天然水体生态喷泉建设浅谈.doc

天然水体生态喷泉建设浅谈JINA津澳管紫天津市津澳不锈钢管业有限公司电话:1382128955502228555055网址,WWW.邮箱:天然水体态嚼象建设浅议口北京东方光大安装工程集团有限公司贾志乐贾志慧水景经历了2000多年的发展历程,借助现代高科技,伴随城市形象和精神文明建设,人民欣赏水平的提高,人造水景大批涌现,日益成为城市的品牌和地标.迈人2l世纪,可持续发展越来越成为各国乃至全球的共识,如何摘掉高能耗帽子,在节能节地的绿色环保大前提下,结合城市水系治理改造,以天然或人工整治类天然水体为容体,低成本建设与天然水体和城市规划定位协调一致的高效喷泉成为喷泉发展的方向,业界关注和探索的重点.一,天然或人工整治类天然水体特征天然或人工整治类天然水体相对于人工制造水体具有其独有的特征:1.水体驳岸和底床自然天成,不规则,高差大;底床多有淤泥等沉积物.2.水体同时担当多项功能,尤其行洪对置于其中的任何物体造成安全影响.3.季节性强,水位水文变化大;受所在水系影响多.4.底床以下地质结构复杂,需勘测附加祥勘才能确定.5.水流与底床之间以泥沙为媒介的相互作用,使得底床形态在自然状态或人工干扰状态下始终处于不断演变过程中.二,天然水体建设喷泉的制约因素和优越性1.天然水体建设喷泉的制约因素(1)天然水体管理部门多,涉及利益体多.(2)不可见因素多,风险大.(3).技术难度大,设计复杂;施工难度大.f4)天然水体大多不能放空,洪涝,枯水期,降水量,通航,冰冻同时存在.(51后期运行管理要求高.17拳,2.天然水体建设喷泉的优越性选择天然水体内建设水景喷泉,具有人工水体内建设喷泉所不具有的优越性:(1)不占用城市土地,不存在与城市发展争地问题.(2)不用投巨资建设水池,配套设施,可以将有限资金投入到建设的终极目标一喷泉建设上.(3)对喷泉建设规模限制小,打破了人工水体不宜建设城市地标式喷泉的限制.(4)可以与城市建设,远期规划,新城开发,旧城改造,水系整治,城乡一体发展统筹考虑,成为城市整体或局部的地标景观,本地人常去,外地人必到的明珠景点,与城市会客厅融为一体,以城市名片的形式呈现在世人面前.(5)由于工业经济发展,人类活动,城市水系不同程度遭到破坏.天然水体内建设喷泉可以最大程度地成为水系整治的重头戏,自然景观互补的首选.其显着的景观,美学,艺术,环保,生态,社会价值巨大.(6)易于管理,设备运行状态直观;无论喷泉水型的变化形态,还是喷泉气势,加上音响灯光对环境影响都没有人工水体内建设喷泉的限制束缚多,更利于喷泉设计师的创意发挥,更广泛地应用变化丰富的单体水型,降低造价.三,天然水体建设喷泉的技术和设计1.天然水体建设喷泉的技术天然水体建设喷泉要仔细调研天然水体的功用,水文地质情况,综合考虑防洪,通航,设备安全与运行,冰冻,景观协调,驳岸和底床演变,日常管养,生态和环保影响,认真选址,科学分析,专家论证,权威决策,强势部门批复,方可定案.首先,选择流速缓,水位浅的淤积段,两岸人流多人气旺地段.第二,为了抵御洪水和凌汛,不影响通航,与景观融合协调,采用强力升降平台;传统的卷扬升降,液压升降,丝杆升降以及锚链或钢丝绳系泊根本不能满足要求.第三,水型设计力求花样多,设备少,布局艺术化,达到表演是艺术,休喷是景观,整体是演出的目的.第四,配套控制等18设施尽量位于堤岸设防洪水线以上,至少进口在以上.第五,喷泉设备要采取顺流布置,组团式保护框(架)安装,尽量减少迎水面;岸边设备考虑易移动.