水力吹填土方在黑崗口調蓄水庫工程中的應用

□ 梁紅偉 □馬 震

（1開封市引黃管理處 2河海大學）

1 工程概況

黑崗口調蓄水庫位于開封市新老城區(qū)結合部，連霍高速公路以南，晉安路以北，開封新區(qū)一大街以東，護城大堤西側。水庫庫區(qū)東西寬約1.20 km，南北長約5 km，總庫容980萬m3，興利庫容630萬m3，規(guī)模為小（1）型水庫，主要工程量為土方開挖量1200萬m3，土方填筑量38萬m3。水庫設計灌溉面積1.67萬hm2，向開封市城市年供水3000萬m3。建筑物主要有水庫堤防、防滲墻、水閘，該水庫是平原水庫，水庫建成后對緩解開封市水資源的短缺局面，提高應對水資源突發(fā)事件的能力，提高農業(yè)灌溉保證率，發(fā)展農業(yè)生產，改善環(huán)境，提高城市品位具有重要意義。

2 工程地質條件及挖運方案分析

2.1 工程地質條件

庫區(qū)主要為第四系全新統(tǒng)地層，主要由輕粉質壤土、中粉質壤土、重粉質壤土及細砂組成，水庫開挖土方主要為上層的輕粉質壤土、中粉質壤土。

2.2 挖運方案分析

施工任務：土方開挖外運1200萬m3，運輸至310國道南側廢舊坑塘，運距15 km，工期240日歷天。

目前，遠距離挖運土方常用的土方挖運方式主要有挖掘機開挖、自卸車運輸方案，水力機組開挖、泥漿泵運輸方案，具體選用方案時按工程實際進行對比分析選用科學經濟的方案。見表1。

表1 運輸方案對比分析表

對比顯示，挖掘機開挖自卸汽車運輸棄土至南干道兩側的坑塘和低洼地，對周邊環(huán)境影響大，工程投資高。相對而言，泥漿泵輸送棄土，有安全高效、生態(tài)環(huán)保、節(jié)省大量投資等優(yōu)點。

采用水力機組開挖泥漿泵運輸方案更有施工有利條件為庫區(qū)開挖土方屬于Ⅲ類土，易于水力機組開挖；土方開挖區(qū)和棄土區(qū)都緊鄰開封市黑崗口引黃灌區(qū)干渠，施工用水從黑崗口引黃閘引用黃河水可以得到保證；泥漿管道及高壓線路可鋪設或架設到現有干渠內；棄土區(qū)緊鄰開封市馬家河河道，便于排水。從水利工程施工方案選擇的實際出發(fā)，水力機械開挖泥漿泵管道輸送棄土的施工方案更為合理可行。

3 工作原理

水力機組吹填土方，是依靠水力切割作用進行挖土，即水流經高壓水泵產生壓力，通過水槍噴出一股密實的高壓水柱，切割、粉碎土體，使之濕化、崩解，形成泥漿和泥塊混合物，再由泥漿泵及排泥管運送至排泥場，泥漿在排泥場內經沉淀、蒸發(fā)形成新的土地。

4 工程總體布置

施工區(qū)總體分為：引水區(qū)→開挖區(qū)→傳輸區(qū)→棄土區(qū)→排水區(qū)。

4.1 引水區(qū)

每沖挖1m3土方就需要3m3水源，水力沖挖土方需要大量水源，保障充足水源是工程開展的前提，水庫土方開挖區(qū)東臨黑崗口灌區(qū)西干渠，這樣就為水庫開挖引水提供了得天獨厚的地理條件。土方開挖用水全部從黃河引水，沿黑崗口灌區(qū)總干渠、西干渠輸送至庫區(qū)開挖蓄水池。

4.2 開挖區(qū)

每個作業(yè)面配備5個泥漿泵（型號150PNL），5個高壓清水泵，每臺清水泵配2個高壓水槍，以高壓水槍形成的高壓水柱沖切土方，土方形成泥漿后由泥漿泵抽入集漿池。

4.3 傳輸區(qū)

傳輸區(qū)主要由185kW加壓泵（型號300SGM）和輸泥管道（型號300×400）組成，輸泥管線總長約15 km，沿西干渠及南干渠渠底鋪設，沿途不增加新用占地，不影響交通。每條管線每隔2 km布置1臺加壓泵增加傳輸力，沿途需八級加壓，將泥漿運輸至310國道兩側坑塘。

4.4 棄土區(qū)

土方開挖棄土區(qū)為20世紀80年代磚瓦場形成的坑塘、廢棄魚塘。坑塘之間開挖排水溝渠，使坑塘相連通，泥漿經多級沉淀排清水退入尾水渠。

4.5 排水區(qū)

退水渠與天然河道馬家河相連，沉淀后清水經退水渠入排水河道馬家河。

5 施工要求

水槍沖切土層時，先沖擊泥漿泵與浮筒部位土體，使其四周形成洼地，泥漿泵設在浮筒上，泵的吸口伸入洼坑中，保持泥漿泵達到最大輸送流量。

水力沖挖要注意庫區(qū)底部高程的控制，開挖前先測量地面高程，在岸邊庫周設立幾個高程控制點，在開挖過程中在庫底布設高程控制樁，標明設計庫底高程的位置，并用水準儀或GPS測量儀對開挖完成區(qū)域進行復測，加強庫底高程控制。

輸泥管線鋪設要沿渠底鋪設應保證不影響交通、平坦順直、避免死彎，轉彎處要用柔性管道連接，管道接頭處應緊密嚴實，不得漏漿或漏水，一旦發(fā)現泄露，應及時搶修。

棄土區(qū)坑塘要做好安全防護、安全警示標志，并安排專人加強坑塘周圍的安全巡視，泥漿要經多級沉淀，確保尾水含沙量<3.28 kg/m3（黃河多年平均含沙量）后，方可退入排水河道。

獨立供電系統(tǒng)都應實行“三相五線制布線（TN-S）”，生產電氣設備、電動施工機械完全實行“一閘一機一漏一箱一鎖”，施工一線工人要穿防護服、戴防護手套。

6 效益分析

按照水利部[2002]部頒定額分析計算，挖掘機開挖、自卸汽車運輸，土方單價40.49元/m3，外運1200萬m3土方共需費用約4.86億元；按照黃委會[2004]定額計算，水力機組挖運，每立方米土方單價23.35元，外運1200萬m3土方共需費用約為2.80億元；采用水力機組挖運方案共節(jié)約投資2.06億元。

水力吹填土方共淤平坑塘面積266.67 hm2，淤平的土地可作為可耕農田，確保了耕地面積有增無減。

淤區(qū)沉淀后清水退入馬家河及惠濟河，改善了馬家河及惠濟河水質。

7 結語

水力機械吹填土方在黑崗口調蓄水庫中的應用，是依據黑崗口水庫所處的地理位置、外部施工條件做出的科學選擇，它的應用既節(jié)約了資金，又減少了對環(huán)境的污染,具有顯著的經濟效益和生態(tài)效益。