淮河干流疏浚工程超大型排泥場優(yōu)化設(shè)計

周志彥 馮 英 張禮強(qiáng) 繆雨廷

淮河干流疏浚工程對于河道疏浚土的處置方式主要是采用沿河道堤防兩側(cè)修建排泥場堆存，待脫水固結(jié)后再對排泥場進(jìn)行復(fù)耕還田。由于疏浚工程量巨大，排泥場占地少則上千畝，多則數(shù)千畝，工程實施時往往要根據(jù)實際情況進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，以確保排泥場運(yùn)行安全。本文結(jié)合工程實例闡述了超大型排泥優(yōu)化設(shè)計的主要內(nèi)容，為類似工程建設(shè)提供經(jīng)驗參考。

一、淮干香浮段工程概況

根據(jù)淮河流域防洪規(guī)劃和淮河干流行蓄洪區(qū)調(diào)整規(guī)劃，香浮段行洪區(qū)調(diào)整和建設(shè)工程的總體目標(biāo)和任務(wù)是：在淮河干流河道整治及堤防加固工程已批項目的基礎(chǔ)上，通過行洪區(qū)調(diào)整和建設(shè)工程，完善香浮段河道的防洪工程體系，使香廟至浮山段河道泄流能力達(dá)到13000m3/s，中等洪水通道流量達(dá)到10500m3/s。

香浮段工程建設(shè)內(nèi)容包括：疏浚河道長25.45km，疏浚工程量約1700萬m3，沿淮河右岸堤防布置4 個大型排泥場，占地面積分別為1860 畝、2203 畝、2939 畝、1560 畝；鏟除老堤18.57km，筑新堤17.61km，加固老堤4.26km；靠山壩加固堤長10.1km；拆除重建井頭涵、團(tuán)結(jié)涵、柳溝閘、張莊排澇站；影響處理工程有五河橋接長處理工程、朱頂撇洪溝交通橋處理工程及水系和路系恢復(fù)等。

工程總投資170716 萬元，其中工程投資64000 萬元，移民征遷投資106716 萬元。

二、排泥場優(yōu)化設(shè)計原則

排泥場優(yōu)化設(shè)計須遵循以下原則：單個排泥場體積不易過大，采用沿淮河堤防背水側(cè)扁平型布置，減少疏浚最大排距和綜合排距；排泥場圍堰后堆存復(fù)耕土，增強(qiáng)圍堰安全可靠性；避免與其他建筑物交叉布置，減少相互干擾；綜合排距盡可能與疏浚船只能力匹配，發(fā)揮疏浚船只效率；盡可能利用現(xiàn)有排灌系統(tǒng)，減少新挖渠道工程量；做好土方平衡調(diào)配，減少棄土；盡可能挖填結(jié)合，減少運(yùn)距。

三、排泥場優(yōu)化內(nèi)容

1.土方平衡與調(diào)配方案

設(shè)計優(yōu)化前需對河道疏浚工程量進(jìn)行加測斷面，由原來初設(shè)200m 一個斷面變?yōu)?0m 一個測量斷面，重新計算出河道疏浚工程量。同時，對新建（加固）堤防工程、壓滲平臺、穿堤建筑物回填量進(jìn)行了復(fù)核。根據(jù)排泥場布置情況，核算了排泥場圍堰工程量。

經(jīng)重新復(fù)核后，疏浚量為1601.75萬m3，其中水上方為104.68 萬m3，水下方為1497.07 萬m3；堤防清基、削坡土方為29.2 萬m3；排澇溝開挖4.94 萬m3；老堤鏟除94.65 萬m3；排泥場內(nèi)取土458.21 萬m3。堤防填筑（填塘及壓滲）324.74 萬m3；靠山壩填筑140.17 萬m3；移民安置區(qū)墊高35.52萬m3。

