河道疏浚工程中淤背固堤施工技術研究

摘要：針對河道泥沙的不斷淤積，導致水位逐年上升，威脅堤防安全的問題，結合實際河道治理工程，以確定淤背寬度、選擇合適沙場、布設輸沙系統、運行輸沙系統的步驟開展淤背固堤施工，并對施工效果進行監測。監測結果表明：淤背固堤施工后的大壩基礎沉降量，隨時間推移逐漸增加，最后趨于穩定，最大沉降量為8.2mm，說明本次施工質量較好。

關鍵詞：河道；疏浚工程；淤背固堤；施工技術

0 " 引言

近年來，我國相繼開展了多個標準化堤防建設項目，加大了對防洪除險工程的重視程度。若河道中泥沙淤積嚴重，將導致河水水位超出堤防設計防汛高度，這不僅影響了堤壩的抗洪能力，而且具有很多安全隱患。為了消除堤防安全隱患，我國加大了對堤防加固工程的投資力度。淤背固堤施工技術最早起始于20世紀70年代，當時僅在堤防的險工堤段引進了淤背固堤施工，距離河道較近，一般輸沙距離不超過600m。我國很多堤防所處的水文地質環境極為復雜，同時河道采沙條件越來越差，為淤背固堤工程施工帶來很大難度，施工成本也隨之大量增加。為此，如何有效加固堤防，成為當下我國廣大水利水電工程施工技術人員的關注熱點。本文結合相關研究成果，對河道疏浚工程中淤背固堤施工技術進行了深入研究。

1 " 工程概況

本項目為治理河道工程，河道長度大約為9251m。該河道為一條多泥沙河流，不僅水勢復雜多變，而且河道堤防質量較為單薄，具有一定安全隱患。因此，加強河道防汛能力是本次治理河道工程的首要任務。為提升河道的過流能力，需要進行河道疏浚施工，以此降低河道泥沙淤積程度，保證淤區退水通暢。同時為保證堤防安全，將河道中抽取的泥沙輸送至堤防背河處，起到淤背固堤作用。

2 " 淤背固堤施工

2.1 " 確定淤背寬度

為確保淤背固堤施工[1]的可靠性，在正式施工之前，首先需要確定淤背寬度。如果淤背寬度過小，固堤效果較差；如果淤背寬度過大，淤背結構穩定性較差。所以，合理的淤背寬度對本次施工而言至關重要。

2.1.1 " 滲透破壞概率計算

淤背寬度主要根據滲透破壞概率來獲得，由于河道堤防土地為非管涌土，所以根據可能破壞區域內的每個單元土體概率分布函數，來計算淤背滲透破壞概率。具體計算方法如下：

（1）

式中：p表示淤背土體滲透破壞概率參數；g表示概率分布函數；F表示作用于淤背單元地面上的滲透壓力參數；G表示淤背單元底面上的有效土體重量參數。

根據式（1）分別計算出淤背土體各單元的滲透破壞概率，結合全部單元計算成果的分布情況，即可獲得淤背土體滲透破壞區域。

2.1.2 " 淤背寬度設置

相關研究表明，淤背土體結構與滲透破壞現象之間存在直接關系，所以不同地質條件工程的淤背寬度不可以統一標準。基于本次工程實際情況，通過可靠度分析方法可知，如果淤背寬度在80m以下，淤背土體會發生滲透破壞現象。這說明該淤背寬度不能滿足固堤施工需求，需要將淤背寬度參數進行增加。當淤背寬度達到120m時，淤背土體才不會出現滲透破壞狀況，所以將本次淤背固堤施工淤背寬度設置為120m。

2.2 " 選擇合適沙場

合適的沙場是確保淤背固堤施工[2]順利進行的關鍵，在正式施工之前，首選需要勘察河道實際環境，綜合考慮河道輸沙流程、泥沙淤積規律等因素，來選擇合適的沙場。

本項目中的河道上流屬于彎曲性河道，河勢急湍多變，河道兩岸多為險工工程。河道下流相對穩定，人工可控。但河道中泥沙淤積情況以及河岸兩邊環境復雜，導致各河段中淤積的泥沙含量配比存在較大差異。與此同時，由于該河道布局較為不合理，導致河道演變規律較為復雜。整體上看，該河道彎曲段橫向環流，為此河道中淤積泥沙較少河段的水流流向兩岸，不斷沖刷河岸邊界。同時河道中淤積泥沙較多河段的水流流向邊灘，導致該河道泥沙淤積處于不平衡狀態，無法進行橫向輸沙。

