一体式钢结构水下围堰及作业方法

技术领域

本发明涉及围堰设计建造技术领域，具体涉及一种一体式钢结构水下围堰，及使用该围堰在池体结构运行状态下的作业方法。

背景技术

围堰是指在水利工程建设中，为建造永久性水利设施，修建的临时性围护结构。其作用是防止水和土进入建筑物的修建位置，以便在围堰内排水，开挖基坑，修筑建筑物。

氧化沟是一种活性污泥处理系统的池体结构，其曝气池呈封闭的沟渠型，所以它在水力流态上不同于传统的活性污泥池，是一种首尾相连的循环流曝气沟渠，又称循环曝气池。传统的围堰主要包括土石围堰、麻袋围堰、木板桩围堰、双臂钢围堰、锁口钢围堰。在这几种已经成熟的围堰方式中，土方围堰适用于水深2米以内、流速0.5m/s、河床土质渗水较小的情况；木板桩围堰适用于埋置不深的水中基础。土方围堰、麻袋围堰如果用在运行状态下的氧化沟中，不仅会耗费大量的人力物力财力，还会影响氧化沟的水质，进而导致处理污水的成本增加。木板桩围堰的立柱无法打入钢筋混凝土结构的池体中，且氧化沟内水质对木板桩有腐蚀性，存在较大安全隐患。双臂钢围堰、锁口钢管围堰投资较大且不适用于氧化沟弧形段池壁上的开孔及封堵作业。

近年来由于国家对环境指标的不断重视，污水厂为了提标改造，在原有基础上进行改动不可避免，污水厂中构筑物改造不似其他建筑物，具有比较恶劣的环境，因此，传统围堰都不适用于污水厂运行状态下的池体结构，特别是池体结构弧形段池壁上的开孔及封堵作业。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于水池运行状态下的一体式钢结构水下围堰。还提供了一种池体结构运行状态下的池壁开孔和/或堵漏作业方法。

本发明通过以下技术方案实现上述目的：

一体式钢结构水下围堰，包括壳体、支撑架和加固挂钩，其中，壳体为六面体结构，包括依次连接的作业面、顶面、前挡板和底板，侧面连接两块侧挡板，其中作业面和顶面无遮挡；支撑架安装在壳体底部远离作业面的一侧；加固挂钩与壳体固定连接用于将壳体挂在施工目标的池壁上。

壳体不伸入氧化池底、而采用支撑架支撑，且支撑架远离作业面，可以使整个围堰放置后整体更加稳固，不受池体结构池壁和底面之间倒角的影响。加固挂钩将整个壳体挂在氧化池池壁上，配合支撑架一起稳固住围堰。

优选的，上述一体式钢结构水下围堰中，所述加固挂钩与壳体固定连接并伸出壳体后沿与作业面平行方向向下延伸，由长臂、连接臂和短臂依次连接呈U形结构，短臂通过固定杆与壳体的前挡板连接固定。连接臂的长度优选与池体结构的池壁厚度相一致，使壳体挂在池壁上更加稳固。

优选的，上述一体式钢结构水下围堰中，所述加固挂钩为间隔均匀排列的四个。

优选的，上述一体式钢结构水下围堰中，两块侧挡板和底板在靠近作业面的一端内侧均设置有橡胶垫。由于池体结构需开孔段的池壁基本上都为弧形，设置橡胶垫可以避免围堰的作业面无法严丝合缝贴紧池壁而导致渗入水量大的问题。

优选的，上述一体式钢结构水下围堰中，所述侧挡板在靠近作业面的一端外侧固定有耳板。耳板可用于放置沙袋，避免围堰外的污水大量渗入进入壳体中影响作业人员作业，另外也可以增加围堰壳体自重，提高围堰的稳固性。

优选的，上述一体式钢结构水下围堰中，所述支撑架的材质为槽钢，相较于木质更耐腐蚀。

一种池体结构运行状态下的池壁开孔和/或堵漏作业方法，使用以上任一所述的一体式钢结构水下围堰，将作业面面对池体结构的池壁，支撑架支撑在池体结构底部，加固挂钩挂在池壁上进行固定；壳体内放置抽水泵抽取周围渗入壳体内的水，期间对池体结构的池壁进行开孔和/或堵漏作业。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明的一体式钢结构水下围堰总体上克服了工程中对于可视度较低的水下开孔及堵漏作业的困难，不仅克服了传统围堰方式中土方围堰、麻袋围堰、木板桩围堰等仅适用于水深较浅、流速缓慢的缺点，还克服了双臂钢围堰、锁口钢管围堰等投资较大且不适用于异型构筑物的缺点。

