhì)量要求,增加小區(qū)給水系統(tǒng)水表的設(shè)置。做好用水分析和水量平衡測試。而增加小區(qū)進戶總水表,通過與各戶水表進行水量平衡分析,有利于查出漏水隱患。設(shè)置總水表,一方面可杜絕漏水隱患,另一方面也是方便小區(qū)物業(yè)管理,可明確漏水原因及責任主體,以便及時維修,可避免更大的浪費。用戶對水表正確計量的要求也隨水價的逐步調(diào)整逐步提高,為保證給水表計量正確,給水表應定期檢測和更換水表,保護用戶的利益和節(jié)水的積極性。隨著建筑節(jié)水工作的深入開展,必然越來越強烈。所以,應控制閥門的質(zhì)量要求。
(5)目前各城市節(jié)水法規(guī)中對開展合理用水分析和水量平衡測試工作均有明確的要求。供水部門應落實國家技術(shù)監(jiān)督局的對水表檢測和更換的規(guī)定。推廣節(jié)水器具給予生產(chǎn)企業(yè)政策扶持,給予市民使用節(jié)水器具補貼。提高居民的節(jié)水意識,加大宣傳力度。改變不良生活習慣,節(jié)水習慣應落實到生活的每個細節(jié)中。
(6)廢水再利用,提高雨水、冷凝水等回用率。建筑中水工程是節(jié)約用水的好措施,既保護了環(huán)境,又極大的提高了水資源的利用效率。建筑中水工程設(shè)計應作到安全使用、經(jīng)濟合理、技術(shù)先進。對于小型建筑等可實行一些簡單可行的廢水再利用措施。
【關(guān)鍵詞】管道;施工;防冶措施
1 管道施工步驟
1.1 溝槽開挖與支護。
此項中土方的工作量占整個工程的很大比重,在安排上采用兩臺0.6耐輪胎式挖掘機、一臺75kW推土機配合開挖與人工開挖相結(jié)合,在需土方運輸?shù)牡胤脚鋫鋬膳_自卸汽車。在開挖前逐一探明地下既有管道、電纜和其他構(gòu)筑物的位置,將調(diào)查結(jié)果和處理方案送交業(yè)主和相關(guān)管理單位確認,以便進行相應的保護、遷移等措施,保證開挖工作持續(xù)進行。
1.2 管道安裝。
1.2.1 管材的選用和檢查。
1.2.2 下管。
1.3 管道閉水試驗。
1.3.1 閉水試驗前的檢查工作。
1.3.2 閉水試驗的方法。
2 施工中存在的問題及產(chǎn)生的原因
2.1 測量差錯,施工走樣和意外的避讓原有構(gòu)筑物,在平面上產(chǎn)生位置偏移,立面上產(chǎn)生積水甚至倒坡現(xiàn)象。
2.2 基礎(chǔ)不均勻下沉,管材及其接口施工質(zhì)量差、閉水段端頭封堵不嚴密、井體施工質(zhì)量差等原因均可產(chǎn)生漏水現(xiàn)象。
2.3 檢查井變形和下沉,井蓋質(zhì)量和安裝質(zhì)量差,鐵爬梯安裝隨意性太大,影響外觀及其使用質(zhì)量。
2.4 壓實機具不合適;填料質(zhì)量欠佳、含水量控制不好等原因影響壓實效果,施工后造成過大的沉降。
3 防治方法與預防措施
3.1 管道位置偏移或積水預防措施。
3.1.1 防止測量和施工造成的病害措施主要有:①施工前要認真按照施工測量規(guī)范和規(guī)程進行交接樁復測與保護。②施工放樣要結(jié)合水文地質(zhì)條件,按照埋置深度和設(shè)計要求以及有關(guān)規(guī)定放樣,且必須進行復測檢驗其誤差符合要求后才能交付施工。③施工時要嚴格按照樣樁進行,溝槽和平基要做好軸線和縱坡測量驗收。
3.1.2 施工過程中如意外遇到構(gòu)筑物須避讓時,應在適當?shù)奈恢迷鲈O(shè)連接井,其間以直線連通,連接井轉(zhuǎn)角應大于135°。
3.2 管道滲漏水,閉水試驗不合格防治措施。
