淮河干流疏浚工程超大型排泥场优化设计

(1.淮委治淮工程建设管理局，安徽 蚌埠 233000；2.江苏鸿基水源科技股份有限公司，江苏 扬州 225000；3.淮河水利水电开发公司(驻蚌)，安徽 蚌埠 233000)

淮河干流蚌埠至浮山段行蓄洪区调整与建设工程共兴建排泥场16个，总占地面积约21560亩，平均每个排泥场面积约1500亩，个别排泥场面积甚至达到4000～5000亩。由于初步设计阶段有关排泥场设计方案及附图比较宏观，概括性较强，针对性不够，在工程具体实施时，需根据实际情况对这种超大型的排泥场进行优化设计，以确保疏浚过程中的运行安全。

本文以淮河干流香浮段行蓄洪区调整与建设工程为例，结合香浮段工程建设实际，依据疏浚工程的实践探索，对淮河干流超大型排泥场优化进行详细阐述，以期在今后类似工程建设实施中可以抓住重点、破解难点、开拓创新。

1 淮干香浮段工程简介

根据淮河流域防洪规划和淮河干流行蓄洪区调整规划，香浮段行洪区调整和建设工程的总体目标和任务为：在淮河干流河道整治及堤防加固工程已批项目的基础上，通过行洪区调整和建设工程，完善香浮段河道的防洪工程体系，使香庙至浮山段河道泄流能力达到13000m3/s，中等洪水通道流量达到10500m3/s。

香浮段工程建设内容包括：疏浚河道长25.45km，疏浚工程量约1700万m3，沿淮河右岸堤防布置4个大型排泥场，占地面积分别为1860亩、2203亩、2939亩和1560亩；铲除老堤18.57km，筑新堤17.61km，加固老堤4.26km；靠山坝加固堤长10.1km；拆除重建井头涵、团结涵、柳沟闸和张庄排涝站；影响处理工程有五河桥接长处理工程、朱顶撇洪沟交通桥处理工程及水系路系恢复工程等。

2 排泥场优化设计原则

排泥场优化设计应遵循以下原则：单个排泥场体积不易过大，采用沿淮河堤防背水侧扁平形布置，减少疏浚最大排距和综合排距；排泥场围堰后堆存复耕土，增强围堰安全可靠性；避免与其他建筑物交叉布置，减少相互干扰；综合排距尽可能与疏浚船只能力相匹配，发挥疏浚船只效率；尽可能利用现有排灌系统，减少新挖渠道工程量；做好土方平衡调配，减少弃土；尽可能挖填结合，减少运距。

3 排泥场优化内容

3.1 土方平衡与调配方案

设计优化前需对河道疏浚工程量进行加测断面，由原来初设200m一个测量断面变为50m一个测量断面，重新计算出河道疏浚工程量。同时，对新建(加固)堤防工程、压渗平台、穿堤建筑物回填量进行复核。根据排泥场布置情况，核算排泥场围堰工程量。

经重新复核后疏浚量为1601.75万m3，其中水上方为104.68万m3，水下方为1497.07万m3；堤防清基、削坡土方29.2万m3；排涝沟开挖4.94万m3；老堤铲除94.65万m3；排泥场内取土458.21万m3。堤防填筑(填塘及压渗)324.74万m3；靠山坝填筑140.17万m3；移民安置区垫高35.52万m3。

调配方案：水上方35.52万m3用于移民安置区垫高，35万m3用于堤防填筑，34.16万m3用于靠山坝填筑，水下方全部弃入排泥场；老堤铲除45.77万m3用于退建堤防及压渗平台填筑，40.06万m3用于靠山坝填筑，8.82万m3弃入排泥场；堤防清基、削坡土方用于填塘8.02万m3，余21.18万m3堤基外堆放；堤防填筑除了利用水上方和老堤铲除外，从排泥场内取土235.95万m3；靠山坝填筑除利用老堤铲除和排涝沟挖方外，还从排泥内取土61万m3。

3.2 排泥场优化设计

初设中河道疏浚排泥场共布置4处，分别为PN1号、PN2号、PN3号、PN4号排泥场。河道疏浚综合排距2.3km，最大排距3.8km。现将4个排泥场优化设计详述如下。

3.2.1 PN1号排泥场优化设计

根据快速泥水分离技术进行退水试验要求，PN1号排泥场划分成PN1-1号和PN1-2号排泥场，布置不同快速泥水分离系统进行对比试验，收集试验结果，总结经验教训。排泥场围堰顶高程取20.0m，因地面高程不同，PN1-1号和PN1-2号排泥场平均吹填高度分别为3.5m和3.0m，另外为避让道路将PN1-2号排泥场东侧围堰向东延伸约100m。PN1号排泥场优化后与初设对比见图1。

图1 PN1号排泥场优化后与初设对比图

3.2.2 PN2号排泥场优化设计

通过对现场条件进行复核，新建104国道跨淮河五河大桥施工区横穿PN2号排泥场，为避免施工干扰，将原PN2号排泥场分成PN2-1号和PN2-2号排泥场，避开大桥施工区，原PN2号排泥场上游边线距居民区尚有1200m左右的距离，将PN2-1号排泥场上游边线移至距居民区100m处；新增PN2-3号排泥场，将设计吹填至PN2-2号排泥场的部分水下方就近吹填至PN2-3号排泥场，以减小排距。PN2号排泥场优化后与初设对比见图2。

