河道清淤工程中的建筑物安全控制

陳小平，王　攀

(1. 寧波市水利水電規(guī)劃設計研究院，浙江 寧波 315192；2. 周公宅水庫管理局，浙江 寧波 315163)

河道清淤工程中的建筑物安全控制

陳小平1，王攀2

(1. 寧波市水利水電規(guī)劃設計研究院，浙江 寧波 315192；2. 周公宅水庫管理局，浙江 寧波 315163)

摘要：河道清淤既能清除河道淤積底泥，改善水環(huán)境，又能增加河道過水斷面，增強排澇能力，是浙江省“五水共治”行動中“治污水”與“排澇水”的重要治河措施。清淤工程看似設計、施工簡單，在實際操作過程中往往容易忽視河道建筑物的安全控制，問題頻出。以寧波市某河道清淤工程為例，闡述如何在設計、施工過程中通過作業(yè)方案比選、斷面分析計算、施工執(zhí)行控制來實現(xiàn)河道清淤效果并保證相關(guān)建筑物的安全。圖4幅，表4個。

關(guān)鍵詞：河道清淤；設計；作業(yè)方案；安全控制

1工程概況

某河道清淤工程位于浙江省寧波市某規(guī)劃新區(qū)，南北走向，清淤范圍長約2.0 km，岸線面寬31.0 m，河道西側(cè)已經(jīng)完成堤防建設、土坡綠化，坡頂沿新建市政道路。原河道底高程約-0.70～-0.80 m(采用1985國家高程基準，下同)，清淤要求達到規(guī)劃河底高程-1.87 m。

主要建筑物級別為3級，河道正常蓄水位1.13 m，設計洪水位2.80 m。

2地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)勘察報告，工程區(qū)內(nèi)上部各土層物理力學性質(zhì)差，屬高壓縮性土層。將場地勘察深度范圍內(nèi)的地基土由淺至深劃分為4個工程地質(zhì)層(見表1)。

表1　地基土主要物理力學性質(zhì)指標

3問題提出

河道清淤施工往往直接采用最常見的人工水力沖挖工藝，清淤河段兩端設置圍堰，河水排干后直接沖挖，在施工中很容易出現(xiàn)護岸墻倒塌、堤防滑坡等現(xiàn)象，進而引發(fā)周邊道路、房屋等開裂變形，甚至坍塌；其根源在于未在設計階段對清淤作業(yè)方案進行比選及安全計算分析，施工存在很大盲目性。清淤工程雖無新建結(jié)構(gòu)，但在其施工后，改變了河道的安全狀況，因此需要從設計開始考慮如何做好安全控制。

河道清淤施工涉及安全影響的相關(guān)建筑物有：堤防(包括護岸墻)、橋梁、親水平臺、穿河管線等。在設計前需要通過踏勘、測量、勘探、咨詢等手段掌握相關(guān)建筑物分布情況，在設計過程中需要分別考慮安全狀況及必要的保護措施，限于篇幅，本文僅針對最普遍的堤防安全問題展開論述。

4設計階段的建筑物安全考慮

4.1　清淤開挖斷面設計

清淤開挖斷面的確定應根據(jù)清除淤積底泥與滿足過水斷面兩者要求確定，以達到改善水環(huán)境及增強排澇能力的雙重目的。本河底清淤設計高程取規(guī)劃河底高程-1.87 m，而原河道底高程約-0.70～-0.80 m，所以開挖至-1.87 m能同時滿足清淤與過水的要求，倘若開挖過深，不僅增加工程投資，反而對堤防安全不利。

堤防護岸墻前3.5 m寬鎮(zhèn)壓平臺勘測后發(fā)現(xiàn)無明顯淤積，設計以清障、清垃圾為主，避免盲目開挖影響堤防及護岸墻安全；清淤開挖斷面以河底及兩側(cè)斜坡面為主，兩側(cè)斜坡面開挖坡比為1∶3。

4.2　清淤作業(yè)方案比選

適合平原河道清淤的常規(guī)施工方案分干水作業(yè)法與帶水作業(yè)法。

干水作業(yè)法：清淤段河道兩端設置圍堰，排干區(qū)段河水，主要采用人工水力沖挖或者挖機清淤作業(yè)。干水作業(yè)法施工期間，河道內(nèi)側(cè)水位在設計河底高程以下，明顯降低堤防及護岸的穩(wěn)定安全系數(shù)，因此對其安全性需要計算分析。

帶水作業(yè)法：保持一定的船只吃水水深，采用挖泥船作業(yè)。平原河道常用挖泥船有抓斗式、絞吸式、鏟斗式、鏈斗式等4種，實際選擇何種挖泥船需要根據(jù)施工條件、挖泥船作業(yè)特點、工程質(zhì)量要求、環(huán)境影響控制等因素綜合比選確定。施工期間，帶水作業(yè)法堤防及護岸的穩(wěn)定安全狀況優(yōu)于干水作業(yè)法，但仍降低了原始河道的安全狀況，也需計算復核設計開挖斷面的穩(wěn)定安全系數(shù)是否滿足規(guī)范要求。

