河道疏浚技术在河道整治中的运用分析

1 引言

我国地域辽阔，南北跨度较广，领土范围内分布着许多走向不一的江河湖泊，这些湖泊的存在改善了区域景观，为珍稀动植物的生存提供了空间和水源。 但受到气候、地质等因素的制约，很多河流也出现了严重的泥沙淤积、河床抬高问题，给洪涝灾害的发生埋下了伏笔。 为解决该种状况，我国很多学者都加入了河道整治、河道疏浚的研究当中，其中，李长雨[1]系统论述了河道疏浚技术内涵、要点，对比介绍了挖泥船疏浚、挖掘机疏浚方式的异同点，给出了底泥固化、淤泥焚烧等几种不同的河道淤泥处理方式。艾翠兰[2]归纳了疏浚工程常见的难点问题，重点论述了资源化淤泥处理方式优越性。 梁作达[3]则以疏浚施工为背景， 阐述了施工进度控制、 安全控制的内容要点，为河道疏浚理论的充实、完善提供了助力。 本文吸取已有成果优点，结合甘肃省洮河支流某段河道整治案例进行阐述，从实践角度出发梳理河道淤积量计算方式、开挖量计算方式，结合案例工程实际情况分析了挖掘机疏浚方案、 挖泥船疏浚方案的异同点及优劣，最后引入创新淤泥制砖技术、淤泥田土改造技术，具有较高的借鉴意义。

2 案例工程概况

为直观说明河道疏浚技术应用要点， 本文引入甘肃省洮河某支流河段疏浚工程案例， 目标疏浚河段全长8.20 km，疏浚总长为2.13 km。 本次疏浚作业难点主要集中在以下两个方面：（1）河岸坍塌。 河流部分节段的河道较为狭窄，河水变道转弯且坡降较大，两侧的土壤抗冲击性能较差，水流状态也经常呈现出不稳定状态，在河流凹岸部分可见多处崩岸，凸岸部分则多见淤积，再加上案例河流区域多处分布有粉质壤土，因此抗冲刷性能较差，水土流失愈发严峻。 （2）河床抬高。 由于河道蜿蜒曲折， 水泥混合物很容易在离心力作用下形成横向环流，底层结构含泥沙量较大，在凸岸部分产生淤积，长此以往造成了河床的抬高，一旦发生洪涝灾害将给周边农田村庄带来严重危害。 这种情况的发生与人为因素同样有极大关联，由于整治区域内部人流分布较为密集，且河流保护意识较差，因此生活垃圾排放问题时有发生， 部分河段甚至出现搭棚、 开荒等情况，进一步缩窄了河道行洪断面，给河道安全带来较大威胁。

3 河道疏浚技术应用要点

3.1 河道淤积量计算

河道淤积量是疏浚技术应用环节极为重要的原始依据，主要用于衡量河道现有过水能力， 辅助评估河道水土流失情况等，其计算方式较为简单，以河床深度除以设计河深算出比值即可。 以设计断面为基准进行判断，当河道深度降至标准值的70%以下时，就说明河道存在淤积情况，需要开展疏浚整治。 造成河道淤积的原因较为多样，既有自然沉积也有人为因素的影响，淤积量过大会导致河床抬高，还会带来槽蓄减小等问题，因此日常管理中必须要加强维护。 案例河段中部分区域为天然河道，也有部分为人工开挖河道，二者的淤积量计算方式是存在一定差异的。 其中自然形成部分的计算较为复杂，可以采用人工淤积探测方式，也可以使用河道规划断面、实测断面拟合推断方式。 人工开挖部分的计算方式相对明确一些，即：

式中，W 为河道淤积量；Sj为开挖时河道的大断面面积；Si为实测河道大断面面积；Li为该断面的河道控制长度。

3.2 河道开挖量确定

开挖量对于疏浚施工来说有着较为直接的指导意义，计算方式与淤积量计算方法类似， 具体来讲应当用规划断面尺寸减去现状断面尺寸，算出差值后乘以河道控制长度，多个节段的乘积相加即为总开挖量。 在人工开挖河道中，开挖量直接取淤积量即可，但对于自然河道来说，则要适当提高开挖土方量， 以确保疏浚效果的优化。 本次采用绞吸式挖泥船开挖方案，施工环节需要严格控制开挖总量，最大允许超宽值、超深值不能超过表1 所述标准。

表1 开挖河道最大允许超宽值及超深值

3.3 河道规划断面测量

除河道淤积量、开挖量外，疏浚施工过程中还需要关注河道规划断面问题，结合圩区级别、河道级别等确定堤顶高程、河底高程，同时根据土质调查结果确定边坡系数。 对于黏土分布区域来说，边坡系数控制在1∶1.5 较为适宜，壤土地区控制在1∶2 即可，本工程处于含粉砂土区域，因此边坡控制系数定为1∶2.5。实践操作时需要首先测量河床断面，以设计断面为基准进行对比分析，计算出相应的开挖土方量和深度系数，准确把控河道横断面情况，并根据测量结果精准放样，设置定点号桩。 冬春季节工程竣工后，也要进行系统的水深测量，借助水尺、测深杆，或者回声测深仪等对河流深度进行测量，为减少测量误差带来的评估错误，通常要求疏浚施工中前、中、后测量方式相同。