图2 PN2号排泥场优化后与初设对比图

3.2.3 PN3号排泥场优化设计

PN3号排泥场中间位置新建有蔬菜大棚区，大棚区顺堤防方向长度约1.1km，初设中未计列该项征迁费用，为减小征地难度和征地费用，将该吹填区拆分成PN3-1号和PN3-2号排泥场，避开大棚区。PN3号排泥场优化后与初设对比见图3。

图3 PN3号排泥场优化后与初设对比图

3.2.4 PN4号排泥场优化设计

初设PN3号和PN4号排泥场之间距离约3.5km，且PN4号排泥场受四周排涝干沟约束，难以扩大，造成约87万m3的水下方需远距离吹填至PN3号排泥场，最大排距3.8km。为减少排距，将在张庄站和原PN4号排泥场之间新增PN4-1号排泥场，优化后吹填至PN4-1号排泥场的水下方平均排距为1.5km。PN4号排泥场优化后与初设对比见图4。

图4 PN4号排泥场优化后与初设对比图

3.3 排泥场退水方式优化设计

初设中各排泥场每1km左右布置一道横向隔埂将吹填区划分成2～3块独立的排泥区，每0.35km左右布置一道导流埂，每个排泥区布置2～3口退水井退水。

本次优化设计采用在排泥场内每隔0.5km左右布置一道横向隔埂，将吹填区划分成独立的排泥区，取消导流埂，各排泥区吹填按先两侧、后中间的顺序进行。两侧排泥区吹填时由布置在隔埂上的退水井向中间排泥区退水，经中间排泥区沉淀细颗粒泥沙后退水至排泥场外，中间排泥区吹填时由布置在围堰或堤防上的远端退水井退水。

优化后的退水方式优点有：减小单个排泥场的容量，降低因意外事故引起吹填区围堰垮塌所造成的危害；排泥场分区吹填，先吹填的排泥区可提前固结、复耕，减小排泥场平均占地时间约2个月；排泥场横向隔埂间距由1km减小至0.5km，便于吹填期间围堰安全巡查和险情处理；两侧排泥区采用先经内部循环沉淀再外排的退水方式，可将退水含泥量由2.5%减小至2%，减小疏浚退水对环境的危害，减少退水沟渠的清淤量。

3.4 排泥场围堰优化设计

排泥场围堰沿堤线呈长条状布置，一边利用退建的堤防或老行洪堤，其余三边取土填筑围堰，土源来自相应排泥场内部。排泥场围堰填筑高度4.0m，设计顶宽3.0m，边坡1∶2.5。

根据工程地质勘察报告，排泥场内部土质以壤土和砂壤土为主，且其围堰填筑土源主要为砂壤土、粉质壤土，渗透性强。优化时，重新复核排泥场围堰渗流稳定计算，发现部分土质较差的排泥场围堰沿渗出段出渗坡降均小于允许坡降，不满足规范要求。为确保施工期围堰安全，决定对复耕土布置进行优化调整，将原设计单独堆存的复耕土堆存至沿新筑排泥场围堰的背水侧，以起到压渗平台的作用，确保施工期排泥场围堰渗流稳定，同时还可减少复耕土的运距，降低工程投资。复耕土堆放原则有：ⓐ堆放宽度不少于18m，堆高2m；ⓑ其余土方视现场情况处理可继续堆放堤后，也可以集中堆放。

4 其他方面设计优化

为使不同土质的疏浚方量与实际更加接近，本次优化设计根据河道疏浚地质勘察资料和河道疏浚断面，对河道疏浚土方的土质级别进行复核，将初设时河道疏浚水下方1、2、3、4级土的比例由0.32%、15.87%、60.44%、23.37%，分别调整为0%、15.8%、64.05%、21.14%。

将初设堤防和围堰填筑土料挖填综合系数1.18调整为1.05。

将考虑了疏浚土松散系数、超挖系数、吹填退水流失系数等的河道疏浚水下方吹填综合系数1.25调整为1.2。由于吹填综合系数优化，可使排泥场所需容量减小约4%，相应排泥场面积减小约4%，减小面积约20万m2。

5 优化成果及实施情况

通过排泥场布置优化，河道疏浚水下方综合排距由初设的2.3km减小至1.7km，最大排距由初设的3.8km减小至2.4km，全河段可直接采用500m3/h绞吸式挖泥船施工，降低了施工难度，减少工程投资约4250万元。

通过对河道疏浚土方的土质级别进行复核，使不同土质的疏浚方量与实际更加接近，降低了项目实施阶段因土质变化而发生变更的可能性，土质级别调整增加工程投资约159万元。

堤防、围堰等填筑土方的挖填综合系数由1.18调整至1.05，减小堤防、围堰填筑土料运输58万m3和19万m3，减小土料翻晒约31万m3，减少工程投资约1500万元。

河道疏浚水下方吹填综合系数由1.25调整至1.20，减小排泥场面积约20万m2，减小排泥场覆盖层剥离6万m3，减少工程投资约500万元。

通过退水方式优化，降低了因意外事故引起冲填区围堰垮塌所造成的危害，减小排泥场平均占地时间约2个月，减小退水沟清淤7.21万m3，减少工程投资约297万元。

通过土方平衡优化，较初步设计可节约投资约611万元。

香浮段行蓄洪区调整与建设工程于2014年11月开工建设，截至2018年11月份，河道疏浚工程已全部完成。工程实施过程中，排泥场严格按照设计优化后的图纸建设，运行期间安全可控，疏浚完成不到一年半即交付地方复耕。按以往的工程实践，超大型排泥场固结期需要2～2.5年方可复耕，设计优化的作用明显，值得推广。