零河水庫(kù)清淤工程清淤方案淺析

王雷剛，趙小寧，王 浪

（1.中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,陜西 西安 710065；2.陜西水環(huán)境工程勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,陜西 西安 710018）

1 水庫(kù)淤積現(xiàn)狀

零河水庫(kù)位于陜西省西安市臨潼區(qū),水庫(kù)1960 年5 月建成,目前水庫(kù)現(xiàn)狀正常蓄水位421.70 m,壩前的淤積高程約416.10 m,水庫(kù)總庫(kù)容3990 萬(wàn)m3、有效庫(kù)容為361 萬(wàn)m3、淤積庫(kù)容為2065 萬(wàn)m3,淤積庫(kù)容約占總庫(kù)容的52%,水庫(kù)原設(shè)計(jì)的灌溉、防洪等功能喪失殆盡,為恢復(fù)水庫(kù)有效庫(kù)容,增強(qiáng)水庫(kù)調(diào)節(jié)功能,特實(shí)施水庫(kù)清淤。本文主要針對(duì)水庫(kù)清淤過(guò)程中的清淤區(qū)選擇、清淤方案選擇以及具體清淤施工布置等內(nèi)容進(jìn)行分析。

2 清淤量及清淤區(qū)選擇

目前該水庫(kù)庫(kù)容僅為361 萬(wàn)m3（2019 年實(shí)測(cè)資料）左右,已失去原設(shè)計(jì)功能,為了恢復(fù)水庫(kù)供水功能,進(jìn)行本次清淤,通過(guò)分析水庫(kù)平均年淤積量,以及水庫(kù)供水的所需庫(kù)容,綜合確定本次清淤總量為350 萬(wàn)m3。清淤工程主要清理該水庫(kù)庫(kù)底淤泥,該水庫(kù)水面形狀呈“L”型,水面寬度為250 m～480 m,平均寬度310 m；水庫(kù)庫(kù)區(qū)長(zhǎng)度3.5 km,南北方向長(zhǎng)度2 km,東西方向長(zhǎng)度1.5 km。庫(kù)區(qū)范圍較大,合理選擇清淤區(qū)域比較關(guān)鍵,結(jié)合類似工程施工經(jīng)驗(yàn),清淤區(qū)選擇原則如下：

（1）為確保清淤后水庫(kù)有效庫(kù)容的增加,本次清淤選擇水庫(kù)放水洞底板高程415.0 m 以上、以及正常蓄水位421.7 m以下的范圍進(jìn)行清淤。

（2）現(xiàn)狀水庫(kù)庫(kù)底比降為0.5‰～1.2‰左右,為集中清淤范圍,清淤后庫(kù)底坡比略小于現(xiàn)狀比降,統(tǒng)一取0.5‰,清淤區(qū)域開挖邊線以1∶5 坡比與兩側(cè)岸坡銜接,清淤后壩前斷面庫(kù)底與放水洞進(jìn)口底高程齊平,為415.00 m。

（3）為了方便集中施工,盡量選擇集中區(qū)域進(jìn)行清淤,考慮水庫(kù)即將作為供水水源,本次清淤將原庫(kù)尾的魚塘、蓮菜池等范圍清除,根據(jù)工程規(guī)模,清淤至庫(kù)尾斷面處。

根據(jù)以上原則,結(jié)合水庫(kù)地形條件,清淤總長(zhǎng)度4.19 km,河段寬度為250 m～360 m,平均寬度310 m,清淤深度為0.9 m～5.1 m,平均清淤厚度3.0m,清淤總量353 萬(wàn)m3。

3 清淤方案比選

根據(jù)該水庫(kù)庫(kù)底淤積物成分,結(jié)合目前水庫(kù)常用的清淤施工方案,提出三種較常用的清淤比選方案,即干地挖掘機(jī)開挖、水力式清淤及機(jī)械式清淤。