1、本发明围堰适用于水池运行状态下的止水，对于池体结构含泥量大、水质浑浊、可视度低，污泥沉底较多的类似工况下的围堰施工提供可借鉴方法。

2、实现了材料性能最大化，本技术通过对各种材料的计算，在满足止水及人员作业的情况下，相比于其他围堰方式实现了材料性能最大化，响应了国家节能减排的政策。围堰完成后能有效止水，平衡排污泵排水量与渗水量基本相互平衡。水位高度控制在作业面以下，满足施工所需要的工况条件。

3、减少了大型装载设备的使用，实现经济效益最大化。本技术通过对池体结构内水质的分析以及池内压力的计算实现了仅用少量人力物力即可在此恶劣的环境中进行围堰，替换了大型装载设备的使用，减少了大型装载设备的租赁费用。

附图说明

图1为一体式钢结构水下围堰整体结构示意图；

图2为橡胶垫加装部位结构示意图；

图3为图1的前视图；

图4为图1的侧视图；

图5为图1的俯视图；

图6为一体式结构水下围堰应用在池体结构时示意图。

图中：

1-壳体，11-底板，12-侧挡板，13-前挡板，2-支撑架，3-加固挂钩，31-长臂，32-连接臂，33-短臂，34-固定杆，4-橡胶垫，5-耳板，6-池体结构。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细解释和说明，以使本领域技术人员能够更好地理解本发明并予以实施。

请参考图1，为一种一体式钢结构水下围堰，包括壳体1、支撑架2和加固挂钩3，其中，壳体1为六面体结构，包括依次连接的作业面、顶面、前挡板13和底板11，侧面连接两块侧挡板12，其中作业面和顶面无遮挡。请参考图2结合图6，由于池体结构需开孔段为弧形，为避免围堰无法严丝合缝贴紧池壁，在壳体两块侧挡板13和底板11在靠近作业面的一端内侧设置橡胶垫4，作业时橡胶垫4与池壁紧贴，可降低使用过程中壳体外面的水大量渗入壳体内。

另外，侧挡板12在靠近作业面的一端外侧固定有耳板5。耳板5内可以放置沙袋等给壳体1增重，提高作业时的稳定性，避免污水进入围堰中影响作业人员作业。

所述加固挂钩3优选使用四个，与壳体1固定连接并伸出壳体后沿与作业面平行方向向下延伸，加固挂钩3由长臂31、连接臂32和短臂33依次连接呈U形结构，短臂33通过固定杆34与壳体1的前挡板12连接固定。将加固挂钩3固定在前挡板12上，更有利于将整个壳体1挂靠在池体结构内壁上，相较于加固挂钩3固定在壳体的其他位置，牢固性更强。

支撑架2安装在壳体1底部远离作业面的一侧，材质为槽钢。请参考图6，由于池体结构池壁与池底形成直角倒角，为使围堰放入其中更加稳固，本发明并未使用一整块钢板作为挡水板插入水底，而是将围堰下部换为槽钢材质的支撑架2，从而使围堰放置不受池体倒角影响。

该一体式钢结构水下围堰，不仅克服了传统围堰方式中土方围堰、麻袋围堰、木板桩围堰等仅适用于水深较浅、流速缓慢的缺点，还克服了双臂钢围堰、锁口钢管围堰等投资较大且不适用于异型构筑物的缺点。一体式钢结构水下围堰使用较少的人力物力，在保证池体结构正常运行的情况下进行围堰，减少了施工用地，解决了操作人员施工占地广的难点；减少大型装载设备的租赁，实现经济效益最大化；实现了材料性能最大化，本技术通过对各种材料的计算，在满足开孔、堵漏作业的情况下，相比于以往实现了材料性能最大化，响应了国家节能减排的政策。围堰完成后能有效止水，平衡排污泵排水量与渗水量基本相互平衡。水位高度控制在作业面以下，满足施工所需要的工况条件。