基于此布局，該河道的河灘可形成良好的固定采沙區域，適合于布置泥漿泵等設備，且該區域采沙深度較大，極易出現回淤現象。該河道險工工程段則可形成回溜落淤區域，該區域含沙量較大，適合于吸泥船進行吸泥施工。根據以上分析可知，河灘與險工工程段等區域均是合適的沙場。

2.3 " 布設輸沙系統

2.3.1 " 輸送方式確定

本次河道疏浚工程的淤背固堤施工[3]中，輸送的泥沙多為高濃度泥漿，且輸送距離較長。因此，在安全、經濟等施工原則基礎上，本次施工采用接力輸送方式，以最大程度避免對河道環境的影響。接力輸送方式就是通過兩級及以上的輸送泵與輸送管道構成一個輸沙系統，從而實現遠距離輸沙[4]。

輸沙系統布設如圖1所示。由圖1可知，本次施工所布設的輸沙系統主要由挖沙機械、輸沙管道以及接力泵等三部分組成。本次取沙作業主要在水下進行，綜合考慮河道實際環境與經濟效益，選用絞吸式挖泥船。

2.3.2 " 輸沙管道制作

在確定輸沙管道的走向之后，首先需要根據沙場到淤區之間的揚程來設計輸沙管道的長度。輸沙管道的水頭損失一般以沙場到淤區總揚程損失為主，通過能量方程式，可以計算出淤背固堤施工中輸沙的總揚程：

（2）

式中：D表示放淤固堤總揚程參數；h1、h2分別表示輸沙管道的出沙口與進沙口到河面的高度參數；q表示接力泵輸沙的流量參數；m表示接力泵輸沙流量模數；l表示輸沙管道的總長度。

通過式（2）確定好輸沙管道的長度之后，結合輸送泥漿濃度以及輸沙環境，選取鋼材制作輸沙管道。鋼管阻力較小，且耐磨損，適用于本次長距離輸沙施工。然后于地勢相對平坦的場地，以走向平直、距離短等原則進行輸沙管架的布置，最大程度降低交通等外界因素的影響。最后將輸沙管道架設在管架之上。為確保輸沙的順利進行，管道接頭使用柔性連接。

2.3.3 " 接力泵布設

先根據式（2）放淤固堤總揚程確定接力泵的級數，然后結合各接力泵之間的距離，確定接力泵的布設位置。接力泵的布設位置至關重要，如果接力泵距離挖沙機械過近，就會增加輸沙管道的壓力，導致管道損壞；反之，如果接力泵距離挖沙機械太遠，就會導致輸沙管道中發生負壓現象，從而出現氣蝕，所以科學、合理的布設接力泵，促使輸沙管道中壓力均勻，對本次淤背固堤施工非常重要。可通過如下公式計算接力泵之間的距離：

（3）

式中：L表示各接力泵之間的距離參數；D0表示接力泵的總揚程參數。

接力泵布設距離的計算公式與輸沙管道長度計算公式類似，均與排高有直接關聯。由于輸沙管道沿線布設過程中，地面的高程并非統一數據，所以在實際淤背固堤施工中，需要根據實際情況，進行有必要的調整。

2.4 " 輸沙系統運行

本文參考相關淤背固堤施工資料[5]，總結出如下輸沙系統的運行管理步驟：

2.4.1 " 開機

在檢查輸沙系統的完整度與安全性之后，按照從上到下的順序進行開機。即先打開挖沙機械，大概20min之后，將第一個接力泵之前的排氣閥打開，對輸沙管道進行排氣。當管道內氣體排放干凈之后，進行排水操作，等到第一個接力泵開始正常運行之后，以同樣的操作步驟打開第二個接力泵，輸沙系統開始正式運行。

2.4.2 " 輸沙系統操作要點

在輸沙系統運行過程中，挖沙機械是關鍵，其直接決定堤防淤背的含沙量。所以挖沙機械需要滿力運行，保證輸沙管道內的壓力可以穩定在一定范圍內，進而確保堤防淤背的含沙量。

在輸沙過程中，可以通過接力泵前安裝的真空表確定沙內含水量。如果真空表讀數較大，表示輸沙管道內含水量較低；反之如果真空表讀數較小，則表示輸沙管道內含水量較高。當輸沙管道內含水量過高時，需要及時采取措施進行處理，避免固堤效果不理想。