3.2.1 管道基礎(chǔ)條件不良將導致管道和基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉陷,一般造成局部積水,嚴重時會出現(xiàn)管道斷裂或接口開裂。預防措施是:①認真按設(shè)計要求施工,確保管道基礎(chǔ)的強度和穩(wěn)定性。當?shù)鼗刭|(zhì)水文條件不良時,應進行換良處治,以提高基槽底部的承載力。②如果槽底土壤被擾動或受水浸泡,應先挖除松軟土層后和超挖部分用砂或碎石等穩(wěn)定性好的材料回填密實。③地下水位以下開挖土方時,應采取有效措施做好抗槽底部排水降水工作,確保干槽開挖,必要時可在槽坑底預留20cm厚土層,待后續(xù)工序施工時隨挖隨封閉。
3.2.2 管材質(zhì)量差,存在裂縫或局部砼松散,抗?jié)B能力差,容量產(chǎn)生漏水。因此要求:①所用管材要有質(zhì)量部門提供合格證和力學試驗報告等資料。②管材外觀質(zhì)量要求表面平整無松散露骨和蜂窩麻面形象,硬物輕敲管壁其響聲清脆悅耳。③安裝前再次逐節(jié)檢查,對已發(fā)現(xiàn)或有質(zhì)量疑問的應棄之不用或經(jīng)有效處理后方可使用。
3.2.3 管接口填料及施工質(zhì)量差,管道在外力作用下產(chǎn)生破損或接口開裂。防治措施:①選用質(zhì)量良好的接口填料并按試驗配合比和合理的施工工藝組織施工。②接口縫內(nèi)要潔凈,對水泥類填料接口還要預先濕潤,而對油性的則預先干燥后刷冷底子油,再按照施工操作規(guī)程認真施工。
3.2.4 檢查井施工質(zhì)量差,井壁和與其連接管的結(jié)合處滲漏的預防措施:①檢查井砌筑砂漿要飽滿,勾縫全面不遺漏;抹面前清潔和濕潤表面,抹面時及時壓光收漿并養(yǎng)護;遇有地下水時,抹面和勾縫應隨砌筑及時完成,不可在回填以后再進行內(nèi)抹面或內(nèi)勾縫。②與檢查井連接的管外表面應先濕潤且均勻刷一層水泥原漿,并座漿就位后再做好內(nèi)外抹面,以防滲漏。
3.3 檢查井變形、下沉,構(gòu)配件質(zhì)量差防治措施。
3.3.1 認真做好檢查井的基層和墊層,破管做流槽的做法,防止井體下沉。
3.3.2 檢查井砌筑質(zhì)量應控制好井室和井口中心位置及其高度,防止井體變形。
3.3.3 檢查井井蓋與座要配套;安裝時座漿要飽滿;輕重型號和面底不錯用,鐵爬安裝要控制好上、下第一步的位置,偏差不要太大,平面位置準確。
3.4 回填土沉陷預防與處治。
3.4.1 預防措施:①管槽回填時必須根據(jù)回填的部位和施工條件選擇合適的填料和壓(夯)實機具。②管槽較窄時可采用微型壓路填壓或人工和蛙式打夯機夯填。③填料中的淤泥、樹根、草皮及其腐植物既影響壓實效果,又會在土中干縮、腐爛形成孔洞,這些材料均不可做為填料,以免引起沉陷。④控制填料含水量大于最佳含水量2%左右;遇地下水或雨后施工必須先排干水再分層隨填隨壓密實;杜絕帶水回填或水夯法施工。
3.4.2 處治方法:根據(jù)沉降破壞程度采取相應的措施:①不影響其它構(gòu)筑物的少量沉降可不做處理或只做表面處理,如瀝青路面上可采取局部填補以免積水。②如造成其它構(gòu)筑物基礎(chǔ)脫空破壞的,可采用泵壓水泥漿填充。③如造成結(jié)構(gòu)破壞的應挖除不良填料,換填穩(wěn)定性能好的材料,經(jīng)壓實后再恢復損壞的構(gòu)筑物。管道工程屬隱蔽工程,其在竣工時只有檢查井可供人們檢驗。因此,檢查井的施工質(zhì)量常常左右著整體工程質(zhì)量的評定。因此,在施工過程中要努力克服各種問題,確保整體工程施工質(zhì)量達到優(yōu)良,再把檢查井施工質(zhì)量做得更好,從而實現(xiàn)創(chuàng)優(yōu)目標。
參考文獻:
[1]DBJ13-208-90福建省建筑安裝工程施工技術(shù)規(guī)程.地下防水工程[S].