3.4 河道疏浚方案制订

从前述分析中可以看出，案例工程疏浚河段长度较长，淤泥沉积较深，且周边环境较为复杂，现场调查后共形成了3 种不同方案。 A 方案将开挖便道布置在河道中，从上游到下游分割出几个不同区域，开挖时淤泥逐渐转移到便道侧面，结束后渣土车进场统一清理。 这种方案利用原河道导流，能够解决岸边构筑物密布的问题，施工效率较高，但机械下河环节需要外借土石方，整体成本较高。 B 方案将便道布置在河岸边，同样采取分区开挖的方式，能够较好地解决机械下河难题，省略了外界土石方的步骤，但对岸边环境要求较高。 且河流周边环境本身较为复杂，如果采用排干清淤方式，必将带来导流难度增大的问题，因此初步分析后确定了带水清淤的大方向。 C 方案制订时，主要考虑了斗轮式挖泥船、气力泵等4 种机械设备，其优缺点对比可见表2。 其中传统绞吸式挖泥船采用普通刀头，在电机作用下对底泥进行切割、搅动，混合成泥浆后经由离心泵泵出，虽然效率高且深度易控制，但可能造成水体扰动问题。 本次工程使用环保刀头，可以在切割清淤的同时降低水体搅浑风险，保障水体稳定性。

表2 河道清淤工程疏浚设备对比

3.5 河道疏浚施工方法

运用环保型绞吸式挖泥船设备疏浚河道时， 要提前进行疏浚前测量， 适当清除河道内的垃圾和水草， 借用挖泥船开挖，并经由设备管道实现淤泥输送，转运场设置水泥分离机、固态淤泥及杂质由自卸汽车运输到指定地点， 液态水体则进入沉砂池，最后排入河道。 驾驶绞吸式挖泥船时，要深入了解船舶设备特性，知晓各种设备的参数、绞刀直径、主机转数、负荷等，运行过程中也要时刻紧盯仪表，根据实际情况调节各项控制参数。 左右的横移缆、锚头缆等要收放得当，防止收放过多造成绞刀缠绕，横移锚后，也要及时下放桥梁施加拉力，无特殊要求时，控制在额定压力的1/3~2/3 即可，第一刀横移速度要适当放慢，避免出现走锚现象。 若疏浚区域的泥层厚度较大，施工环节还应当采用分层作业方案，厚度要根据土质、绞刀性能等确定，一般控制在绞刀直径的0.5~2.5 倍为佳，土质较为坚硬的区域可适当缩小取值。

4 河道疏浚淤泥处理技术

4.1 淤泥制砖技术

近年来，我国生态文明建设初见成效，各行业领域纷纷加入了碳减排、碳达峰的战略行动之中，砖瓦行业作为旧有产业结构中能耗大户，同样为节能减排做出了重大贡献。 据2022年数据显示，我国砖瓦行业碳总排放量仅有1 934 万t，在建材行业总排放量中仅占1.31%左右。 本次工程积极响应绿色经济号召，进行了疏浚淤泥的回收再利用工作，工序流程可见图1。淤泥挖出堆放至指定地点后，经过进料、加工、制砖坯、晾晒等工序最终成为成品砖， 掺入河泥量达到90%， 另外掺入干粉2%，煤渣8%，在正常气温下仅需3~4 d 即可完成晾晒，制成的砖体经过检验完全符合使用销售标准， 带来的经济收益也十分可观。

图1 河道疏浚淤泥制砖技术操作流程

4.2 淤泥改良田土技术

对于杂质含量较少、富营养化严重的区域，还可以将疏浚出的淤泥材料用于改良土壤，泥浆从管泵中流出并经过稀释、过滤，排放到附近农田之中，厚度控制在10~12 cm，整体低于田埂高度，可以较好地缓和甘肃地区土壤贫瘠、缺水的困境。也可以在翻耕作业后进行淤泥覆盖， 施工环节应当指定专人负责监管，根据施工速度、实际情况等移动管束，确保田面平整性。 无特殊要求时，隔20~80 m 移动一次管束即可，为避免淤泥中的不可降解杂质进入农田， 造成农田土壤及用水的污染，还可以在泥浆出口位置设置滤网，减少大体积杂质的残留问题。泥浆上田后不可立即种植作物，而是要空出10 d 左右的沉降时间，以确保改良效果的提升。 本工程选择了3 000 m2的试验田以及830 m2的对照田进行试验， 在试验期内施加同等种类、重量的肥料，结果发现试验田玉米秧苗分蘖较快，抗倒伏能力也有所上升，最终产量比对照田增加200 kg/hm2，改良效果极佳。

5 结语