水力吹填土方在黑岗口调蓄水库工程中的应用

□ 梁红伟 □马 震

（1开封市引黄管理处 2河海大学）

1 工程概况

黑岗口调蓄水库位于开封市新老城区结合部，连霍高速公路以南，晋安路以北，开封新区一大街以东，护城大堤西侧。水库库区东西宽约1.20 km，南北长约5 km，总库容980万m3，兴利库容630万m3，规模为小（1）型水库，主要工程量为土方开挖量1200万m3，土方填筑量38万m3。水库设计灌溉面积1.67万hm2，向开封市城市年供水3000万m3。建筑物主要有水库堤防、防渗墙、水闸，该水库是平原水库，水库建成后对缓解开封市水资源的短缺局面，提高应对水资源突发事件的能力，提高农业灌溉保证率，发展农业生产，改善环境，提高城市品位具有重要意义。

2 工程地质条件及挖运方案分析

2.1 工程地质条件

库区主要为第四系全新统地层，主要由轻粉质壤土、中粉质壤土、重粉质壤土及细砂组成，水库开挖土方主要为上层的轻粉质壤土、中粉质壤土。

2.2 挖运方案分析

施工任务：土方开挖外运1200万m3，运输至310国道南侧废旧坑塘，运距15 km，工期240日历天。

目前，远距离挖运土方常用的土方挖运方式主要有挖掘机开挖、自卸车运输方案，水力机组开挖、泥浆泵运输方案，具体选用方案时按工程实际进行对比分析选用科学经济的方案。见表1。

表1 运输方案对比分析表

对比显示，挖掘机开挖自卸汽车运输弃土至南干道两侧的坑塘和低洼地，对周边环境影响大，工程投资高。相对而言，泥浆泵输送弃土，有安全高效、生态环保、节省大量投资等优点。

采用水力机组开挖泥浆泵运输方案更有施工有利条件为库区开挖土方属于Ⅲ类土，易于水力机组开挖；土方开挖区和弃土区都紧邻开封市黑岗口引黄灌区干渠，施工用水从黑岗口引黄闸引用黄河水可以得到保证；泥浆管道及高压线路可铺设或架设到现有干渠内；弃土区紧邻开封市马家河河道，便于排水。从水利工程施工方案选择的实际出发，水力机械开挖泥浆泵管道输送弃土的施工方案更为合理可行。

3 工作原理

水力机组吹填土方，是依靠水力切割作用进行挖土，即水流经高压水泵产生压力，通过水枪喷出一股密实的高压水柱，切割、粉碎土体，使之湿化、崩解，形成泥浆和泥块混合物，再由泥浆泵及排泥管运送至排泥场，泥浆在排泥场内经沉淀、蒸发形成新的土地。

4 工程总体布置

施工区总体分为：引水区→开挖区→传输区→弃土区→排水区。

4.1 引水区

每冲挖1m3土方就需要3m3水源，水力冲挖土方需要大量水源，保障充足水源是工程开展的前提，水库土方开挖区东临黑岗口灌区西干渠，这样就为水库开挖引水提供了得天独厚的地理条件。土方开挖用水全部从黄河引水，沿黑岗口灌区总干渠、西干渠输送至库区开挖蓄水池。

4.2 开挖区

每个作业面配备5个泥浆泵（型号150PNL），5个高压清水泵，每台清水泵配2个高压水枪，以高压水枪形成的高压水柱冲切土方，土方形成泥浆后由泥浆泵抽入集浆池。

4.3 传输区

传输区主要由185kW加压泵（型号300SGM）和输泥管道（型号300×400）组成，输泥管线总长约15 km，沿西干渠及南干渠渠底铺设，沿途不增加新用占地，不影响交通。每条管线每隔2 km布置1台加压泵增加传输力，沿途需八级加压，将泥浆运输至310国道两侧坑塘。

4.4 弃土区

土方开挖弃土区为20世纪80年代砖瓦场形成的坑塘、废弃鱼塘。坑塘之间开挖排水沟渠，使坑塘相连通，泥浆经多级沉淀排清水退入尾水渠。

4.5 排水区

退水渠与天然河道马家河相连，沉淀后清水经退水渠入排水河道马家河。

5 施工要求

水枪冲切土层时，先冲击泥浆泵与浮筒部位土体，使其四周形成洼地，泥浆泵设在浮筒上，泵的吸口伸入洼坑中，保持泥浆泵达到最大输送流量。

水力冲挖要注意库区底部高程的控制，开挖前先测量地面高程，在岸边库周设立几个高程控制点，在开挖过程中在库底布设高程控制桩，标明设计库底高程的位置，并用水准仪或GPS测量仪对开挖完成区域进行复测，加强库底高程控制。

输泥管线铺设要沿渠底铺设应保证不影响交通、平坦顺直、避免死弯，转弯处要用柔性管道连接，管道接头处应紧密严实，不得漏浆或漏水，一旦发现泄露，应及时抢修。

弃土区坑塘要做好安全防护、安全警示标志，并安排专人加强坑塘周围的安全巡视，泥浆要经多级沉淀，确保尾水含沙量<3.28 kg/m3（黄河多年平均含沙量）后，方可退入排水河道。

独立供电系统都应实行“三相五线制布线（TN-S）”，生产电气设备、电动施工机械完全实行“一闸一机一漏一箱一锁”，施工一线工人要穿防护服、戴防护手套。

6 效益分析

按照水利部[2002]部颁定额分析计算，挖掘机开挖、自卸汽车运输，土方单价40.49元/m3，外运1200万m3土方共需费用约4.86亿元；按照黄委会[2004]定额计算，水力机组挖运，每立方米土方单价23.35元，外运1200万m3土方共需费用约为2.80亿元；采用水力机组挖运方案共节约投资2.06亿元。

水力吹填土方共淤平坑塘面积266.67 hm2，淤平的土地可作为可耕农田，确保了耕地面积有增无减。

淤区沉淀后清水退入马家河及惠济河，改善了马家河及惠济河水质。

7 结语

水力机械吹填土方在黑岗口调蓄水库中的应用，是依据黑岗口水库所处的地理位置、外部施工条件做出的科学选择，它的应用既节约了资金，又减少了对环境的污染,具有显著的经济效益和生态效益。