第六,专家综合论证,将各种影响因素和喷泉影响等交互影响,甚至第三方影响统一考虑和分析,形成组合系统解决方案.2.天然水体建设喷泉的设计天然水体建设喷泉的设计是个系统工程.柳江上建造喷泉是有力的范例.2.1柳江及柳州段特征柳江是珠江流域西江水系第二大支流,发源于贵州更顶山,最后与红水河交汇.在柳州市区内,蜿蜒曲折,呈反S形.柳江夏雨冬干,夏长冬短,夏涨冬枯,每年49月为丰水期,汛期较长;上游沿岸山岭耸立,滩多水急,暴涨暴落现象十分显着.柳州全年主导风向为北西风,年平均风速1.6m/s,静风率达37%,最大风速17.0m/s,极大风速24.3m/s.柳江中上游为广西暴雨中心之一.流域呈扇形展布,山高坡陡,河道坡降大,有利于地面径流的汇集,洪水汇流时间较短;干流融江和支流融江同时发生洪水概率85%,极易造成柳州市的洪水灾害;并且暴雨洪水峰高量大,汇流历时短,来势凶猛,极易成灾,历史最大洪水位与常水位落差15m以上,流速3.6m/s以上.柳江属柳北岩溶平原,原始地形起伏较大.河宽200600m,横穿岩层,以宽谷为主的箱状谷.场区内地基土主要为下伏位中石炭统大埔组白云岩组成,并自上而下共分3层.(1)层稍密状卵石;(2)层中密状卵石(3)微风化白云岩.抗震设防烈度为6度,设计基本地震加速度值为0.05g.堤坝按100年一遇以上的标准设防.2.2选址项目选定在柳江大桥和文惠大桥中间的柳江北岸风情港露天剧场东侧,上下游江槽呈u字型的圆弧段壶底上;位于柳江江道的左岸北侧,风情港首层广场的露天剧场外侧距离26.8m的江道内顺流布置,长向与1%(100年一遇)洪水流向基本平行.江底标高为62.7566.15m之间,枯水期平均水NA0津澳管紫天津市津澳不锈钢管业有限公司电话:1382128955502228555055网址:.on邮箱:深约为11.85m-15.25m之间.其有利条件如下:(1)江底为凸岸边滩,江底标高为62.75m66.15m之间,枯水期平均水深约为11.85m15.25m之问.江槽断面呈北浅南深.(2)江底演变趋势:凸岸水流平稳挟沙能力降低,泥沙沉淀,江床淤积,形成浅滩.即为淤积段.(3)江水流速:流速较平缓.边滩流速0.5m/s1.0m/s左右.有涡流的趋势,流速应减缓很多,行洪对喷泉设备的冲击力相比之下减弱,对喷泉长期运行的安全性起决定性的保障.(4)喷泉牵拉桩突出江底4.5m8m之间.(5)全年主导风向为北风,喷泉喷发水飘落江中,不影响观赏.(6)区域功能定位:风景酒吧街,毗邻风情港,与喷泉相得益彰.(7)堤岸:坡降小,从江面到80.86m高程达0.03m/m;80.86m高程有江滨路,运输方便,施工场地宽阔.(8)施工难度和周期:施工容易,周期短,配套工程投资少.(9)考虑到北岸露天剧场的功能和流动表演的停放,以及人们的视角等最佳观赏位置和距离.2.3安装平台设计采用我公司发明的螺旋钢管双层桁架焊接骨架浮力升降平台,刚性牵拉杆多点系泊在喷泉牵拉桩上,两端铰接连接,形成喷泉景观平台,承担起机电设备.大概做法如下:大口径厚壁螺旋管以桁架结构形式焊接成一个双层网格结构漂浮于水面,此结构纵横向刚性很大,坚固耐用.采用潜水艇浮力仓,压力仓交变产生升降的原理,在双层平台上以钢板做出内嵌式的浮(压)力舱,即浮箱和泵阀构成升降充排水系统用于升降.在江中打抗压抗拉桩若干根,用刚性牵拉杆铰接连接桩和平台.利用摇杆原理,使拉杆能做摇19摆运动,让平台在浮(压)力舱的作用下,完成定点定向升降动作.在水下牵拉桩顶之上预置倒八字型元宝板装置,克服行洪中的侧向推力.