零河水库清淤工程清淤方案浅析

王雷刚，赵小宁，王 浪

（1.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,陕西 西安 710065；2.陕西水环境工程勘测设计研究院,陕西 西安 710018）

1 水库淤积现状

零河水库位于陕西省西安市临潼区,水库1960 年5 月建成,目前水库现状正常蓄水位421.70 m,坝前的淤积高程约416.10 m,水库总库容3990 万m3、有效库容为361 万m3、淤积库容为2065 万m3,淤积库容约占总库容的52%,水库原设计的灌溉、防洪等功能丧失殆尽,为恢复水库有效库容,增强水库调节功能,特实施水库清淤。本文主要针对水库清淤过程中的清淤区选择、清淤方案选择以及具体清淤施工布置等内容进行分析。

2 清淤量及清淤区选择

目前该水库库容仅为361 万m3（2019 年实测资料）左右,已失去原设计功能,为了恢复水库供水功能,进行本次清淤,通过分析水库平均年淤积量,以及水库供水的所需库容,综合确定本次清淤总量为350 万m3。清淤工程主要清理该水库库底淤泥,该水库水面形状呈“L”型,水面宽度为250 m～480 m,平均宽度310 m；水库库区长度3.5 km,南北方向长度2 km,东西方向长度1.5 km。库区范围较大,合理选择清淤区域比较关键,结合类似工程施工经验,清淤区选择原则如下：

（1）为确保清淤后水库有效库容的增加,本次清淤选择水库放水洞底板高程415.0 m 以上、以及正常蓄水位421.7 m以下的范围进行清淤。

（2）现状水库库底比降为0.5‰～1.2‰左右,为集中清淤范围,清淤后库底坡比略小于现状比降,统一取0.5‰,清淤区域开挖边线以1∶5 坡比与两侧岸坡衔接,清淤后坝前断面库底与放水洞进口底高程齐平,为415.00 m。

（3）为了方便集中施工,尽量选择集中区域进行清淤,考虑水库即将作为供水水源,本次清淤将原库尾的鱼塘、莲菜池等范围清除,根据工程规模,清淤至库尾断面处。

根据以上原则,结合水库地形条件,清淤总长度4.19 km,河段宽度为250 m～360 m,平均宽度310 m,清淤深度为0.9 m～5.1 m,平均清淤厚度3.0m,清淤总量353 万m3。

3 清淤方案比选

根据该水库库底淤积物成分,结合目前水库常用的清淤施工方案,提出三种较常用的清淤比选方案,即干地挖掘机开挖、水力式清淤及机械式清淤。

3.1 水力式清淤

水力式清淤一般常用绞吸船施工,船上装有离心泵,船艏装有一个铰刀架,挖泥时将铰刀架放下,头部的铰刀伸放到库区底部,旋转铰刀把底泥绞碎,在铰刀口下方利用离心泵（或称为吸泥泵）吸口把泥浆通过吸泥管吸上来,直接利用排泥管把泥浆泵送到堆泥场。

3.2 机械式清淤

该方案是采用挖泥船挖泥、泥驳水上进行运输至库尾,然后用自卸汽车运输至堆淤场的方式。铲斗式挖泥船是在铲斗挖泥船的钢制箱形浮体上,安装一台旋转式铲斗挖掘机。运用该挖掘机吊臂上长斗柄前端的铲斗伸入水下,然后通过牵引钢缆将其斗柄推进,使铲斗处于开挖位置,接着收进铲斗起升钢缆进行挖掘。

3.3 干地挖掘机开挖

本方案利用放水孔将水库放空,对库底淤泥进行晾晒或人为固化,采用挖掘机直接入库开挖,配合自卸汽车运输方法清淤,开挖的淤泥运输至指定的堆淤场。淤泥固化后,挖掘机可在一定深度的淤泥上正常开挖作业,在淤泥上敷设钢板作为临时道路,可满足自卸汽车通行要求。

施工过程中,在库区一侧开挖排水沟至大坝放水洞作为导流渠过流,通过放水洞排水及局部水泵抽水,排水上游来水；并在开挖工作面用钢板铺设临时道路,采用从库尾逐步向水库中心进占施工。

