黑河金盆水庫揚水曝氣系統施工技術

朱瑞榮

（西安水務（集團）有限責任公司 陜西 西安 710061）

1 系統簡介

黑河金盆水庫是西安市城市供水主水源，近年來水庫水質呈逐年下降趨勢，藻類（主要是藍藻）繁殖加劇，總氮等水質指標超標，水庫富營養化程度加重。為解決水庫水質持續惡化的問題，把矛盾消滅在萌芽狀態，水庫管理單位經多方考察，決定在水庫主庫區實施揚水曝氣水質改善工程。

系統位于水庫大壩上游右岸主庫區（參考圖1），由 8臺揚水曝氣器（型號HC-YSQ-800）、4臺空壓機（型號ESCW175-12螺桿空壓機）、空氣凈化器、8臺空氣計量儀表、8根輸氣管道（總長6300m）、供電系統及一座194m2框架結構空壓機房組成。每臺揚水曝氣器間距約300m，呈梅花型布置，安裝于水庫中。系統通過把高壓空氣輸入揚水曝氣器，使得水庫水體上下層攪動，以達到改善水質的目的。

2 土建施工

施工場地布置為水上和水下兩部分。水下部分的施工場地位于水庫大壩上游1.4km的水面，施工準備場地位于大壩右岸鄰水的河灘上，此處地形開闊平坦，北側設坡道與壩上施工便道相通。施工準備場地上布置有輸氣管堆場、混凝土墜塊堆場和揚水曝氣器堆場，并設有一個簡易碼頭，用于將揚水曝氣器裝運到水上安裝平臺上。水上部分的施工場地位于水庫大壩右岸，引黃管理站的西側。場地內布置有砂石、磚、水泥堆場，混凝土拌和場。鋼材、管材堆場，鋼筋制作場地設于壩上。

土方開挖采用人工的方式。場地平整采用挖掘機挖土，輔以裝載機裝土，自卸汽車運土。管溝及廠房基礎先采用挖掘機挖土，就近堆放。當挖到設計高程以上20cm時改用人工挖土。土方回填采用人工回填方式，底層墊沙土10cm，每層厚度控制在30cm，回填土主要采用原狀土。當原狀土為砂礫時，回填管溝的土先用30cm的沙土，夯實后再用原狀土回填。土夾石基坑機械開挖，人工3∶7灰土分層回填、夯實。鋼筋除銹后，現場人工綁扎。模板采用組合鋼模、木模拼裝。砼澆筑主要采取現場集中攪拌，機械入倉，人工振搗。預留螺栓的螺紋部位應涂刷黃油保護。砌磚采用“三一”砌法，灰縫平直、飽滿，墻體配置抗震拉筋。

3 設備安裝、試驗

3.1 揚水曝氣器安裝

揚水曝氣器主體為圓柱形浮筒型鋼結構（參考圖2），直徑800mm～2400mm，垂直方向可隨水位變化自由伸縮30m左右，直立懸浮安裝于水中，底部由混凝土錨固墩固定于水庫底部。每臺揚水曝氣器由13種組件組成，組件13為混凝土錨固墩，其余為浮筒式鋼結構構件。組件1、2焊接連接；組件5～10套接，在加工廠完成；組件2與組件5、組件10，再與組件11法蘭連接；錨固墩與組件1連接，水上安裝平臺現場完成。組件在加工廠制作，并試組裝無誤后，再拆卸運輸至水庫。設備在吊裝運輸過程中應輕吊輕放，防止碰撞。組件運輸到現場后用吊車卸在水庫東岸溢洪洞進口。現場堆放時不得疊加，防止相互碰撞擦碰表面防腐層。安裝時，用20t汽車吊將組件逐件吊裝到水面或安裝平臺。組件1、2、3、4、11 內有水密倉，能懸浮于水中，可吊放于水中，組件5～10、組件13應吊放于安裝平臺。安裝平臺是事先制作的船體鋼結構，可在水上行走，并配必要的電葫蘆等吊裝設施。

3.1.1 揚水曝氣器水上運輸與定位

組件 1、2、3、4、11 用 20t吊車從岸上吊放到水中，并綁縛于安裝平臺側面。組件5～11吊放于安裝平臺上，揭開安裝平臺活動板，將組件13吊放到安裝平臺開口處水下，并轉移給電動葫蘆。

根據圖紙坐標數據，用RTK衛星導航定位儀引導船舶尋找曝氣器安裝坐標點，找到后向水中拋放浮標，作為設備安裝定位標記。安裝時先要固定安裝平臺，由于水庫水太深，水下地形復雜，無法拋錨。在水庫周邊巖石上打入膨脹螺栓，每次安裝前，先將3根繩索固定于膨脹螺栓上，再將安裝平臺固定于指定坐標處，測量核定庫底標高，預備安裝。