調(diào)配方案：水上方35.52 萬m3用于移民安置區(qū)墊高，35 萬m3用于堤防填筑，34.16 萬m3用于靠山壩填筑，水下方全部棄入排泥場；老堤鏟除45.77 萬m3用于退建堤防及壓滲平臺填 筑，40.06 萬m3用于靠山壩填筑，8.82 萬m3棄 入 排泥場；堤防清基、削坡土方用于填塘8.02 萬m3，余21.18 萬m3堤基外堆放；堤防填筑除了利用水上方和老堤鏟除外，從排泥場內(nèi)取土235.95 萬m3；靠山壩填筑除利用老堤鏟除和排澇溝挖方外，還從排泥內(nèi)取土61 萬m3。

2.排泥場優(yōu)化設(shè)計

初設(shè)中河道疏浚排泥場共布置4處，分別為PN1#、PN2#、PN3#、PN4#排泥場。河道疏浚綜合排距2.3km，最大排距3.8km。現(xiàn)將4 個排泥場優(yōu)化設(shè)計詳述如下：

（1）PN1#排泥場優(yōu)化設(shè)計

根據(jù)采用快速泥水分離技術(shù)進(jìn)行退水試驗要求，PN1#排泥場劃分成PN1-1#和PN1-2#排泥場，布置不同快速泥水分離系統(tǒng)進(jìn)行對比試驗，收集試驗結(jié)果，總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)。排泥場圍堰頂高程取20.0m，因地面高程不同，PN1-1#和PN1-2#排泥場平均吹填高度分別為3.5m 和3.0m，另外為避讓道路將PN1-2#排泥場東側(cè)圍堰向東延伸約100m。PN1#排泥場優(yōu)化后與初設(shè)相比較見圖1。

圖1 PN1#排泥場優(yōu)化后與初設(shè)相比較圖

（2）PN2#排泥場優(yōu)化設(shè)計

通過對現(xiàn)場條件進(jìn)行復(fù)核，新建104 國道跨淮河五河大橋施工區(qū)橫穿PN2#排泥場，為了避免施工干擾，將原PN2#排泥場分成PN2-1#和PN2-2#排泥場，避開大橋施工區(qū)，原PN2#排泥場上游邊線距居民區(qū)尚有1200m 左右的距離，將PN2-1#排泥場上游邊線移至距居民區(qū)100m 處；新增PN2-3#排泥場，將設(shè)計吹填至PN2-2#排泥場的部分水下方就近吹填至PN2-3#排泥場，以減小排距。

（3）PN3#排泥場優(yōu)化設(shè)計

PN3#排泥場中間位置新建有蔬菜大棚區(qū)，大棚區(qū)順堤防方向長度約1.1km，初設(shè)中未計列該項征遷費(fèi)用，為減小征地難度和征地費(fèi)用，將該吹填區(qū)拆分成PN3-1#和PN3-2#排泥場，避開大棚區(qū)。PN3#排泥場優(yōu)化后與初設(shè)相比較見圖2。

（4）PN4#排泥場優(yōu)化設(shè)計

初設(shè)PN3#和PN4#排泥場之間距離約3.5km，且PN4#排泥場受四周排澇干溝約束，難以擴(kuò)大，造成約87 萬m3的水下方需遠(yuǎn)距離吹填至PN3#排泥場，最大排距3.8km。為減少排距，將在張莊站和原PN4#排泥場之間新增PN4-1#排泥場，與原PN4#排泥場一起形成PN4-1#和PN4-2#排泥場，優(yōu)化后吹填至PN4-1#排泥場的水下方平均排距為1.5km。

3.排泥場退水方式優(yōu)化設(shè)計

初設(shè)中各排泥場每1km 左右布置一道橫向隔埂將吹填區(qū)劃分成2 ～3塊獨立的排泥區(qū)，每0.35km 左右布置一道導(dǎo)流埂，每個排泥區(qū)布置2～3 口退水井退水。

