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城市河道清淤主要技术与具体应用

来源:原创论文网 添加时间:2018-07-16

摘要

  Abstract:The city medium and small river is an important part of urban construction, the city plays an important role in the formation and development process, is an important factor in urban landscape and beautify the urban environment. River in the long running process, due to natural and man-made factors, frequently appear sedimentation, and this phenomenal will affect the design function of draining flood, drain flooded fields, water supply, navigation and ecological landscape, adverse to the river surrounding living environment factors, influence people's life. Therefore, dredging of river has become very necessary work. In this paper, several methods of river channel dredging is analyzed, the concrete construction applications, according to the characteristics of the river channel and construction conditions to choose the appropriate construction scheme.

  Keyword:small and medium-sized rivers; dry channel dredging; underwater desilting;

  1、城市中小河道现状

  我国的河流分布广、数量多, 流域面积达到10 000万m2以上的中小型河流有50 000多条[1], 城市中小河流担负着防洪排涝、景观旅游、生态平衡等多种功能, 是城市建设的重要组成部分。但是随着城市化进程速度的加快, 城市经济发展迅速, 人口快速增长, 城市中小河流的污染、淤积情况也在不断加剧, 水质不断降低, 主要有以下表现: (1) 许多中小河流长期接纳城市污水, 城市河道淤积严重, 局部地段河底较高、甚至封堵, 淤泥污染严重, 河水生态系统遭到破坏, 不利于水体的自我修复; (2) 由于城市中小河流上游截流等原因致使补给水源较为匮乏, 客水量小, 所以稀释能力差, 加上水流不畅, 交换能力和自净能力下降, 致使污染物大量沉积, 形成淤泥, 淤泥中污染物长期淤积于河床底部又再次释放引起内源污染。同时, 河道淤积也会导致河道的行洪能力降低, 灾害风险提升, 一旦到了汛期, 遇到大雨暴雨时, 极有可能引发雨水漫溢, 甚至导致洪灾[2]。因此城市中小河流清淤工作刻不容缓。

  2、清淤技术分析

  城市中小河道的清淤方法与大江大河、港口航道的清淤方法有所不同, 其具有河道窄、河水浅、单个断面清淤工程量小、河道两岸建筑物多、大型机械船通行困难、清淤对象含有各种垃圾等特点。根据这些特点, 常被用于城市中小河道清淤的施工方案有搭设围堰排干河水的干槽清淤和利用船只进行的水下清淤, 其中, 干槽清淤又根据设备的选择分为干挖法清淤、泥浆泵法清淤和水力冲刷法清淤, 水下清淤根据设备的不同分为绞吸式挖泥船清淤、抓斗式挖泥船清淤及斗轮式挖泥船清淤[3]。分类如图1所示。

图1 城市中小河道常用清淤技术分类
图1 城市中小河道常用清淤技术分类

  2.1、干槽清淤

  干槽清淤, 指通过构筑临时围堰, 将部分河道水流排干, 在干槽区域进行施工。其中, 适用于对干槽进行清淤的施工方式又分为干挖法、泥浆泵法及水力冲挖法[4]。

  2.1.1、干挖法清淤

  干挖法清淤指采用挖掘机对排干水后的作业区直接进行开挖, 挖出的淤泥直接由渣土车外运或者放置于岸上的临时堆放点。淤泥含水量较大的情况下, 采取晾晒或掺土搅拌的方法使淤泥含水量得到控制。干挖法清淤的优点是清淤直观、彻底, 对于设备、技术要求不高, 产生的淤泥含水率低, 易于后续处理。

  2.1.2、泥浆泵法清淤

  泥浆泵法清淤指在实施人工简单清理河道垃圾后, 利用泥浆泵直接将淤泥打运至沿岸弃土场。泥浆泵法清淤适合用在断面窄的河道, 其优点是设备调遣方便, 挖运吸一体, 施工质量较好, 不足之处是, 前期必须进行人工清理河道垃圾, 否则会影响设备运行。

  2.1.3、水力冲刷法清淤

  水力冲刷法清淤指采用高压水枪冲刷底泥, 使泥浆汇集到事先设置好的低洼区, 再由泥浆泵吸取、管道输送, 将泥浆输送至岸上的堆场或集浆池内。水力冲刷法清淤尤其适合做过河底硬化的河道, 可以保护硬化的河底不被机械破坏。但是这种方法相较于干挖清淤, 其形成的泥浆浓度低, 不便后续处理。

