前進(jìn)水庫(kù)清淤工藝研究探析

李 飛 安 倩

（1 晉中市水利發(fā)展中心 2 晉中市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，山西晉中030600）

前進(jìn)水庫(kù)地處黃河流域汾河水系一級(jí)支流段純河支溝內(nèi)。水庫(kù)規(guī)模為?。á瘢┬?，工程為Ⅳ等。主要永久性建筑物級(jí)別為4 級(jí)，次要永久性建筑物級(jí)別為5 級(jí)。水庫(kù)大壩、泄洪洞和輸水洞組成樞紐工程。大壩為堆石混凝土重力壩，壩頂長(zhǎng)172 m，壩頂高程908 m，最大壩高32.5 m；主要建設(shè)任務(wù)為山西省大水網(wǎng)中部引黃工程縣域供水調(diào)蓄庫(kù)，水庫(kù)總庫(kù)容199 萬(wàn)m3，其中，調(diào)蓄庫(kù)容142.3 萬(wàn)m3。目前，壩前淤積深度高達(dá)16.8 m，大壩上游做防滲面板時(shí)需將壩前淤積清至壩基處，除設(shè)計(jì)庫(kù)區(qū)清淤6 m 外，還有10.8 m 高度的淤泥需開挖。

1 清淤必要性分析

庫(kù)區(qū)上游普遍發(fā)育第四系黃土地層，水土流失治理度不高，庫(kù)區(qū)上游來(lái)水中攜帶的泥沙含量較多，淤積嚴(yán)重。目前，庫(kù)區(qū)內(nèi)淤積物總量約為90 萬(wàn)m3，占原設(shè)計(jì)庫(kù)容的60%，嚴(yán)重消減了水庫(kù)有效庫(kù)容，影響新建水庫(kù)效益正常發(fā)揮，再者庫(kù)區(qū)在前期接受了大量鐵礦業(yè)、洗煤業(yè)排放的尾水，庫(kù)水受到不同程度的污染，受庫(kù)水長(zhǎng)期的浸沒和腐蝕，庫(kù)區(qū)的淤積物也不同程度地受到污染。前進(jìn)水庫(kù)清淤工程的實(shí)施，最大的優(yōu)勢(shì)在于：一是耕地不被侵占，二是建材不損耗?；诖耍畮?kù)的有效庫(kù)容就能得到恢復(fù)，水庫(kù)的水質(zhì)也能明顯改善。因此，實(shí)施前進(jìn)水庫(kù)清淤工程是有必要的。

2 清淤方案的比選

目前，水庫(kù)清淤工程的實(shí)施有陸地和水下兩種方案。本次水庫(kù)的清淤?gòu)姆趴账畮?kù)實(shí)地機(jī)械清淤和水下清淤兩種方案進(jìn)行比選[1-3]。

2.1 陸地清淤方案

目前，較為傳統(tǒng)且運(yùn)用普遍的清淤方式是陸地清淤。在排水條件好的小水庫(kù)、小湖泊，此種方式應(yīng)用廣泛。陸地清淤方式的施工技術(shù)簡(jiǎn)便，不留盲區(qū)，且操作性強(qiáng)。以往人力清淤普遍應(yīng)用于該方式，施工周期相對(duì)較長(zhǎng)。隨著社會(huì)的發(fā)展，機(jī)械化施工運(yùn)用廣泛，大型機(jī)械用于陸地清淤施工，極大提高了施工效率，大幅縮短了施工時(shí)間，工程投資也降低了。

2.2 水下清淤方案

在一定水深的條件下，水下清淤方案主要應(yīng)用于大型水庫(kù)、湖泊以及河道的淤泥清理。就水庫(kù)而言，主要有抓斗式、絞吸式挖泥船、氣動(dòng)泵船等設(shè)備進(jìn)行水下清淤的施工，此類設(shè)備需專業(yè)人員操作，技術(shù)要求高。

