零河水庫清淤工程清淤方案淺析

王雷剛，趙小寧，王 浪

（1.中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司,陜西 西安 710065；2.陜西水環境工程勘測設計研究院,陜西 西安 710018）

1 水庫淤積現狀

零河水庫位于陜西省西安市臨潼區,水庫1960 年5 月建成,目前水庫現狀正常蓄水位421.70 m,壩前的淤積高程約416.10 m,水庫總庫容3990 萬m3、有效庫容為361 萬m3、淤積庫容為2065 萬m3,淤積庫容約占總庫容的52%,水庫原設計的灌溉、防洪等功能喪失殆盡,為恢復水庫有效庫容,增強水庫調節功能,特實施水庫清淤。本文主要針對水庫清淤過程中的清淤區選擇、清淤方案選擇以及具體清淤施工布置等內容進行分析。

2 清淤量及清淤區選擇

目前該水庫庫容僅為361 萬m3（2019 年實測資料）左右,已失去原設計功能,為了恢復水庫供水功能,進行本次清淤,通過分析水庫平均年淤積量,以及水庫供水的所需庫容,綜合確定本次清淤總量為350 萬m3。清淤工程主要清理該水庫庫底淤泥,該水庫水面形狀呈“L”型,水面寬度為250 m～480 m,平均寬度310 m；水庫庫區長度3.5 km,南北方向長度2 km,東西方向長度1.5 km。庫區范圍較大,合理選擇清淤區域比較關鍵,結合類似工程施工經驗,清淤區選擇原則如下：

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

（2）現狀水庫庫底比降為0.5‰～1.2‰左右,為集中清淤范圍,清淤后庫底坡比略小于現狀比降,統一取0.5‰,清淤區域開挖邊線以1∶5 坡比與兩側岸坡銜接,清淤后壩前斷面庫底與放水洞進口底高程齊平,為415.00 m。

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

根據以上原則,結合水庫地形條件,清淤總長度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m3。

3 清淤方案比選

根據該水庫庫底淤積物成分,結合目前水庫常用的清淤施工方案,提出三種較常用的清淤比選方案,即干地挖掘機開挖、水力式清淤及機械式清淤。

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,船艏裝有一個鉸刀架,挖泥時將鉸刀架放下,頭部的鉸刀伸放到庫區底部,旋轉鉸刀把底泥絞碎,在鉸刀口下方利用離心泵（或稱為吸泥泵）吸口把泥漿通過吸泥管吸上來,直接利用排泥管把泥漿泵送到堆泥場。

3.2 機械式清淤

該方案是采用挖泥船挖泥、泥駁水上進行運輸至庫尾,然后用自卸汽車運輸至堆淤場的方式。鏟斗式挖泥船是在鏟斗挖泥船的鋼制箱形浮體上,安裝一臺旋轉式鏟斗挖掘機。運用該挖掘機吊臂上長斗柄前端的鏟斗伸入水下,然后通過牽引鋼纜將其斗柄推進,使鏟斗處于開挖位置,接著收進鏟斗起升鋼纜進行挖掘。

3.3 干地挖掘機開挖

本方案利用放水孔將水庫放空,對庫底淤泥進行晾曬或人為固化,采用挖掘機直接入庫開挖,配合自卸汽車運輸方法清淤,開挖的淤泥運輸至指定的堆淤場。淤泥固化后,挖掘機可在一定深度的淤泥上正常開挖作業,在淤泥上敷設鋼板作為臨時道路,可滿足自卸汽車通行要求。

施工過程中,在庫區一側開挖排水溝至大壩放水洞作為導流渠過流,通過放水洞排水及局部水泵抽水,排水上游來水；并在開挖工作面用鋼板鋪設臨時道路,采用從庫尾逐步向水庫中心進占施工。

對以上三種方案在經濟技術、施工難易程度、工期、造價等各方面進行總結對比,見表1。

表1 各清淤方案對比表

根據前期踏勘,該水庫淤積厚度大,淤積物以黏性土體顆粒為主,沉積年代久遠,經過長年水庫沉淀,現已固結,呈現固體狀態,且水庫水深較淺,水下挖掘難度大,部分區域不滿足絞吸船吃水深度,因此不適合采用絞吸船施工；本次水庫清淤約353 萬m3,清淤量大,清淤厚度為1.0 m～5.0 m,清淤厚度大。經過對已實施清淤項目的研究分析,絞吸船適宜水庫庫容及水深較大、清淤厚度較小（一般不超過1 m）、且清淤總量不大（一般在100 萬m3以內）的水庫清淤工程；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。

干地挖機開挖清淤方案需放空水庫,目前水庫僅承擔部分灌溉功能,未承擔供水等其他功能,考慮一定的補償費用,采用干地挖機開挖清淤放空水庫不會造成較大損失,另外,干地挖機開挖清淤可同時開展的工作面多、工期較短、綜合單價低、施工難度適宜。綜上所述,為了使本工程盡快實施完成,盡早發揮供水效益,從經濟、技術、工期等方面考慮,本次推薦干地挖機開挖清淤為最優方案。

4 清淤施工方法

結合水庫周邊道路、地形等條件,將清淤范圍分成3 個大區,為上游區、中游區、下游區,針對三個區域淤泥性狀,分別采用不同的施工方法,具體施工方法如下。

（1）上游區

水庫放空放水后,該區域庫底出露,可干地施工,長度1.27 km,淤泥量212.01 萬m3。清淤深度2.68 m～5.4 m。庫底淤泥可采用分層開挖,分層厚度由現場試驗確定,初定2.0 m。7 臺反鏟挖掘機挖淤泥,裝至15 t 自卸汽車上,運輸至堆淤場。

（2）中游區

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

中游區長度0.69 km,淤泥量70.45 萬m3。清淤深度1.55 m～5.3 m。分左右2 個工作面施工。

采用淤泥上鋪設鋼板作為運輸臨時道路,鋼板鋪設,以自卸汽車運輸,挖掘機吊運,人工輔助。淤泥挖運走后,回收鋼板、循環利用。左右方向2 個工作面、4 臺挖掘機。

（3）下游區

下游區需要布置明渠作為泄水建筑物排走河道來水,排走河水以及清淤表面的流水,減少流水對施工的不利影響。分層開挖,分層厚度由現場試驗確定,初定0.5 m。反鏟挖掘機挖淤泥,裝至15t 自卸汽車上,運輸至堆淤場。

下游區長度2.08 km,淤泥量70.72 萬m3,清淤深度0.93 m～4.7 m,分上下游2 個工作面施工。采用淤泥上鋪設鋼板作為運輸臨時道路,以自卸汽車運輸,挖掘機吊運,人工輔助鋼板鋪設。淤泥挖運走后,倒推法回收鋼板、循環利用,2 個工作面、4 臺挖掘機。

5 結論

二十世紀六七十年代我國建成了大批水庫,經過多年運行,目前淤積問題普遍比較嚴重,部分水庫已經近乎淤滿,逐步喪失了原有設計功能,水庫清淤工作迫在眉睫,然而目前又無行之有效的清淤方案以及成功的水庫清淤實例。該方案的批準可為后續水庫清淤項目的設計提供借鑒。綜合分析該水庫清淤案例,首先需要根據水庫設計功能等,合理確定水庫淤積總量以及設計清淤量；然后結合水庫庫底地形,合理確定水庫清淤區域；下一步根據水庫庫底淤積物的類型以及庫區周邊地形條件等確定水庫采用的清淤方案；最后根據水庫周邊施工條件,進行施工總布置設計。