上述三方面联合作用形成了表演和检修时升起,不演和行洪落下的实用工况,在水下既能躲避行洪的水位高差,又能躲避各种漂浮物的撞击和流挂.行洪时平台落下3m,位于江高度方向中层,相对受洪水的冲击推力减弱;加上多点刚性系泊,进一步提高安全系数.同时,平台降下后,不误江面水域其他用途.2.4升降平台受力计算根据当地水文,气象等相关资料,对在100年一遇洪水及最大风速17.Om/s,北西风恶劣气候及洪水条件下,流速最大3.8rrds进行综合考虑分析,按3.8m/s流速计算平台受力.2.4.1平台受力横向管路加上头部挡板构成迎水阻力,根据流体力学公式,F=Cd?A?p?u2/2(kN)计算.平台管迎水面积665.3ITI,阻力3362.4kN;头部护板迎水阻力397.1kN;牵拉杆,电缆槽和水型设备,管道的迎水阻力取总顺洪水水流方向冲击阻力的1.1,安全系数取1.5,得出平台迎水极限受力621吨.2.4.2牵引桩设计以45.牵引角得桩基总承受拉力621x1.41=875.6t,按总桩基受力900t牵拉力设计.结果采用牵拉桩29根,防撞桩9根,直径均为1.8m,桩基类型为嵌岩桩,嵌岩深度不小于3m,桩的自由计算长度为桩露出江底高度减去lm.水下电缆槽固定桩3排33根,直径0.5m.全部机械冲孔.2.5刚性牵拉浮力升降平台系统结构系统包括桩基,牵拉杆,浮体,调节滑块,配置水泵的浮箱,抽气泵及通气管道.浮箱与浮体固定为一体,牵拉杆与调节滑块连接;桩基,牵拉杆,以及浮体构成平行四杆机构;浮箱,抽气泵及通气管道构成抽排空气的管路系统;通过向浮箱中充排水使剩余浮力变化,进而通过平行四杆机构控木.制浮体的升降,在向浮箱中充排水的过程中通过抽排空气的管路系统使浮箱充排水顺畅.2.6防洪,通航,设备安全与运行,景观协调设计2.6.1防洪(1)阻水面积.平台管,喷泉牵拉桩,牵拉杆,电缆和动力管,喷泉管道和设备外露双层平台部分构成总阻水面积64.06ITI,对应于频率为20%,10%,5%,2%,1%的洪水,分别为20m,24m,27m,31m,35m2,阻水比分别是0.75%,0.65%,0.6%,0.54%,0.5%.洪水来临时平台下潜后,总阻水面积减少4.136m.(2)工程对江道泄洪影响.工程占用江道行洪面积仅0.75%,在5100年一遇频率洪水条件下,水位雍高值在0.002m0.01m之间,与防洪标准基本相适应,对江道泄洪影响不大.f3)江势影响.流速,流态变化:对应于频率1%,2%,5%,10%和20%的洪水,流速增大的最大值分别为0062m/s0054m/s0.0445m/s0048m/s0.033m/s流速影响范大致在自工程下游1.5kin至上游0.1km的范围.工程后,风情港上下游流速减小,江道主槽流速增大.洪水漫滩时,喷泉平台和设备都处在水流中.工程前,江道水流比较平顺;工程建成后,江道主流整体上仍基本平顺.滩槽和江岸线变化:工程的建设改变了江岸局部区域的地形环境,使附近水流流态,流速产生相应的变化,但影响范围有限,对附近江道的整体流速,流态影响不大,对江道的整体冲淤变化也不会产生大的影响,影响仅局限于工程附近江段.工程对边坡,护岸的稳定性影响及安全性分析.工程没有堤岸边坡进行开挖,也没有建设高程建筑,不会对堤岸边坡,护岸的稳定性产生大的影响.在江中打桩,对江底的稳定性可能有一定程度的影响,但只要采取适当的防护措施,不会影响江床的稳定性.工程所在位置没有水闸,泵站等水利设施,且距离附近的水利设施较远.工程后,工程上,下游边滩的流速有所减小,可能发生淤积.