前進水庫清淤工藝研究探析

李 飛 安 倩

（1 晉中市水利發(fā)展中心 2 晉中市水利勘測設(shè)計院有限公司，山西晉中030600）

前進水庫地處黃河流域汾河水系一級支流段純河支溝內(nèi)。水庫規(guī)模為小（Ⅰ）型，工程為Ⅳ等。主要永久性建筑物級別為4 級，次要永久性建筑物級別為5 級。水庫大壩、泄洪洞和輸水洞組成樞紐工程。大壩為堆石混凝土重力壩，壩頂長172 m，壩頂高程908 m，最大壩高32.5 m；主要建設(shè)任務(wù)為山西省大水網(wǎng)中部引黃工程縣域供水調(diào)蓄庫，水庫總庫容199 萬m3，其中，調(diào)蓄庫容142.3 萬m3。目前，壩前淤積深度高達16.8 m，大壩上游做防滲面板時需將壩前淤積清至壩基處，除設(shè)計庫區(qū)清淤6 m 外，還有10.8 m 高度的淤泥需開挖。

1 清淤必要性分析

庫區(qū)上游普遍發(fā)育第四系黃土地層，水土流失治理度不高，庫區(qū)上游來水中攜帶的泥沙含量較多，淤積嚴重。目前，庫區(qū)內(nèi)淤積物總量約為90 萬m3，占原設(shè)計庫容的60%，嚴重消減了水庫有效庫容，影響新建水庫效益正常發(fā)揮，再者庫區(qū)在前期接受了大量鐵礦業(yè)、洗煤業(yè)排放的尾水，庫水受到不同程度的污染，受庫水長期的浸沒和腐蝕，庫區(qū)的淤積物也不同程度地受到污染。前進水庫清淤工程的實施，最大的優(yōu)勢在于：一是耕地不被侵占，二是建材不損耗?；诖?，水庫的有效庫容就能得到恢復，水庫的水質(zhì)也能明顯改善。因此，實施前進水庫清淤工程是有必要的。

2 清淤方案的比選

目前，水庫清淤工程的實施有陸地和水下兩種方案。本次水庫的清淤從放空水庫實地機械清淤和水下清淤兩種方案進行比選[1-3]。

2.1 陸地清淤方案

目前，較為傳統(tǒng)且運用普遍的清淤方式是陸地清淤。在排水條件好的小水庫、小湖泊，此種方式應(yīng)用廣泛。陸地清淤方式的施工技術(shù)簡便，不留盲區(qū)，且操作性強。以往人力清淤普遍應(yīng)用于該方式，施工周期相對較長。隨著社會的發(fā)展，機械化施工運用廣泛，大型機械用于陸地清淤施工，極大提高了施工效率，大幅縮短了施工時間，工程投資也降低了。

2.2 水下清淤方案

在一定水深的條件下，水下清淤方案主要應(yīng)用于大型水庫、湖泊以及河道的淤泥清理。就水庫而言，主要有抓斗式、絞吸式挖泥船、氣動泵船等設(shè)備進行水下清淤的施工，此類設(shè)備需專業(yè)人員操作，技術(shù)要求高。

絞吸式挖泥船在內(nèi)河、湖泊、港口等的疏浚工程中比較常用[3]。河床泥沙通過裝在船前橋梁前緣的鉸刀進行切割攪動，泥漿在離心泵吸入真空的作用下沿著吸泥管流入泥泵的吸入端，泥漿泵產(chǎn)生離心力把泥漿逐漸壓入排出端，再通過排泥管將泥漿輸送到淤泥區(qū)。絞吸式挖泥船可以一次性連續(xù)完成挖泥、運泥以及卸泥的施工過程，工作效率較高，但不足之處是淤泥清理的單價較高。

2.3 最佳清淤方案選定

前進水庫的清淤方案比較，見表1。

表1 陸地、水下清淤方案比較表

比選分析：前進水庫具備自然放空且放水排干進行陸地清淤工作的條件，通過對上述兩種方案的比較，實地機械清淤方案操作簡便，施工流程較少，且投資相對較低；水下清淤方案則要求在水庫附近選擇合適的淤泥區(qū)或筑堰，將淤泥暫存在庫尾修建的臨時淤泥區(qū)，經(jīng)固化處理后再運送至棄渣場，這種方式操作困難復雜，投資也較高。因此本次水庫清淤采用放空水庫實地機械清淤方案[4]。

3 清淤工藝設(shè)計

3.1 清淤量的確定

根據(jù)調(diào)洪結(jié)果，在現(xiàn)狀塘壩庫容基礎(chǔ)上進行清淤，清淤后增加有效庫容45.3 萬m3，即可滿足水庫的調(diào)蓄要求。

3.2 清淤范圍的確定

由于庫區(qū)在前期接受了大量鐵礦業(yè)、洗煤業(yè)排放的尾水，庫水受到不同程度的污染，受庫水長期的浸沒和腐蝕，庫區(qū)的淤積物為污染淤泥，需固化處理再進行開挖。

結(jié)合調(diào)洪結(jié)果，本次清淤范圍確定為：原壩址至庫區(qū)上游475 m，平均清淤深度4 m，清淤量約為31.6 萬m3；庫區(qū)上游從左側(cè)鄉(xiāng)村路向下游285 m 范圍內(nèi)平均清淤深度2.7 m，清淤量約為13.7 萬m3；庫區(qū)總清淤量約為45.3 萬m3。

3.3 清淤工藝設(shè)計

新建泄洪洞建成后，將舊壩拆除至設(shè)計高程，庫水能通過新建泄洪洞排向下游河道，在非汛期進行庫區(qū)清淤施工。清淤時先沿庫區(qū)中部按底寬5 m、邊坡1：4、深度4 m 從下向上開挖明渠，待淤泥里的水分控出并順著明渠排向下游河槽后，再在每年非汛期（10月至次年2月）進行淤泥開挖施工。明渠橫斷面見圖1：

圖1 明渠開挖橫斷面

淤泥開挖采用進占法鋪設(shè)臨時施工道路、后退法開挖以及二段式加長臂挖掘機和人工開挖相結(jié)合的方式。臨時道路進占且石渣沉降穩(wěn)定后，挖掘機開始左右及前方三個工作面的淤泥開挖工作，邊開挖、邊出渣、邊進行前方石渣鋪筑。開挖作業(yè)流程按圖2進行：

圖2 開挖作業(yè)流程圖

4 結(jié)論

本水庫淤泥基本處于飽和狀態(tài)，加之淤泥開挖深度及開挖量大，施工難度較大，技術(shù)要求較高。因此，選擇最優(yōu)清淤工藝對于提高水庫有效庫容，改善庫區(qū)水質(zhì)有著重要作用。