此次優(yōu)化設(shè)計采用在排泥場內(nèi)每隔0.5km 左右布置一道橫向隔埂，將吹填區(qū)劃分成獨立的排泥區(qū)，取消導(dǎo)流埂，各排泥區(qū)吹填按先兩側(cè)、后中間的順序進(jìn)行。兩側(cè)排泥區(qū)吹填時由布置在隔埂上的退水井向中間排泥區(qū)退水，經(jīng)中間排泥區(qū)沉淀細(xì)顆粒泥沙后退水至排泥場外，中間排泥區(qū)吹填時由布置在圍堰或堤防上的遠(yuǎn)端退水井退水，優(yōu)化后退水方式見圖3。

優(yōu)化后的退水方式優(yōu)點如下：減小單個排泥場的容量，降低因意外事故引起吹填區(qū)圍堰垮塌所造成的危害；排泥場分區(qū)吹填，先吹填的排泥區(qū)可提前固結(jié)、復(fù)耕，減小排泥場平均占地時間約2 個月；排泥場橫向隔埂間距由1km 減小至0.5km，便于吹填期間圍堰安全巡查和險情處理；兩側(cè)排泥區(qū)退水先經(jīng)內(nèi)部循環(huán)沉淀再外排的退水方式，可將退水含泥量由2.5%減小至2%，減小疏浚退水對環(huán)境的危害，減少退水溝渠的清淤量。

4.排泥場圍堰優(yōu)化設(shè)計

排泥場圍堰沿堤線呈長條狀布置，一邊利用退建的堤防或老行洪堤，其余三邊取土填筑圍堰，土源來自相應(yīng)排泥場內(nèi)部。排泥場圍堰填筑高度4.0m，設(shè)計頂寬3.0m，邊坡1∶2.5。

根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告，排泥場內(nèi)部土質(zhì)以壤土和砂壤土為主，且其圍堰填筑土源主要為砂壤土、粉質(zhì)壤土，滲透性強(qiáng)。優(yōu)化時，重新復(fù)核排泥場圍堰滲流穩(wěn)定計算進(jìn)，發(fā)現(xiàn)部分土質(zhì)較差的排泥場圍堰沿滲出段出滲坡降均小于允許坡降，不滿足規(guī)范要求。為確保施工期圍堰安全，決定對復(fù)耕土布置進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，將原設(shè)計單獨堆存的復(fù)耕土堆存至沿新筑排泥場圍堰的背水側(cè)，以起到壓滲平臺的作用，確保施工期排泥場圍堰滲流穩(wěn)定，同時還可減少復(fù)耕土的運(yùn)距，降低工程投資。

圖2 PN3#排泥場優(yōu)化后與初設(shè)相比較圖

圖3 優(yōu)化設(shè)計排泥場退水布置示意圖

四、結(jié)語

（1）通過排泥場布置優(yōu)化，河道疏浚水下方綜合排距由初設(shè)的2.3km減小至1.7km，最大排距由初設(shè)的3.8km減小至2.4km，全河段可直接采用500m3/h 絞吸式挖泥船施工，降低了施工難度，減少工程投資約4250 萬元。

（2）通過對河道疏浚土方的土質(zhì)級別進(jìn)行復(fù)核，使不同土質(zhì)的疏浚方量與實際更加接近，降低了項目實施階段因土質(zhì)變化而發(fā)生變更的可能性，土質(zhì)級別調(diào)整增加工程投資約159 萬元。

（3）堤防、圍堰等填筑土方的挖填綜合系數(shù)由1.18 調(diào)整至1.05，減小堤防、圍堰填筑土料運(yùn)輸58 萬m3和19 萬m3，減小土料翻曬約31 萬m3，減少工程投資約1500 萬元。

（4）河道疏浚水下方吹填綜合系數(shù)由1.25 調(diào)整至1.20，減小排泥場面積約20 萬m2，減小排泥場覆蓋層剝離6 萬m3，減少工程投資約500 萬元。

（5）通過退水方式優(yōu)化，降低了因意外事故引起沖填區(qū)圍堰垮塌所造成的危害，減小排泥場平均占地時間約2 個月，減小退水溝清淤7.21 萬m3，減少工程投資約297 萬元。

（6）通過土方平衡優(yōu)化，較初步設(shè)計可減少投資約611 萬元■