浅水湖泊干法清淤若干问题初探

徐子令，陈 鸥，段育慧

（淮安市水利勘测设计研究院有限公司，江苏 淮安 223005）

1 概述

长荡湖位于常州市金坛区境内东南部9 km处，是江苏省十大淡水湖之一，集防洪调蓄、水资源、生态环境、渔业养殖、气候调节及旅游等功能于一体的浅水型湖泊，是太湖流域湖泊群中重要组成部分。长荡湖清淤前水质为Ⅴ～劣Ⅴ类水质，接纳的污染主要为氮、磷、COD，部分区域受重金属污染。2012年5月监测，总氮平均值为2.12 mg/L，总磷为0.134 mg/L，COD为5.410 mg/L，叶绿素平均值为27.95 ug/L。重金属 As、Hg、Cd、Cr、Cu、Pb、Ni、Zn等8种含量相对太湖流域其他湖泊偏高。对湖底表层48个采样点重金属污染进行分析，强度和很强生态危害采样点所占比例超过58%，进行底泥疏浚将其清除，是十分必要和迫切的。

长荡湖生态清淤面积为39.87 km2，清淤深度0.1～0.4 m，清淤总量752.5万m3，项目计划分五期实施，一期工程位于湖面东北角，位于金坛区新建水厂取水口范围，计划清淤面积约9.7 km2，清淤深度0.12～0.30 m，清淤量约173万m3。为防止二次污染，根据初设报告及有关批复，一期工程采用干法施工。并对淤泥进行集中填埋处理，排泥场就近布置于湖区北侧。

2 湖区清淤设计探讨

2.1 水文、地形、地质情况

长荡湖湖区多年平均水位为 3.45 m，正常蓄水位为3.49 m，设计洪水位为 5.66 m。5年一遇高水位为5.18m，10年一遇高水位为5.46 m，20年一遇高水位为5.69 m。非主汛期5年一遇高水位为4.24 m，10年一遇高水位为4.46 m，20年一遇高水位为4.66 m。湖区平均水深1.1 m左右，正常蓄水位下相应的湖区面积为81.97 km2，容积为0.90亿m3[1]。

2014年4～10月在长荡湖布设7963个水位测量点位，绘制了长荡湖湖底高程图，见图1。湖底高程为1.05～3.95 m，平均2.4 m。一期工程位于湖区的东北角，底高程多在2.2～2.4 m之间。长荡湖湖底地形平坦，为典型的平原浅水湖泊。

图1 长荡湖湖底高程等值线图

根据地勘资料，一期工程湖区范围内表层为淤泥，下部依次为粉土夹粉质黏土、黏土，局部有淤泥质粉质黏土夹粉土分布，总体地质条件较好，满足机械进场施工条件。排泥场范围内主要为素填土和黏土，承载力170～210 kPa。

2.2 一期工程底泥疏浚深度及疏浚量的确定

在项目进展前期，对湖区底泥进行采样分析，对底泥中的总氮TN、总磷TP、有机质LOI以及8种重金属砷、汞、镉、铬、铜、铅、镍、锌进行了检测，采用长荡湖湖底未受污染的底泥作为背景值，通过对比确定湖区各处污染物超标的情况及深度范围，采用包络线法确定各监测点的清淤深度[2]。按照上述方法，一期工程9.93 km2划分为5个清淤区域，参见图2，各区域清淤深度依次为0.3 m（区域1）、0.3 m（区域 2）、0.30 m（区域 3）、0.25 m（区域4）、0.12 mm（剩余区域）。利用各区域面积乘以相应的清淤深度得出一期工程总清淤量为173万方[1]。

