河道清淤工程淤泥的方量計算與施工方法

謝和平 余外賓 岳陽市交通公路工程建設總公司

1.工程概況

本工程全長15.373km，控制集水面積約27095km2。受水土流失、洪水沖刷、人類活動影響，加之河流河曲較發育，河道彎曲度較高，部分河段淤積嚴重，造成河道過流斷面縮小，故需對湖南某河道進行防洪清淤疏浚，挖出河道內的砂石、淤泥，清除河道內的阻礙物，增加泄洪能力并改善河道通航能力，具有興利除害的作用。

2.工程地質及項目環境背景

本工程發源于湖南省某市區西北部干旱塘，為湘江級支流，2011年根據前期對底泥全面的本底值調查和實驗室小試結果，確定環保清淤、重力脫水和土工管袋脫水減容以及穩定化固化處理底泥的技術路線，對該工程重金屬污染進行治理。

工程區屬河流沖積堆積地貌，河流兩側為高低起伏的丘陵崗地。本河床和漫灘表層為中粗砂，階地表層為砂壤土，下部為圓礫層，丘陵崗地多為風化砂巖。在本工程區中，地表被第四系全新統沖積堆積物覆蓋，下伏基巖均為白堊系沉積巖。該項目斷面年平均流量為718m3/s，Cv（變差系數）=0.31，Cs/Cv（（水文頻率分析））=2.0，年平均徑流深為839mm。為滿足本次治理河段的設計需要，對枯水位和常水位的實際情況展開分析與計算。

3.河道清淤工程淤泥方量計算方法分析

3.1 洪水水面設計

結合常水位、設計枯水位、設計最低通航水位，通過推理水面線得出工程所在河段各斷面的水位。4～6月常水位為93.24m，將12月～次年2月定義為枯水期，并以此為基礎設計枯水期流量和水位，最終計算得到某河口斷面枯水期的設計流量為345m3/s，設計最低通航流量保證率為95%。設計最低通航水位范圍為90.8m、流量為73m3/s，其能達到規劃的Ⅴ（2）級航道要求。通過查讀水位站水位-流量關系曲線確定相應的流量分別為217m3/s、350m3/s。

3.2 河道斷面設計

本工程在規劃初期，主要以改善水質、增強泄洪能力、保障通航安全為出發點，結合工程現狀規劃河道斷面、行洪能力和水位。河底縱斷面疏挖在不改變治理河段的河道比降、天然河道走勢的基礎上，采用假設高程。水位站假設高程-0.34m，水下土質基本為砂土，疏挖邊坡不陡于1∶10。考慮到現有水壩利于通航，本次設計保留現有水壩，以其上游20m、下游35m作為疏挖控制邊線。

3.3 工程量測計算

本工程施工期間需占地276.86畝，其中林地169.61 畝，空閑地107.24 畝。本工程清淤疏浚量為636.48萬m3，其中砂料、礫石料屬于可利用料，在去除約5%的淤泥含量后可利用量仍有604.65萬m3，棄渣量為31.82萬m3。采用岸上處理方案處置河道疏挖的棄土，但需結合實際設置專門的棄渣堆放場。

3.4 徑流計算及清淤高程設計

降水是本流域的主要徑流來源，本區域最大年平均流量1269m3/s（1975 年）為最小年平均流量233m3/s（1963年）的5.45倍。平均月徑流以6月為最大，12月份最小，通過目估適線法和P-Ⅲ型理論頻率曲線線型分析計算某河口斷面1957～2015年共59年年徑流頻率，最終得出某河口斷面年平均流量為718m3/s，Cv=0.31，Cs/Cv=2.0，年平均徑流深為839mm。某河口各設計代表年逐月平均流量如表1所示。

表1 某河口各設計代表年逐月平均流量表

但需注意：清淤疏浚河段的河底高程要接近于現狀河底高程，不宜改變河道比降，治理段的疏挖斷面河底高程需與天然主河槽最低點持平。若局部河底高程不滿足通航水深段，結合現場實際適當下切，但不能改變整治河段整體比降。