3.1.2 揚水曝氣器安裝

揚水曝氣器從安裝平臺的安裝孔向水下逐節安裝（參考圖3）。將組件13從水下平移到安裝平臺中間，將錨固揚水曝氣器的3根鋼絲繩固定在組件13吊環上。將組件13下放約5m，將重力轉移給安裝平臺橫梁，撤出電動葫蘆。將電動葫蘆平移至安裝平臺開口一端，將漂浮在水中的組件1、2拖放到安裝平臺開口處，將電動葫蘆吊鉤連接到組件2的吊耳上。將組件1、2調離水面，并平移到安裝平臺的中間，將組件13的3根連接鋼絲繩連接固定到組件1下端的3個錨固耳上。將組件1、2下放，當組件1上的進氣管口接近水面時，在進氣口法蘭上連接上4m長的金屬波紋管。將聚乙烯輸氣盤管固定于卷盤上，將聚乙烯管末端焊接上塑料法蘭，并將塑料管與金屬波紋管的另一端連接在一起，并在聚乙烯管上固定氣管墜塊。繼續下放組件1、2，直到組件2頂距水面3.8m；將組件1、2重力轉移給兩個5t手動葫蘆，撤出電動葫蘆，用電動葫蘆起吊懸掛在橫梁上的組件13。將電動葫蘆和手動葫蘆同步下放，下放時注意不要使組件13、組件1的鋼絲繩拉緊，同時轉動輸氣管卷盤，保證管道下放的長度與組件1、2下放的高度相等。組件1、2到達水面時，將其重力轉移給橫梁，撤出手動葫蘆。繼續下放電動葫蘆，直至組件13完全懸掛于組件1的下方，撤出電動葫蘆。將組件3從水中拖移到安裝平臺開口處，用電動葫蘆將其吊離水面。將組件3平移到平臺安裝口上方，并下放到水面，將組件3下端法蘭與組件2上端法蘭連接。將組件3向上起吊少許，將組件2撤離橫梁，下放組件3。重復以上步驟，完成部分吊裝。

將組件5～10起吊平移到平臺安裝口上方，并下放到水面，將組件5下端法蘭與組件4上端法蘭連接，組件4、5間墊法蘭墊片。將組件5～10下放到水面，將組件10的頂端法蘭邊沿懸掛在橫梁上。繼續下放組件5～10，直至組件13接觸到水庫底部，撤出電動葫蘆。將組件11從水中拖移到平臺開口處，并將其吊離水面，安裝到組件10上方。將組件11下放到水面，組件11將漂浮在水面。設備經最終找正后，按圖紙或說明書中要求將其余設備附件正確地安裝到曝氣器上。至此，一臺揚水曝氣器安裝完畢。

圖1 黑河金盆水庫揚水曝氣系統平面圖

圖2 鋼筒式揚水曝氣器結構圖

圖3 揚水曝氣器安裝圖

3.2 管道安裝

管道安裝分為陸地管道和水下管道安裝。

3.2.1 陸上管道安裝

分以下幾步：①溝槽開挖。按設計和規范要求，采用機械和人工相結合的方法開挖，最后20cm厚土層人工開挖；②鋪管接管。鋪管前溝底敷設30cm厚砂墊層，人工下管，在溝槽內接管，接管后進行局部回填，對供水供氣管進行壓力實驗，合格后方進行回填；③回填。先在管頂敷設20cm厚砂墊層，再用原狀土回填，分層夯實，每層填筑厚度20cm。

3.2.2 水下管道安裝

水下管道為輸氣聚乙烯塑料管道，直徑75mm，單根長度120m左右。按設計要求，采用加裝沉塊的方法安裝于庫底，其施工存在一定難度。分以下幾步：①調管。聚乙烯塑料管單根長度120m，盤式包裝，運到現場后應將盤式包裝的塑料管展開拉直，采用人工調管。②接管。采用對焊的方式進行管道接口，在陸地將管道接口打成45°的坡口，用塑料焊條和塑料焊槍焊接接口。接口焊接完成后，至少保持20min時間不擾動接口，使接口凝固并到達一定強度，按照每臺揚水曝氣器輸氣管的長度，在陸地上焊接足夠長的管道。為了固定安裝沉塊，在管道上每格4m安裝一個管卡。③管道試壓。采用壓縮空氣試壓，實驗壓力為設計工作壓力的1.15倍。接好管道后，將兩端用盲板封堵，并在一端盲板上開孔安裝進氣管，用空壓機向管道供氣，供氣方式按規范要求進行。④敷管。用柴油動力船牽引管道，向揚水曝氣器安裝點開進，開進方向根據揚水曝氣器坐標點，用GPS定位儀導航。到位后將管道的一端固定在事先設置的浮標上，另一端固定在岸邊。初步敷設的管道漂浮于水面，兩段用盲板封堵，使整條管道浮于水面。⑤沉管。在初步敷設的浮于水面的管道上懸掛重錘，使管道沉于庫底。先在混凝土預制廠預制沉塊，單塊重28kg，共3000塊，沉塊上設掛鉤。將沉塊裝運到柴油運輸船上。將沉塊的掛鉤掛到輸氣管的管卡上，最終使整條管道全部沉到庫底。

3.3 空壓機組安裝

分以下幾步：①澆注基礎。按設計澆注混凝土基礎；②設備吊裝。用廠房內橋式吊車將2臺空壓機和儲氣罐吊裝到安裝位置，再輔以手拉葫蘆，將空壓機、電動機等部件就位；③找平。用水準儀和水準尺找平空壓機和電動機，機身下墊50mm鐵件；④固定。設備就位并找平后，固定地腳螺栓，用細石混凝土填實螺栓孔。用水泥砂漿灌平機身下50mm間隙；⑤外部管道連接。空壓機與外部連接的管道有冷卻水進水管、冷卻水排水管、出氣管。

3.4 其他安裝、試驗

按圖紙和規范要求，進行工藝管道安裝、電氣設備安裝及設備壓力試驗。設備的單體試運，單機試車，最終經監理驗收質量合格后，安裝完成。

4 結語

黑河金盆水庫揚水曝氣系統運行一年多來，水庫原水水質得到了明顯改善：首先是水庫季節性缺氧/厭氧狀況得到有效遏制，水庫底部溶解氧含量提升至2mg/L以上；原水總磷濃度較往年同比削減46.7%，降低至0.03mg/L以下；氨氮消減70%，達到一類水水質標準；藻類數量消減86%以上；揮發性二氯甲烷未再檢測出。極大地降低了水廠原水凈化成本，提高了西安市民飲用水質量，達到了城市引水水源地水質優良的目的。