3.1 水力式清淤

水力式清淤一般常用絞吸船施工,船上裝有離心泵,船艏裝有一個(gè)鉸刀架,挖泥時(shí)將鉸刀架放下,頭部的鉸刀伸放到庫(kù)區(qū)底部,旋轉(zhuǎn)鉸刀把底泥絞碎,在鉸刀口下方利用離心泵（或稱為吸泥泵）吸口把泥漿通過(guò)吸泥管吸上來(lái),直接利用排泥管把泥漿泵送到堆泥場(chǎng)。

3.2 機(jī)械式清淤

該方案是采用挖泥船挖泥、泥駁水上進(jìn)行運(yùn)輸至庫(kù)尾,然后用自卸汽車運(yùn)輸至堆淤場(chǎng)的方式。鏟斗式挖泥船是在鏟斗挖泥船的鋼制箱形浮體上,安裝一臺(tái)旋轉(zhuǎn)式鏟斗挖掘機(jī)。運(yùn)用該挖掘機(jī)吊臂上長(zhǎng)斗柄前端的鏟斗伸入水下,然后通過(guò)牽引鋼纜將其斗柄推進(jìn),使鏟斗處于開挖位置,接著收進(jìn)鏟斗起升鋼纜進(jìn)行挖掘。

3.3 干地挖掘機(jī)開挖

本方案利用放水孔將水庫(kù)放空,對(duì)庫(kù)底淤泥進(jìn)行晾曬或人為固化,采用挖掘機(jī)直接入庫(kù)開挖,配合自卸汽車運(yùn)輸方法清淤,開挖的淤泥運(yùn)輸至指定的堆淤場(chǎng)。淤泥固化后,挖掘機(jī)可在一定深度的淤泥上正常開挖作業(yè),在淤泥上敷設(shè)鋼板作為臨時(shí)道路,可滿足自卸汽車通行要求。

施工過(guò)程中,在庫(kù)區(qū)一側(cè)開挖排水溝至大壩放水洞作為導(dǎo)流渠過(guò)流,通過(guò)放水洞排水及局部水泵抽水,排水上游來(lái)水；并在開挖工作面用鋼板鋪設(shè)臨時(shí)道路,采用從庫(kù)尾逐步向水庫(kù)中心進(jìn)占施工。

對(duì)以上三種方案在經(jīng)濟(jì)技術(shù)、施工難易程度、工期、造價(jià)等各方面進(jìn)行總結(jié)對(duì)比,見表1。

表1 各清淤方案對(duì)比表

根據(jù)前期踏勘,該水庫(kù)淤積厚度大,淤積物以黏性土體顆粒為主,沉積年代久遠(yuǎn),經(jīng)過(guò)長(zhǎng)年水庫(kù)沉淀,現(xiàn)已固結(jié),呈現(xiàn)固體狀態(tài),且水庫(kù)水深較淺,水下挖掘難度大,部分區(qū)域不滿足絞吸船吃水深度,因此不適合采用絞吸船施工；本次水庫(kù)清淤約353 萬(wàn)m3,清淤量大,清淤厚度為1.0 m～5.0 m,清淤厚度大。經(jīng)過(guò)對(duì)已實(shí)施清淤項(xiàng)目的研究分析,絞吸船適宜水庫(kù)庫(kù)容及水深較大、清淤厚度較?。ㄒ话悴怀^(guò)1 m）、且清淤總量不大（一般在100 萬(wàn)m3以內(nèi)）的水庫(kù)清淤工程；挖泥船方案施工適宜水域面積較大的清淤工程,且該方案施工效率較低、造價(jià)較高。因此本工程不適合采用絞吸船或挖泥船方案施工。

干地挖機(jī)開挖清淤方案需放空水庫(kù),目前水庫(kù)僅承擔(dān)部分灌溉功能,未承擔(dān)供水等其他功能,考慮一定的補(bǔ)償費(fèi)用,采用干地挖機(jī)開挖清淤放空水庫(kù)不會(huì)造成較大損失,另外,干地挖機(jī)開挖清淤可同時(shí)開展的工作面多、工期較短、綜合單價(jià)低、施工難度適宜。綜上所述,為了使本工程盡快實(shí)施完成,盡早發(fā)揮供水效益,從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、工期等方面考慮,本次推薦干地挖機(jī)開挖清淤為最優(yōu)方案。