3.5 岸坡穩定

岸坡主要由第四系全新沖積層組成，土質為砂壤土、中粗砂以及圓礫層，岸坡土層結構松散，抗沖刷能力較差，當河水水位處于中粗砂層附近時，粗粒土層處于最大流速帶附近，很容易被沖刷，從而導致坡腳臨空失穩崩塌。汛期來臨或雨水較多時影響就會更大，沖刷現象將更為嚴重。迎流頂沖河段受到河水沖刷侵蝕作用就更加強烈，崩岸的可能性會在短時間內快速增加。在整個施工期和水位降落期，通過計算抗滑穩定安全系數的方法，可將此時土的抗剪強度指標應分別采用快剪和固快指標；若整體處于穩定滲流期，則可直接計算抗滑穩定安全系數，此時土的抗剪強度指標也可采用慢剪指標。

計算斷面及參數：根據河道沿線地質條件選擇典型的清淤設計斷面計算分析岸坡穩定程度。運行期，坡前水位為5.5m，坡后穩定地下水位為7.5～8m。

治理區河道較順直，河床寬闊，水流緩慢，大部分河岸矮、坡度緩或為巖體裸露，山體基本穩定；沿線低洼地段均設有防洪堤，堤外坡均進行了護岸，部分未設堤防處大部分為山體，山體表面多為基巖裸露，岸坡穩定性較好。

4.施工方法

4.1 河道清淤疏浚

本工程為河道清淤，水下清淤疏浚工作由清淤疏浚船完成，配套拖輪、砂駁、輸砂躉船、膠帶輸送機等設備，將清淤疏浚料運至岸邊指定堆料點，由疏浚砂石統一經營管理單位負責接收、保管、處理及經營。采用分層開挖方式，避免出現因泥量過大而產生逃淤或泥量過小影響效率的情況。分層開挖既保證了河道底泥被充分吸取，又提高了開挖精度。清淤過程中要嚴格控制清淤疏浚船的推進速度和左右橫移速度等參數，同時還要嚴格控制監測水體中的SS濃度。

結合施工區域周邊環境、疏浚土的土質條件及現場實際情況等，疏浚產生棄土選擇棄土回填，此舉能在一定程度上節省處理費用，減少占地，降低污染及對生活環境的影響；同時采用回填處理疏浚土，將疏浚土運輸至堆料場，余水通過物理和化學方法進行雙重處理，避免處理后自動進入周邊水系的余水污染水體。堆料場填滿后，預留50cm的深度用以覆蓋耕植土，栽植綠化屬木和草皮，在做好施工區域周邊環境保護的同時防止水土流失。

堆料場區不存在較大的地質構造形成的不穩定地質體及滑坡、崩塌等不良地質作用現象，河道疏浚料直接堆放在場區內，河道疏浚料堆放后不易產生次生災害。堆料場區地下水主要為第四系松散堆積層中的孔隙潛水，受大氣降水補給。

4.2 工程措施

截、排水溝用于收集棄渣場周邊坡面范圍、堆積邊坡坡面及堆積平臺臺面的雨水徑流。其斷面形式為梯形，內外坡比為1∶0.5；邊坡系數m=1，排水溝深h=0.3m，上底寬B=0.9m，下底寬b=0.3m；表土回填棄渣結束后，屏渣并壓實其厚度以20cm為準；擋渣墻，墻高在3.5m以內，頂寬1.2m，墻面坡比為1∶0.5，墻背垂直于墻底水平。擋渣墻沿長度方向每隔10m設一道縫寬20mm的伸縮沉降縫，縫中填塞瀝青杉板；沿縱向每1m、橫向每2m呈梅花型布設直徑為75mm的UPVC排水管，并在排水孔進口處設置反濾層。

5.結束語

河道治理工程會在一定程度上影響周邊的水體環境、空氣環境和生態環境。因此在施工前和施工過程中需立足于多方面，在保證工程既定要求的基礎上盡量降低影響，提升周圍的環境質量。河道清淤疏浚不僅能增加河道的深度，提升蓄水能力、行洪能力和通航能力，減輕干道的防洪壓力，還能幫助改善河道水質，為周邊人們的生活帶來便利，推動地方經濟發展。河道治理工程是一項持久且具有重要意義工程和工作，相關部門和單位應給予重視和支持，共同為河道治理和環境保護創造有利條件。