一、工程概况：

某污水处理厂位于某市工业集聚区，占地54.68亩。一期规模3.0万m

扩建工程须调整池体结构工艺进水线路，于此构筑物池壁外侧进行开孔，开孔直径为Ф1000，后进行进一步对接施工。但池体结构处于满负荷运营状态，且无法停产。经实测得知水深5.3m，池底污泥深度约为1m且均为活性淤泥，池底板与池壁有500mm×500mm直角倒角，回流污泥率50～100％，水流速度为0.4m/s，污水密度1030kg/m

工程特点：

(1)池体结构处于满负荷运行状态；

(2)污水可见度极低；

(3)池底有活性污泥淤积；

(4)池底板与池壁有直角倒角。

二、工艺原理

2.1由于池体结构池底板与池壁直角倒角的存在，且活性污泥在池底淤积，围堰下端焊接数根槽钢作为支撑。

2.2池体结构处于满负荷运行状态，水流速度为0.4m/s，为保证围堰在池中的稳定性，于围堰外侧焊接四根挂钩作为围堰稳定的辅助，挂钩与围堰距离恰好为池体结构池壁宽度。根据受力分析及计算得围堰整体重力大于在水中所受浮力，水侧压强小于围堰屈服强度。

2.3由于围堰放置入池中无法与池壁严丝合缝，在围堰壳体周边与池壁紧贴处附上橡胶垫，并在围堰两侧焊接两块耳板，在耳板与池壁空隙处填入沙袋进行封堵，使漏水量降到最低，保证开孔、堵漏作业人员正常作业不受影响。

三、施工总体安排

1.开工前与业主和监理一同对池体结构周边地形及其水质、水深进行复测；

2.提前准备好围堰所需材料，施工材料堆放及机械设备的停放一律在施工范围内，保证不影响周边道路交通。

3.做好施工人员的安全教育。在工程开工前，要对全体施工人员进行安全教育。提高施工人员的安全意识，杜绝野蛮施工，切实落实施工方案。

4.围堰迎水面及耳板处钢板选用16mm Q235B碳钢板，挂钩及连接处槽钢选用10#槽钢，将钢板及槽钢进行焊接操作，保证施工质量。

5.根据前期上报并审批的施工平面布置图，对临时围挡进行测量定位，并再次请监理与业主予以确认，与施工图纸不符部位及时进行调整。

6.使用起重机将围堰吊入池体结构中，确认稳定之后取下挂钩。

7.在围堰两侧耳板5与池壁围成的空隙中放入沙袋，进行进一步堵漏止水。

8.作业人员进入围堰中进行开孔及封堵作业。

9.工程完毕后施工现场人员组织人工清理现场，拆除围堰。

四、制定对策及对策实施

4.1对池体结构现状进行调查分析，为全面掌握水池整体运行情况：

(1)收集池体结构竣工图，与建设单位、原施工单位及设计院多方沟通；

(2)与运营人员交流掌握现有池体运营数据，提取有价值的信息；

(3)充分利用水厂自备实验室，掌握水质分析数据。

4.2围堰对现有运行状态的冲击，为全力保证围堰实施完成后对现有运行状态的冲击量最小：

(1)进一步于业主单位运营部深度沟通，掌握运行偏差安全允许值；

(2)分析围堰实施后对池体水流流速、水质数据的冲击力。

4.3制作材料选取，选用适合于钢结构止水围堰所需的各类材料：

建材市场调研，根据本地材料供应能力及钢结构止水围堰强度需求选取经济合理的材料及机械。

4.4分析池底回流污泥对围堰放置的偏差影响，缩减围堰迎水面积，保证水流冲击力最小化：

(1)计算单位面积水流冲击力；

(2)调整耳板角度减小单位面积冲击力；

(3)进一步进行数据推算分析、优化计算精度。

五、计算说明书

经实际测量得知，池体结构中水体密度为1.03g/cm

G

G

G

钢结构围堰总重力：

G

池壁与止水壳摩擦力F

壳体浮力F

G

得知壳体重量大于浮力，满足条件。该围堰总体上克服了工程中对于可视度较低的水下开孔及堵漏作业的困难。

1.本发明利用少量施工现场常见物料进行简单加工即可保证所需作业环境；

2.水质环境恶劣、可见度低依旧适用；

3.异型构筑物开孔堵漏依旧适用；

4.本发明与以往围堰相比施工更为简单，使用更加方便，适用面更广，可大力推广应用于水厂等有围堰作业需求的现场，有较高的经济效益和社会效益。

本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。