本次淤背固堤施工中輸沙距離較遠，輸沙管道長度較長，所以在輸沙系統運行過程中，需要在輸沙系統內布置通信網絡，從而保證各環節之間緊密聯系，方便施工中及時掌握接力泵、輸沙管路運行狀況等，進而保障輸沙系統的協調、穩定運行，提升淤背固堤施工效率[6]。

2.4.3 " 關機

輸沙結束之后，同樣按照從上到下的順序對輸沙系統進行關機。首先將挖沙機械停機，此時輸沙管道內的壓力會慢慢下降，然后將接力泵油門減小，等到輸沙管道內壓力降到一定值后，直接將接力泵停機。至此，本次河道疏浚工程中淤背固堤施工全部結束。

3 " 施工監測

在河道疏浚工程中淤背固堤施工過程中，若各淤區內地基和泥沙淤積厚度存在一定差異，會導致淤背發生不均勻沉降現象，從而影響堤防穩定性，因此，在淤背固堤施工中，需要對淤區以及大壩基礎的不均勻沉降進行實時監測。

3.1 " 監測網精度確定

為監測淤背固堤施工中的不均勻沉降，本次施工中于堤防兩側布設監測網。該監測網由水準環線構成，參考二等水準要求，確定本次施工所布設的監測網精度，如表1所示。

3.2 " 淤區沉降監測

外業觀測結束后，對監測數據進行處理，獲得堤防淤區沉降監測結果如表2所示。

由表2可知，淤背固堤施工中的淤區沉降量與淤泥厚度之間關系不明顯，主要受大壩基礎土質類別的影響，較為松軟的土質容易壓縮，所以沉降明顯；反之含水量較高的黏土，則沉降量較小。

3.3 " 壩基沉降量對比

通過一致性分析法對淤區沉降量數據進行處理，得到大壩基礎沉降量隨時間變化曲線。同時根據施工前堤防的監測數據，獲取原有大壩基礎的沉降特性，與本次淤背固堤施工后的壩基沉降量進行對比。大壩基礎沉降量對比曲線如圖2所示。

由圖2可知，大壩基礎的沉降量隨時間的推移逐漸呈上升趨勢，未進行固堤施工的大壩基礎沉降量變化明顯，最大沉降量達到16.3mm。本次淤背固堤施工后的大壩基礎沉降量變化不大，隨時間推移逐漸趨于穩定狀態，最大沉降量為8.2mm，較未施工的大壩基礎沉降量減少8.1mm。由此可以說明，本次河道疏浚工程中淤背固堤施工質量較好，可以有效加固堤防大壩。

4 " 結束語

當下，淤背固堤施工技術已經在國內河道疏浚工程中得到了廣泛運用。在施工過程中，需要結合工程實際情況，科學、合理地選擇淤背固堤施工技術，確保輸送至堤防的淤泥含水量符合工程要求，進而保證堤防加固效果。本文詳細闡述了河道疏浚工程中淤背固堤施工的具體流程，并通過監測結果驗證了本次施工質量良好，可以為我國水利工程中堤防加固工程提供技術參考。

參考文獻

[1] 章長松.河道疏浚底泥堆土鎘污染修復技術分析[J].煤田地質 與勘探，2021，49（5）：200-208.

[2] 郭慶超，陸琴.以降低洪水位為目標的河道疏浚規模與效果研

究[J].水利學報，2022，53（4）：496-503.

[3] 劉飛禹，吳文清，海鈞，等.絮凝劑對電滲處理河道疏浚淤泥

的影響[J].中國公路學報，2020，33（2）：56-63+72.

[4] 單文華，徐春峰.集鎮區疏浚工程土工管袋淤泥固化技術的應

用[J].人民黃河，2020，42（S1）：11-13.

[5] 張志勇，嚴娟.城市河道淤泥固化技術試驗研究[J].人民長江，

2021，52（12）：210-213.

[6] 董正法，黃蓓蓓，李明，等.長江中游蘆家河水道維護性疏浚

技術[J].水運工程，2020（1）：90-96.