对以上三种方案在经济技术、施工难易程度、工期、造价等各方面进行总结对比,见表1。

表1 各清淤方案对比表

根据前期踏勘,该水库淤积厚度大,淤积物以黏性土体颗粒为主,沉积年代久远,经过长年水库沉淀,现已固结,呈现固体状态,且水库水深较浅,水下挖掘难度大,部分区域不满足绞吸船吃水深度,因此不适合采用绞吸船施工；本次水库清淤约353 万m3,清淤量大,清淤厚度为1.0 m～5.0 m,清淤厚度大。经过对已实施清淤项目的研究分析,绞吸船适宜水库库容及水深较大、清淤厚度较小（一般不超过1 m）、且清淤总量不大（一般在100 万m3以内）的水库清淤工程；挖泥船方案施工适宜水域面积较大的清淤工程,且该方案施工效率较低、造价较高。因此本工程不适合采用绞吸船或挖泥船方案施工。

干地挖机开挖清淤方案需放空水库,目前水库仅承担部分灌溉功能,未承担供水等其他功能,考虑一定的补偿费用,采用干地挖机开挖清淤放空水库不会造成较大损失,另外,干地挖机开挖清淤可同时开展的工作面多、工期较短、综合单价低、施工难度适宜。综上所述,为了使本工程尽快实施完成,尽早发挥供水效益,从经济、技术、工期等方面考虑,本次推荐干地挖机开挖清淤为最优方案。

4 清淤施工方法

结合水库周边道路、地形等条件,将清淤范围分成3 个大区,为上游区、中游区、下游区,针对三个区域淤泥性状,分别采用不同的施工方法,具体施工方法如下。

（1）上游区

水库放空放水后,该区域库底出露,可干地施工,长度1.27 km,淤泥量212.01 万m3。清淤深度2.68 m～5.4 m。库底淤泥可采用分层开挖,分层厚度由现场试验确定,初定2.0 m。7 台反铲挖掘机挖淤泥,装至15 t 自卸汽车上,运输至堆淤场。

（2）中游区

中游区,需要布置明渠作为泄水建筑物排走河道来水,排走河水以及清淤表面的流水,减少流水对施工的不利影响。其中,水槽开挖9.91 万m3,挖掘机开挖,堆在水槽右侧。

中游区长度0.69 km,淤泥量70.45 万m3。清淤深度1.55 m～5.3 m。分左右2 个工作面施工。

采用淤泥上铺设钢板作为运输临时道路,钢板铺设,以自卸汽车运输,挖掘机吊运,人工辅助。淤泥挖运走后,回收钢板、循环利用。左右方向2 个工作面、4 台挖掘机。

（3）下游区

下游区需要布置明渠作为泄水建筑物排走河道来水,排走河水以及清淤表面的流水,减少流水对施工的不利影响。分层开挖,分层厚度由现场试验确定,初定0.5 m。反铲挖掘机挖淤泥,装至15t 自卸汽车上,运输至堆淤场。

下游区长度2.08 km,淤泥量70.72 万m3,清淤深度0.93 m～4.7 m,分上下游2 个工作面施工。采用淤泥上铺设钢板作为运输临时道路,以自卸汽车运输,挖掘机吊运,人工辅助钢板铺设。淤泥挖运走后,倒推法回收钢板、循环利用,2 个工作面、4 台挖掘机。

5 结论

二十世纪六七十年代我国建成了大批水库,经过多年运行,目前淤积问题普遍比较严重,部分水库已经近乎淤满,逐步丧失了原有设计功能,水库清淤工作迫在眉睫,然而目前又无行之有效的清淤方案以及成功的水库清淤实例。该方案的批准可为后续水库清淤项目的设计提供借鉴。综合分析该水库清淤案例,首先需要根据水库设计功能等,合理确定水库淤积总量以及设计清淤量；然后结合水库库底地形,合理确定水库清淤区域；下一步根据水库库底淤积物的类型以及库区周边地形条件等确定水库采用的清淤方案；最后根据水库周边施工条件,进行施工总布置设计。