图2 长荡湖清淤工程分期分区图

2.3 施工方法的选择

湖区清淤常用施工方法大致分为2类：干法清淤和水下清淤。水下清淤主要采用挖泥船施工，但水深要满足施工船舶的航行要求，清淤高程控制难度较大。一期工程清淤厚度小，面积大，且该区域中心位置计划建设金坛区自来水取水口及输水管道，为了保证清淤质量，便于施工质量控制，经比选采用干地施工。但如此大面积的湖区干地施工案例极少，缺乏工程经验。且湖区存在软土区域，推土机、挖土机等机械进场施工需要采用一定的措施，并做好湖区降排水工作。

2.4 围堰设计

为创造干地施工条件，需要在一期工程西侧和南侧建设挡水围堰，其中西侧围堰长2.85 km，南侧围堰长3.58 km，合计6.43 km[3]。围堰顶高程采用10年一遇的非主汛期施工期水位加安全超高，确定为5.6 m；围堰在湖底以上高度约3.3 m。长荡湖汛期水位变幅大，水位增速快，需要考虑围堰过水度汛的工况。围堰选择在非汛期建设，工期紧、任务重。选择一种适合机械化施工，进度快，质量有保障的围堰型式成为设计重点。结合水利工程常用的围堰型式以及当地缺乏土源的实际条件，选择钢板桩围堰。按照湖区地质钻探资料，分区域采用单排或双排钢板桩，分段确定钢板桩长度及桩后戗体的尺寸。双排钢板桩顶部结合湖区排水设置多台排水泵，可节约排水泵站的造价，围堰前后适当防护以策安全。

2.5 湖区施工道路的布置

一期清淤湖区东西向长度3.3 km，南北向长度约3.5 km。排泥场位于长荡湖北部，排泥场中心距离湖边650 m。湖区抽水后，进场道路考虑到施工出土以及机械调配的需要，采用井字形布置。其中南北向为主要出土道路，间距500～600 m；东西向为次要道路，间距250 m，为推土机的经济作业长度的2倍，便于推土机往道路旁集土。考虑到一期湖区可能进水度汛，南北向中部道路填筑较高，将一期湖区再次分为东西2个部分，以梯级蓄水，减少钢板桩围堰的承压水头。

南北向道路采用15 cm泥结石路面+15 cm砂石垫层+6%灰土路基，东西向道路采用60 cm厚灰土填筑，道路宽度均为6 m，道路纵坡不大于5%。道路总长度53 km，填筑土方来源为排泥场库区开挖。

2.6 湖区施工期排水

施工期排水垄沟沿湖区施工道路两侧布置，距堤脚10 m，底宽0.5～1 m，底高程1.0～1.4 m，沟底比降万分之一，边坡1:1。与临时施工道路交叉时埋设直径1 m钢筋混凝土排水管。排水垄沟总长约104 km，预埋钢筋混凝土管总长度约1200 m。结合一期湖区临时排水泵站的设置，分区排水，按照线路最近原则设计排水沟水流走向。

3 排泥场区的设计探讨

3.1 淤泥库区容积控制

湖区淤泥含水率为41.71%～85.61%，平均含水率约63%左右。湖区抽水后，由推土机集土打堆，排除部分含水。然后由自卸汽车运至排泥库区堆放，淤泥体积将会有较大量的缩减。故排泥库区容积不需要考虑放大系数，按照设计清淤量开挖即可。施工期库区淤泥表面积水主要由下雨及淤泥沉积后上层积水组成。及时排除表层积水，可防止后堆淤泥与积水混合，从而充分利用库区容积。此外，在排泥场库区底部设置排水盲沟，淤泥的渗水将通过排水盲沟汇入库区外集水井，水泵定期抽水，为淤泥固结创造条件。

3.2 库区的防渗处理

湖底淤泥重金属、总氮、总磷超标，且排泥库区边缘距离湖区仅250 m。为了防止淤泥污染地下水，进而影响自来水厂取水口水质，初步设计时借用垃圾填埋场的防渗处理方法，对库区进行了防渗处理，采用2 mmHDPE环保复合防渗土工膜，后期施工图设计时进行了优化。库区底部采用2层复合土工膜，每层复合土工膜均为两布一膜结构；库区顶部采用一层复合土工膜覆盖，防止雨水下渗。

