河道疏浚工程中淤背固堤施工技术研究.pdf

214工程机械与维修CONSUMERS&CONSTRUCTION用户施工合理的淤背宽度对本次施工而言至关重要。2.1.1 渗透破坏概率计算淤背宽度主要根据渗透破坏概率来获得，由于河道堤防土地为非管涌土，所以根据可能破坏区域内的每个单元土体概率分布函数，来计算淤背渗透破坏概率。具体计算方法如下：（1）式中：p表示淤背土体渗透破坏概率参数；g表示概率分布函数；F表示作用于淤背单元地面上的渗透压力参数；G表示淤背单元底面上的有效土体重量参数。根据式（1）分别计算出淤背土体各单元的渗透破坏概率，结合全部单元计算成果的分布情况，即可获得淤背土体渗透破坏区域。2.1.2 淤背宽度设置相关研究表明，淤背土体结构与渗透破坏现象之间存在直接关系，所以不同地质条件工程的淤背宽度不可以统一标准。基于本次工程实际情况，通过可靠度分析方法可知，如果淤背宽度在 80m 以下，淤背土体会发生渗透破坏现象。这说明该淤背宽度不能满足固堤施工需求，需要将淤背宽度参数进行增加。当淤背宽度达到120m 时，淤背土体才不会出现渗透破坏状况，所以将本次淤背固堤施工淤背宽度设置为 120m。2.2 选择合适沙场合适的沙场是确保淤背固堤施工2顺利进行的关键，在正式施工之前，首选需要勘察河道实际环境，综合考虑河道输沙流程、泥沙淤积规律等因素，来选择合适的沙场。本项目中的河道上流属于弯曲性河道，河势急湍多变，河道两岸多为险工工程。河道下流相对稳定，人工可控。但河道中泥沙淤积情况以及河岸两边环境复杂，0 引言近年来，我国相继开展了多个标准化堤防建设项目，加大了对防洪除险工程的重视程度。若河道中泥沙淤积严重，将导致河水水位超出堤防设计防汛高度，这不仅影响了堤坝的抗洪能力，而且具有很多安全隐患。为了消除堤防安全隐患，我国加大了对堤防加固工程的投资力度。淤背固堤施工技术最早起始于 20 世纪 70 年代，当时仅在堤防的险工堤段引进了淤背固堤施工，距离河道较近，一般输沙距离不超过 600m。我国很多堤防所处的水文地质环境极为复杂，同时河道采沙条件越来越差，为淤背固堤工程施工带来很大难度，施工成本也随之大量增加。为此，如何有效加固堤防，成为当下我国广大水利水电工程施工技术人员的关注热点。本文结合相关研究成果，对河道疏浚工程中淤背固堤施工技术进行了深入研究。1 工程概况本项目为治理河道工程，河道长度大约为 9251m。该河道为一条多泥沙河流，不仅水势复杂多变，而且河道堤防质量较为单薄，具有一定安全隐患。因此，加强河道防汛能力是本次治理河道工程的首要任务。为提升河道的过流能力，需要进行河道疏浚施工，以此降低河道泥沙淤积程度，保证淤区退水通畅。同时为保证堤防安全，将河道中抽取的泥沙输送至堤防背河处，起到淤背固堤作用。2 淤背固堤施工2.1 确定淤背宽度为确保淤背固堤施工1的可靠性，在正式施工之前，首先需要确定淤背宽度。如果淤背宽度过小，固堤效果较差；如果淤背宽度过大，淤背结构稳定性较差。所以，河道疏浚工程中淤背固堤施工技术研究冷维超（北京龙云水利建筑工程有限公司，北京101300）摘要：针对河道泥沙的不断淤积，导致水位逐年上升，威胁堤防安全的问题，结合实际河道治理工程，以确定淤背宽度、选择合适沙场、布设输沙系统、运行输沙系统的步骤开展淤背固堤施工，并对施工效果进行监测。监测结果表明：淤背固堤施工后的大坝基础沉降量，随时间推移逐渐增加，最后趋于稳定，最大沉降量为8.2mm，说明本次施工质量较好。关键词：河道；疏浚工程；淤背固堤；施工技术CM&M 2023.04215导致各河段中淤积的泥沙含量配比存在较大差异。与此同时，由于该河道布局较为不合理，导致河道演变规律较为复杂。整体上看，该河道弯曲段横向环流，为此河道中淤积泥沙较少河段的水流流向两岸，不断冲刷河岸边界。