前进水库清淤工艺研究探析

李 飞 安 倩

（1 晋中市水利发展中心 2 晋中市水利勘测设计院有限公司，山西晋中030600）

前进水库地处黄河流域汾河水系一级支流段纯河支沟内。水库规模为小（Ⅰ）型，工程为Ⅳ等。主要永久性建筑物级别为4 级，次要永久性建筑物级别为5 级。水库大坝、泄洪洞和输水洞组成枢纽工程。大坝为堆石混凝土重力坝，坝顶长172 m，坝顶高程908 m，最大坝高32.5 m；主要建设任务为山西省大水网中部引黄工程县域供水调蓄库，水库总库容199 万m3，其中，调蓄库容142.3 万m3。目前，坝前淤积深度高达16.8 m，大坝上游做防渗面板时需将坝前淤积清至坝基处，除设计库区清淤6 m 外，还有10.8 m 高度的淤泥需开挖。

1 清淤必要性分析

库区上游普遍发育第四系黄土地层，水土流失治理度不高，库区上游来水中携带的泥沙含量较多，淤积严重。目前，库区内淤积物总量约为90 万m3，占原设计库容的60%，严重消减了水库有效库容，影响新建水库效益正常发挥，再者库区在前期接受了大量铁矿业、洗煤业排放的尾水，库水受到不同程度的污染，受库水长期的浸没和腐蚀，库区的淤积物也不同程度地受到污染。前进水库清淤工程的实施，最大的优势在于：一是耕地不被侵占，二是建材不损耗。基于此，水库的有效库容就能得到恢复，水库的水质也能明显改善。因此，实施前进水库清淤工程是有必要的。

2 清淤方案的比选

目前，水库清淤工程的实施有陆地和水下两种方案。本次水库的清淤从放空水库实地机械清淤和水下清淤两种方案进行比选[1-3]。

2.1 陆地清淤方案

目前，较为传统且运用普遍的清淤方式是陆地清淤。在排水条件好的小水库、小湖泊，此种方式应用广泛。陆地清淤方式的施工技术简便，不留盲区，且操作性强。以往人力清淤普遍应用于该方式，施工周期相对较长。随着社会的发展，机械化施工运用广泛，大型机械用于陆地清淤施工，极大提高了施工效率，大幅缩短了施工时间，工程投资也降低了。

2.2 水下清淤方案

在一定水深的条件下，水下清淤方案主要应用于大型水库、湖泊以及河道的淤泥清理。就水库而言，主要有抓斗式、绞吸式挖泥船、气动泵船等设备进行水下清淤的施工，此类设备需专业人员操作，技术要求高。

绞吸式挖泥船在内河、湖泊、港口等的疏浚工程中比较常用[3]。河床泥沙通过装在船前桥梁前缘的铰刀进行切割搅动，泥浆在离心泵吸入真空的作用下沿着吸泥管流入泥泵的吸入端，泥浆泵产生离心力把泥浆逐渐压入排出端，再通过排泥管将泥浆输送到淤泥区。绞吸式挖泥船可以一次性连续完成挖泥、运泥以及卸泥的施工过程，工作效率较高，但不足之处是淤泥清理的单价较高。

2.3 最佳清淤方案选定

前进水库的清淤方案比较，见表1。

表1 陆地、水下清淤方案比较表

比选分析：前进水库具备自然放空且放水排干进行陆地清淤工作的条件，通过对上述两种方案的比较，实地机械清淤方案操作简便，施工流程较少，且投资相对较低；水下清淤方案则要求在水库附近选择合适的淤泥区或筑堰，将淤泥暂存在库尾修建的临时淤泥区，经固化处理后再运送至弃渣场，这种方式操作困难复杂，投资也较高。因此本次水库清淤采用放空水库实地机械清淤方案[4]。

3 清淤工艺设计

3.1 清淤量的确定

根据调洪结果，在现状塘坝库容基础上进行清淤，清淤后增加有效库容45.3 万m3，即可满足水库的调蓄要求。

3.2 清淤范围的确定

由于库区在前期接受了大量铁矿业、洗煤业排放的尾水，库水受到不同程度的污染，受库水长期的浸没和腐蚀，库区的淤积物为污染淤泥，需固化处理再进行开挖。

结合调洪结果，本次清淤范围确定为：原坝址至库区上游475 m，平均清淤深度4 m，清淤量约为31.6 万m3；库区上游从左侧乡村路向下游285 m 范围内平均清淤深度2.7 m，清淤量约为13.7 万m3；库区总清淤量约为45.3 万m3。

3.3 清淤工艺设计

新建泄洪洞建成后，将旧坝拆除至设计高程，库水能通过新建泄洪洞排向下游河道，在非汛期进行库区清淤施工。清淤时先沿库区中部按底宽5 m、边坡1：4、深度4 m 从下向上开挖明渠，待淤泥里的水分控出并顺着明渠排向下游河槽后，再在每年非汛期（10月至次年2月）进行淤泥开挖施工。明渠横断面见图1：

图1 明渠开挖横断面

淤泥开挖采用进占法铺设临时施工道路、后退法开挖以及二段式加长臂挖掘机和人工开挖相结合的方式。临时道路进占且石渣沉降稳定后，挖掘机开始左右及前方三个工作面的淤泥开挖工作，边开挖、边出渣、边进行前方石渣铺筑。开挖作业流程按图2进行：

图2 开挖作业流程图

4 结论

本水库淤泥基本处于饱和状态，加之淤泥开挖深度及开挖量大，施工难度较大，技术要求较高。因此，选择最优清淤工艺对于提高水库有效库容，改善库区水质有着重要作用。