优化后的排泥场底部及坡面铺设复合土工膜代号为：FN2/HDPE-20-500-0.75；材料为：长丝纺粘针刺非织造土工布基材/HDPE复合土工膜，二布一膜，标称断裂强度为20 kN/m，非织造布总单位面积质量500 g/m2，膜厚度0.75 mm[4-6]。其余各基本项技术要求、耐静水压和外观疵点满足《土工合成材料非织造布复合土工膜GB/T17642-2008》要求。排泥场面层覆盖复合土工膜代号为：FN2/HDPE-20-500-0.5；材料为：长丝纺粘针刺非织造土工布基材/HDPE复合土工膜，二布一膜，标称断裂强度为20 kN/m，非织造布总单位面积质量500 g/m2，膜厚度0.5 mm[4-6]。其余各基本项技术要求、耐静水压和外观疵点满足《土工合成材料非织造布复合土工膜GB/T17642-2008》要求。此外，复合土工膜的水蒸气渗透系数要求≤1.0×10-13g.cm/（cm2.s.pa）。土工膜按照一定幅宽生产，预留焊接边缘，现场拼装焊接，与库区底部及边坡地面紧密贴合，并按要求预留褶皱。

3.3 排泥场区的排水设计及污水处理

场区排水主要包括施工期降雨及淤泥渗水。排泥场划分为若干排泥库区后，每个库区上口基本为长方形，长度约250 m，宽度约200 m，深度根据容积计算确定为6.5 m。积水主要为各库区淤泥表层积水及暗管汇入集水井的渗水。故设置2套排水系统，分别排除表层积水及底部渗水。在各库区上口埋设管网，各库管网连通，预留接口、安装闸阀、压力表等设备，采用移动式潜水泵将库区表层积水排入管网，最后汇入污水处理池中。库区底部每隔30 m埋设MG300塑料盲管，外包土工布、砂石垫层，形成排水暗管。渗水由排水暗管搜集后汇入各自库区外围的钢筋混凝土集水井。在排泥场四周设置截水沟，阻断排泥场与外部的雨水漫流，截水沟兼做施工期的污水搜集渠道。集水井渗水通过潜水泵抽排进截水沟，截水沟末端与排泥场污水处理池连通。

通过上述2套排水系统，排泥场污水已经全部搜集进污水处理池。污水处理池分为2套4个水池，每套含1个初步处理池和1个深度处理池，在处理池内添加沉淀剂、絮凝剂等加速污水净化。水池底部淤泥定期清理，2套处理池可以依次使用，保证污水处理的不间断进行。污水处理经检测达标后排放进长荡湖。

3.4 场区的复垦

在库区淤泥填满后，先回填的库区淤泥经排水固结已经达到一定强度。为了顶部铺膜的需要，在淤泥顶部可填筑部分好土，采用湖区施工临时道路挖除弃土进行库区表层回填。既处理了弃土，又为库区顶部铺膜及上部覆土创造了较好的基础条件。经当地规划，排泥场区后期主要为园林绿化，不种农作物。覆土厚度结合土方平衡及地形条件确定为0.8 m，略高出周围地面。为了防止作物根系对库区顶部铺膜造成损坏，主要栽植根系不发达的草本植物及灌木。

4 结语

长荡湖清淤工程基本完工，清淤效果良好。采用干法施工后，湖底重金属及有害有机物得到了充分的清除，经过施工期翻土晾晒，原湖底有机物产生的有害气体得以充分释放，保证了金坛区长荡湖水源地的顺利建设。同时长荡湖作为太湖上游的第二大淡水湖，湖区面积仅次于滆湖，其污染物的大量消减对太湖水质的改善具有重大意义。如此大面积的湖区干地清淤及淤泥处置，为后期类似工程的实施积累了经验。