同时河道中淤积泥沙较多河段的水流流向边滩，导致该河道泥沙淤积处于不平衡状态，无法进行横向输沙。基于此布局，该河道的河滩可形成良好的固定采沙区域，适合于布置泥浆泵等设备，且该区域采沙深度较大，极易出现回淤现象。该河道险工工程段则可形成回溜落淤区域，该区域含沙量较大，适合于吸泥船进行吸泥施工。根据以上分析可知，河滩与险工工程段等区域均是合适的沙场。2.3 布设输沙系统2.3.1 输送方式确定本次河道疏浚工程的淤背固堤施工3中，输送的泥沙多为高浓度泥浆，且输送距离较长。因此，在安全、经济等施工原则基础上，本次施工采用接力输送方式，以最大程度避免对河道环境的影响。接力输送方式就是通过两级及以上的输送泵与输送管道构成一个输沙系统，从而实现远距离输沙4。输沙系统布设如图 1 所示。由图 1 可知，本次施工所布设的输沙系统主要由挖沙机械、输沙管道以及接力泵等三部分组成。本次取沙作业主要在水下进行，综合考虑河道实际环境与经济效益，选用绞吸式挖泥船。2.3.2 输沙管道制作在确定输沙管道的走向之后，首先需要根据沙场到淤区之间的扬程来设计输沙管道的长度。输沙管道的水头损失一般以沙场到淤区总扬程损失为主，通过能量方程式，可以计算出淤背固堤施工中输沙的总扬程：（2）式中：D表示放淤固堤总扬程参数；h1、h2分别表示输沙管道的出沙口与进沙口到河面的高度参数；q表示接力泵输沙的流量参数；m表示接力泵输沙流量模数；l表示输沙管道的总长度。通过式（2）确定好输沙管道的长度之后，结合输送泥浆浓度以及输沙环境，选取钢材制作输沙管道。钢管阻力较小，且耐磨损，适用于本次长距离输沙施工。然后于地势相对平坦的场地，以走向平直、距离短等原则进行输沙管架的布置，最大程度降低交通等外界因素的影响。最后将输沙管道架设在管架之上。为确保输沙的顺利进行，管道接头使用柔性连接。2.3.3 接力泵布设先根据式（2）放淤固堤总扬程确定接力泵的级数，然后结合各接力泵之间的距离，确定接力泵的布设位置。接力泵的布设位置至关重要，如果接力泵距离挖沙机械过近，就会增加输沙管道的压力，导致管道损坏；反之，如果接力泵距离挖沙机械太远，就会导致输沙管道中发生负压现象，从而出现气蚀，所以科学、合理的布设接力泵，促使输沙管道中压力均匀，对本次淤背固堤施工非常重要。可通过如下公式计算接力泵之间的距离：（3）式中：L表示各接力泵之间的距离参数；D0表示接力泵的总扬程参数。接力泵布设距离的计算公式与输沙管道长度计算公式类似，均与排高有直接关联。由于输沙管道沿线布设过程中，地面的高程并非统一数据，所以在实际淤背固堤施工中，需要根据实际情况，进行有必要的调整。2.4 输沙系统运行本文参考相关淤背固堤施工资料5，总结出如下输沙系统的运行管理步骤：2.4.1 开机在检查输沙系统的完整度与安全性之后，按照从上到下的顺序进行开机。即先打开挖沙机械，大概 20min之后，将第一个接力泵之前的排气阀打开，对输沙管道进行排气。当管道内气体排放干净之后，进行排水操作，等到第一个接力泵开始正常运行之后，以同样的操作步骤打开第二个接力泵，输沙系统开始正式运行。2.4.2 输沙系统操作要点在输沙系统运行过程中，挖沙机械是关键，其直接决定堤防淤背的含沙量。所以挖沙机械需要满力运行，保证输沙管道内的压力可以稳定在一定范围内，进而确保堤防淤背的含沙量。在输沙过程中，可以通过接力泵前安装的真空表确定沙内含水量。如果真空表读数较大，表示输沙管道内含水量较低；反之如果真空表读数较小，则表示输沙管道内含水量较高。当输沙管道内含水量过高时，需要及时采取措施进行处理，避免固堤效果不理想。