4 清淤施工方法

結(jié)合水庫(kù)周邊道路、地形等條件,將清淤范圍分成3 個(gè)大區(qū),為上游區(qū)、中游區(qū)、下游區(qū),針對(duì)三個(gè)區(qū)域淤泥性狀,分別采用不同的施工方法,具體施工方法如下。

（1）上游區(qū)

水庫(kù)放空放水后,該區(qū)域庫(kù)底出露,可干地施工,長(zhǎng)度1.27 km,淤泥量212.01 萬(wàn)m3。清淤深度2.68 m～5.4 m。庫(kù)底淤泥可采用分層開挖,分層厚度由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定,初定2.0 m。7 臺(tái)反鏟挖掘機(jī)挖淤泥,裝至15 t 自卸汽車上,運(yùn)輸至堆淤場(chǎng)。

（2）中游區(qū)

中游區(qū),需要布置明渠作為泄水建筑物排走河道來(lái)水,排走河水以及清淤表面的流水,減少流水對(duì)施工的不利影響。其中,水槽開挖9.91 萬(wàn)m3,挖掘機(jī)開挖,堆在水槽右側(cè)。

中游區(qū)長(zhǎng)度0.69 km,淤泥量70.45 萬(wàn)m3。清淤深度1.55 m～5.3 m。分左右2 個(gè)工作面施工。

采用淤泥上鋪設(shè)鋼板作為運(yùn)輸臨時(shí)道路,鋼板鋪設(shè),以自卸汽車運(yùn)輸,挖掘機(jī)吊運(yùn),人工輔助。淤泥挖運(yùn)走后,回收鋼板、循環(huán)利用。左右方向2 個(gè)工作面、4 臺(tái)挖掘機(jī)。

（3）下游區(qū)

下游區(qū)需要布置明渠作為泄水建筑物排走河道來(lái)水,排走河水以及清淤表面的流水,減少流水對(duì)施工的不利影響。分層開挖,分層厚度由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定,初定0.5 m。反鏟挖掘機(jī)挖淤泥,裝至15t 自卸汽車上,運(yùn)輸至堆淤場(chǎng)。

下游區(qū)長(zhǎng)度2.08 km,淤泥量70.72 萬(wàn)m3,清淤深度0.93 m～4.7 m,分上下游2 個(gè)工作面施工。采用淤泥上鋪設(shè)鋼板作為運(yùn)輸臨時(shí)道路,以自卸汽車運(yùn)輸,挖掘機(jī)吊運(yùn),人工輔助鋼板鋪設(shè)。淤泥挖運(yùn)走后,倒推法回收鋼板、循環(huán)利用,2 個(gè)工作面、4 臺(tái)挖掘機(jī)。

5 結(jié)論

二十世紀(jì)六七十年代我國(guó)建成了大批水庫(kù),經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行,目前淤積問(wèn)題普遍比較嚴(yán)重,部分水庫(kù)已經(jīng)近乎淤滿,逐步喪失了原有設(shè)計(jì)功能,水庫(kù)清淤工作迫在眉睫,然而目前又無(wú)行之有效的清淤方案以及成功的水庫(kù)清淤實(shí)例。該方案的批準(zhǔn)可為后續(xù)水庫(kù)清淤項(xiàng)目的設(shè)計(jì)提供借鑒。綜合分析該水庫(kù)清淤案例,首先需要根據(jù)水庫(kù)設(shè)計(jì)功能等,合理確定水庫(kù)淤積總量以及設(shè)計(jì)清淤量；然后結(jié)合水庫(kù)庫(kù)底地形,合理確定水庫(kù)清淤區(qū)域；下一步根據(jù)水庫(kù)庫(kù)底淤積物的類型以及庫(kù)區(qū)周邊地形條件等確定水庫(kù)采用的清淤方案；最后根據(jù)水庫(kù)周邊施工條件,進(jìn)行施工總布置設(shè)計(jì)。