下面從堤防安全控制的角度，選取典型斷面計算分析確定清淤作業(yè)方案，并復核斷面設計的抗滑穩(wěn)定安全性。

(1)計算方法

土堤邊坡抗滑穩(wěn)定計算采用瑞典圓弧法，計算軟件采用河海大學工程力學研究所、南京水準科技有限公司的Autobank6.06。根據(jù)《堤防工程設計規(guī)范》(GB 50286—2013)，清淤工程不屬于堤防施工期工況，抗滑穩(wěn)定選用正常運用條件，安全系數(shù)不應小于1.20。因背水側(cè)即為市政道路，不存在背水坡安全問題，本次計算僅針對迎水坡。

(2)計算過程

①計算斷面選取

計算斷面選取堤岸間距小、迎水坡陡的斷面作為典型斷面計算。

②計算方法與參數(shù)

計算采用的地基土設計參數(shù)建議值見表1，抗剪強度指標采用固結(jié)快剪指標，筑堤回填塘渣及回填土方參考本地區(qū)類似工程的物理參數(shù)(見表2)。

表2　回填料指標取用

表3　土堤抗滑穩(wěn)定計算工況

③設計工況及荷載

為比較清淤作業(yè)方案的安全性，堤防穩(wěn)定計算考慮4種工況：原始斷面正常工況、干水作業(yè)法工況、帶水作業(yè)法工況及清淤完工后洪水驟降期工況(見表3)。

計算荷載主要考慮堤后市政道路的設計荷載，具體為：4.5 m寬的人非混行道荷載取5 kPa；7.5 m寬的機動車道汽車荷載取城—B級雙列。

(3)計算結(jié)果

①工況一：原始斷面(見圖1)

圖1原始斷面抗滑穩(wěn)定計算簡圖

②工況二：干水作業(yè)法(見圖2)

圖2干水作業(yè)法抗滑穩(wěn)定計算簡圖

③工況三：帶水作業(yè)法(見圖3)

圖3帶水作業(yè)法抗滑穩(wěn)定計算簡圖

④工況四：清淤完工后洪水驟降期(見圖4)

圖4清淤完工后洪水驟降期抗滑穩(wěn)定計算簡圖

以上計算結(jié)果歸納如下(見表4)。

根據(jù)表4中的數(shù)據(jù)，原始斷面抗滑穩(wěn)定系數(shù)滿足規(guī)范要求；采用干水作業(yè)法在河道干水開挖后抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求，臨水側(cè)堤坡存在很大滑動風險；帶水作業(yè)法在開挖后抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)能夠滿足規(guī)范要求；最后復核清淤完工后，河道在正常運行條件下設計洪水位驟降期抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)亦能滿足規(guī)范要求。因此，本清淤工程從堤防安全控制的角度應采用帶水作業(yè)法，從清淤完工后運行角度來說，清淤斷面設計也是安全可靠的。

表4　抗滑穩(wěn)定計算結(jié)果

4.3　挖泥機械選擇

為盡可能降低挖泥船清淤作業(yè)對河道水體污染，本河道清淤采用環(huán)保絞吸式挖泥船，整船寬度僅3.4 m，不可拆高度1.5 m，吃水深度1 m，適用于河寬15 m以上，橋梁凈寬小、凈空低的河道清淤，完全符合現(xiàn)場施工條件特點；而且挖泥船開挖出的水下淤泥用管道全封閉遠距離輸送入指定堆場，不會因運泥帶來環(huán)境污染。主要施工工序為：設備調(diào)遣→垃圾預清理→排泥管線鋪設→施工放樣→清淤開挖→淤泥輸送→測量驗收。

5施工階段的安全控制

河道清淤施工期間的安全控制，主要是要將設計要求執(zhí)行到位，本工程要求施工階段重點應做好以下幾點工作：

(1)在清淤作業(yè)時，控制河道水位，既要符合設計計算要求的安全水深，又要能保證挖泥船吃水要求。

(2)施工放樣準確，嚴格按設計的平面布置、高程、坡比要求施工作業(yè)，施工開挖精度滿足《疏浚與吹填工程技術(shù)規(guī)范》(SL 17—2014)的最大允許超深值要求，防止過度開挖影響堤防安全。

(3)建立安全監(jiān)測制度，對河岸及其他臨水建筑物做好安全監(jiān)測，針對沉降、位移變形設定監(jiān)測點、監(jiān)測頻次、變形警報值，方便施工安全控制。

6結(jié)語

河道清淤工程中的建筑物安全問題跟其他新建河道工程一樣，需要有規(guī)范的地質(zhì)勘察、測量成果作為設計依據(jù)，設計階段要通過計算分析確定合理的開挖斷面、安全的施工工況與作業(yè)方案，在施工過程中要執(zhí)行好設計要求，抓好安全監(jiān)測工作，從而才能安全可靠地實現(xiàn)清淤目的。

參考文獻：

[1]金良躍，李群. 臺州市區(qū)水環(huán)境整治河道清淤工程技術(shù)要點[J]. 浙江水利水電專科學校學報，2008(3): 33_35.

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[4]SL 17—2014，疏浚與吹填工程技術(shù)規(guī)范[S].

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責任編輯吳昊

作者簡介：陳小平(1983-)，男，工程師，主要從事水利工程設計工作。E_mail：183258110@qq.com。

收稿日期：2015-07-22