本次淤背固堤施工中输沙距离较远，输沙管道长度较长，所以在输沙系统运行过程中，需要在输沙系统内布置通信网络，从而保证各环节之间紧密联系，方便施工中及时掌握接力泵、输沙管路运行状况等，进而保障输沙系统的协调、稳定运行，提升淤背固堤施工效率6。2.4.3 关机输沙结束之后，同样按照从上到下的顺序对输沙系图1 输沙系统布设示意图216工程机械与维修CONSUMERS&CONSTRUCTION用户施工统进行关机。首先将挖沙机械停机，此时输沙管道内的压力会慢慢下降，然后将接力泵油门减小，等到输沙管道内压力降到一定值后，直接将接力泵停机。至此，本次河道疏浚工程中淤背固堤施工全部结束。3 施工监测在河道疏浚工程中淤背固堤施工过程中，若各淤区内地基和泥沙淤积厚度存在一定差异，会导致淤背发生不均匀沉降现象，从而影响堤防稳定性，因此，在淤背固堤施工中，需要对淤区以及大坝基础的不均匀沉降进行实时监测。3.1 监测网精度确定为监测淤背固堤施工中的不均匀沉降，本次施工中于堤防两侧布设监测网。该监测网由水准环线构成，参考二等水准要求，确定本次施工所布设的监测网精度，如表 1 所示。3.2 淤区沉降监测外业观测结束后，对监测数据进行处理，获得堤防淤区沉降监测结果如表 2 所示。由表 2 可知，淤背固堤施工中的淤区沉降量与淤泥厚度之间关系不明显，主要受大坝基础土质类别的影响，较为松软的土质容易压缩，所以沉降明显；反之含水量较高的黏土，则沉降量较小。3.3 坝基沉降量对比通过一致性分析法对淤区沉降量数据进行处理，得到大坝基础沉降量随时间变化曲线。同时根据施工前堤防的监测数据，获取原有大坝基础的沉降特性，与本次淤背固堤施工后的坝基沉降量进行对比。大坝基础沉降量对比曲线如图 2 所示。由图 2 可知，大坝基础的沉降量随时间的推移逐渐呈上升趋势，未进行固堤施工的大坝基础沉降量变化明显，最大沉降量达到 16.3mm。本次淤背固堤施工后的大坝基础沉降量变化不大，随时间推移逐渐趋于稳定状态，最大沉降量为 8.2mm，较未施工的大坝基础沉降量减少8.1mm。由此可以说明，本次河道疏浚工程中淤背固堤施工质量较好，可以有效加固堤防大坝。4 结束语当下，淤背固堤施工技术已经在国内河道疏浚工程中得到了广泛运用。在施工过程中，需要结合工程实际情况，科学、合理地选择淤背固堤施工技术，确保输送至堤防的淤泥含水量符合工程要求，进而保证堤防加固效果。本文详细阐述了河道疏浚工程中淤背固堤施工的具体流程，并通过监测结果验证了本次施工质量良好，可以为我国水利工程中堤防加固工程提供技术参考。参考文献1 章长松.河道疏浚底泥堆土镉污染修复技术分析 J.煤田地质 与勘探,2021,49(5):200-208.2 郭庆超,陆琴.以降低洪水位为目标的河道疏浚规模与效果研 究 J.水利学报,2022,53(4):496-503.3 刘飞禹,吴文清,海钧,等.絮凝剂对电渗处理河道疏浚淤泥 的影响 J.中国公路学报,2020,33(2):56-63+72.4 单文华,徐春峰.集镇区疏浚工程土工管袋淤泥固化技术的应 用 J.人民黄河,2020,42(S1):11-13.5 张志勇,严娟.城市河道淤泥固化技术试验研究 J.人民长江,2021,52(12):210-213.6 董正法,黄蓓蓓,李明,等.长江中游芦家河水道维护性疏浚 技术 J.水运工程,2020(1):90-96.表2 淤区沉降监测结果淤背土质淤泥厚度/m沉降量/m淤区 1粉沙土2.120.037淤区 2重粉质壤土4.580.058淤区 3中粉质壤土1.810.024淤区 4粉沙土2.470.028淤区 5粉沙土3.650.032淤区 6重沙壤土4.060.049表1 沉降监测网精度要求项目要求测量方法往返观测视线长度/m40.5最低视线高/m0.8前后视较差/m1.2前后视累积差/m2.5图2 大坝基础沉降量对比曲线时间/d沉降量/mm