主槽及工程对岸的边滩流速略有增大,因而可能产生冲刷,由于工程江段的对岸已经护岸,因而工程建设对堤防,护岸及其它水利工程设施影响不大.(41工程对防汛抢险的影响.工程没有改变现有的交通系统,对洪水期间人员撤离,物资转移,车辆通行不会产生影响.(51对第三人合法水事权益的影响分析.采取围栏和船只污水处理,垃圾分类压缩袋装等必要措施,避免工程建设期的施工机械和施工垃圾对江道的水质可能产生一定的影响和污染.工程的建成使得工程段及工程上游洪水水位抬高非常微小,不会对附近的航运,取水,港口,排NA0津澳管紫天津市津澳不锈钢管业有限公司电话:1382128955502228555055网址:.On邮箱:涝工程运行等产生大的影响.(6)建设施工影响.涉江工程主要是地基开挖,打桩,混凝土浇筑等施工程序.工程位置地势低平,控制室和电缆隧道开挖量较小.地基开挖和打桩尽量安排在枯水期施工.汛期来临前,撤除可能影响行洪的支架等临时设施;同时做好防汛的各项措施,施工期工程对江道行洪的影响也很小.综上所述,项目建设不会加重水流对江床及左,右岸坡产生大范围的冲刷和淤积,不会引起附近江道产生大的变化.对江床及两岸不会造成大的威胁.2.6.2通航江南水比较深,为主航道,喷泉选址江北对船舶航行影响很小,甚至没有.但为了确保通航,首先在喷泉平台四周悬挂航标灯和警戒标志,避免船只误行闯入;同时,喷泉在不表演时,潜入水下3m以下,而电缆更在水下5.9m以下,远深于船只吃水深度,影响不到船只通航;在喷泉区域举办的世界F1摩托艇等水上极速大赛,吃水更浅,只需管理人员适当提醒,根本无影响.2.6.3设备安全(1)工程所在江段为淤积岸.水流平稳挟沙能力低,泥沙沉淀,江床淤积形成浅滩,流速只是江道主流速的1/3,对喷泉牵拉桩,牵拉杆,喷泉平台和设备管道的冲击力小;并且随着喷泉牵拉桩周围的淤积,增加了桩的强度和稳定;对电缆和动力管的保护作用逐步体现.(2)浮箱利用双层平台的立管,喷泉管道和设备安装于双层平台内,即内嵌安装,使部分的梯次重叠阻水面合并减少为一个,减少阻水面,最大程度地利用平台的结构保护喷泉管道和设备.(3)平台长向与1%(100年一遇)洪水流向基本平行.牵拉杆,喷泉牵拉桩沿水流方向纵向布置,最大程度地减少了迎水面和阻水面积,将水流对平台的横向推力(方向为离岸向江道主流)几乎消除.同时最大程度地消除回旋和涡流.(41牵拉杆采取刚性结构,消除了柔性连接对平台的不均衡牵拉影响.21(5)电缆,动力管和牵拉杆集成安装,减少阻力,增加抗力.(6)工程遭遇20%(5年一遇)以下洪水时,水位升高2m6.9m.此时平台下潜至牵拉杆几乎呈水平牵拉状态,由于钢管桩受力按45.设计,所以此时对平台的拉力是设计是1.41倍,而阻水面积减少4.2m(占总阻水面积的7%),进一步提高了抵御洪水冲击的能力.(7)电缆,动力管,平台管,牵拉杆,喷泉管道和设备的受力都远小于其允许应力,在其强度允许范围内.LED全色灯以及焊缝承压按0.6MPa设计检测,确保其长时间浸没于20m洪水以下不进水,不产生性能和安全隐患.(8)设备材料设计合理正常使用寿命大于10年.(9)平台系统和所有焊缝严格执行水工金属结构防腐蚀规范(SL1052005).所有设备材料防水等级IP68.面漆选用各色脂肪族聚氨酯面漆.(10)控制室和激光室,设备房布置在1%(100年一遇)洪水线以上.2.6.4安全运行(1)在喷泉平台四周悬挂航标灯和警戒标志,避免船只误行闯入.(2)电气回路采取双漏电保护措施,绝缘电阻和接地电阻符合规范要求.(3)长空利剑和激光高出地面2m以上,防止人目视光源出光或反射光.(4)喷泉不少于