絞吸式挖泥船在內(nèi)河、湖泊、港口等的疏浚工程中比較常用[3]。河床泥沙通過(guò)裝在船前橋梁前緣的鉸刀進(jìn)行切割攪動(dòng)，泥漿在離心泵吸入真空的作用下沿著吸泥管流入泥泵的吸入端，泥漿泵產(chǎn)生離心力把泥漿逐漸壓入排出端，再通過(guò)排泥管將泥漿輸送到淤泥區(qū)。絞吸式挖泥船可以一次性連續(xù)完成挖泥、運(yùn)泥以及卸泥的施工過(guò)程，工作效率較高，但不足之處是淤泥清理的單價(jià)較高。

2.3 最佳清淤方案選定

前進(jìn)水庫(kù)的清淤方案比較，見表1。

表1 陸地、水下清淤方案比較表

比選分析：前進(jìn)水庫(kù)具備自然放空且放水排干進(jìn)行陸地清淤工作的條件，通過(guò)對(duì)上述兩種方案的比較，實(shí)地機(jī)械清淤方案操作簡(jiǎn)便，施工流程較少，且投資相對(duì)較低；水下清淤方案則要求在水庫(kù)附近選擇合適的淤泥區(qū)或筑堰，將淤泥暫存在庫(kù)尾修建的臨時(shí)淤泥區(qū)，經(jīng)固化處理后再運(yùn)送至棄渣場(chǎng)，這種方式操作困難復(fù)雜，投資也較高。因此本次水庫(kù)清淤采用放空水庫(kù)實(shí)地機(jī)械清淤方案[4]。

3 清淤工藝設(shè)計(jì)

3.1 清淤量的確定

根據(jù)調(diào)洪結(jié)果，在現(xiàn)狀塘壩庫(kù)容基礎(chǔ)上進(jìn)行清淤，清淤后增加有效庫(kù)容45.3 萬(wàn)m3，即可滿足水庫(kù)的調(diào)蓄要求。

3.2 清淤范圍的確定

由于庫(kù)區(qū)在前期接受了大量鐵礦業(yè)、洗煤業(yè)排放的尾水，庫(kù)水受到不同程度的污染，受庫(kù)水長(zhǎng)期的浸沒和腐蝕，庫(kù)區(qū)的淤積物為污染淤泥，需固化處理再進(jìn)行開挖。

結(jié)合調(diào)洪結(jié)果，本次清淤范圍確定為：原壩址至庫(kù)區(qū)上游475 m，平均清淤深度4 m，清淤量約為31.6 萬(wàn)m3；庫(kù)區(qū)上游從左側(cè)鄉(xiāng)村路向下游285 m 范圍內(nèi)平均清淤深度2.7 m，清淤量約為13.7 萬(wàn)m3；庫(kù)區(qū)總清淤量約為45.3 萬(wàn)m3。

3.3 清淤工藝設(shè)計(jì)

新建泄洪洞建成后，將舊壩拆除至設(shè)計(jì)高程，庫(kù)水能通過(guò)新建泄洪洞排向下游河道，在非汛期進(jìn)行庫(kù)區(qū)清淤施工。清淤時(shí)先沿庫(kù)區(qū)中部按底寬5 m、邊坡1：4、深度4 m 從下向上開挖明渠，待淤泥里的水分控出并順著明渠排向下游河槽后，再在每年非汛期（10月至次年2月）進(jìn)行淤泥開挖施工。明渠橫斷面見圖1：

圖1 明渠開挖橫斷面

淤泥開挖采用進(jìn)占法鋪設(shè)臨時(shí)施工道路、后退法開挖以及二段式加長(zhǎng)臂挖掘機(jī)和人工開挖相結(jié)合的方式。臨時(shí)道路進(jìn)占且石渣沉降穩(wěn)定后，挖掘機(jī)開始左右及前方三個(gè)工作面的淤泥開挖工作，邊開挖、邊出渣、邊進(jìn)行前方石渣鋪筑。開挖作業(yè)流程按圖2進(jìn)行：

圖2 開挖作業(yè)流程圖

4 結(jié)論

本水庫(kù)淤泥基本處于飽和狀態(tài)，加之淤泥開挖深度及開挖量大，施工難度較大，技術(shù)要求較高。因此，選擇最優(yōu)清淤工藝對(duì)于提高水庫(kù)有效庫(kù)容，改善庫(kù)區(qū)水質(zhì)有著重要作用。