  综合上述3个施工方式, 干槽清淤适用于流量较小的河道, 其优点是施工状况直观、质量易于保证, 也可以解决清淤对象中含有复杂垃圾的情况。缺点是, 由于要排干河道中的流水, 很多河道只能在非汛期进行施工, 工期受到一定限制, 同时, 增加了临时围堰施工的成本, 机械、车辆的进出对河道边坡和生态系统也会造成一定影响, 需要增加后期恢复边坡的成本。

  2.2、水下清淤

  水下清淤, 指具备一定水深的情况下, 由船只作为施工平台, 将清淤设备装配在船上, 在水面上操作清淤设备进行淤泥开挖。水下清淤可以通过绞吸式挖泥船、抓斗式挖泥船、斗轮式挖泥船进行。

  2.2.1、绞吸式挖泥船清淤

  绞吸式挖泥船利用装在船前的桥梁前缘绞刀的旋转运动, 将河床底泥进行切割和搅动, 并进行泥水混合, 形成泥浆, 通过船上离心泵产生的吸入真空, 使泥浆沿着吸泥管进入泥泵吸入端, 经全封闭管道输送至堆场中。绞吸式清淤是一个挖、运、吹一体化施工的过程, 采用全封闭管道输泥, 不会产生泥浆散落或泄漏, 但泥浆浓度偏低, 导致泥浆体积增加, 会增大淤泥堆场占地面积。

  2.2.2、抓斗式挖泥船清淤

  抓斗式挖泥船通过挖泥船前臂抓斗伸入河底, 利用油压驱动抓斗插入底泥并闭斗抓取水下淤泥, 之后提升回旋并开启抓斗, 将淤泥直接卸入靠泊在挖泥船舷旁的驳泥船中, 开挖、回旋、卸泥循环作业。清出的淤泥通过驳泥船运输至淤泥堆场。抓斗式挖泥船灵活机动, 不受河道内垃圾、石块等障碍物影响, 适合开挖较硬土方或中央带较多杂质垃圾的土方, 但抓斗式挖泥船对极软弱的底泥敏感度差, 容易造成表层浮泥经搅动后又重新回到水体之中。

  2.2.3、斗轮式挖泥船清淤

  斗轮式挖泥船利用专用斗轮挖掘机开挖水下淤泥, 开挖后的淤泥通过挖泥船上的大功率泥泵吸入并进入输泥管道。经全封闭管道输送至指定卸泥区。同绞吸式挖泥船类似, 采用全封闭管道输泥, 不会产生泥浆散落或泄漏, 但斗轮式清淤在清淤工程中逃淤、回淤情况严重, 清淤不够彻底, 容易造成大面积水体污染。

  综合上述3个施工方式, 利用机械船进行的水下清淤适合泥层厚度大的河道, 其优点是施工过程不受天气影响, 清淤过程不会对河道通航产生影响, 施工精度高;缺点是因强烈搅动底泥, 容易造成底泥中污染物扩散, 同时逃淤、回淤现象也比较严重。

  总体来说, 在有条件可以将河道部分排干的情况下选择干槽清淤, 清淤效果最为显着, 在不能够排干的情况下, 通过小型清淤船清淤也可以成为一种选择。

  3、施工应用

  3.1、工程概况

  清河发源于北京西山碧云寺, 流经海淀区、朝阳区、昌平区, 横跨中关村科技园区, 紧邻五环路和奥林匹克森林公园, 在顺义区境内入温榆河, 全长23.6km, 流域范围北至西三旗, 南至西直门外, 西至玉泉山, 东至温榆河, 总流域面积21 000万m2, 是北京市北部主要城市排水河道。主要支流为北旱河、万泉河、小月河及仰山大沟、东小口沟等。清河规划20年一遇洪水流量为158~556m3/s, 50年一遇洪水流量为190~690m3/s。

  经过多年运行, 河道内出现了大量渣土垃圾及淤泥, 严重影响河道行洪安全, 影响景观环境, 为了治理和还清清河, 保障过流能力, 营造良好的水环境, 建设宜居生态环境, 需要对清河进行清淤工程建设。

  3.2、清淤方案分析

  本次主要工程任务是对清河淤积较严重的5段进行清淤, 恢复河道设计断面。确定施工方案考虑以下几个因素。

  1) 工期:施工工期为2014年4月11日~2014年5月20日, 为北京市的非汛期。

  2) 河流情况:清河是北京市北部主要城市排水河道, 河水较浅, 流速缓慢。

  3) 淤积情况:工程段淤泥平均厚度为45cm, 河道内含有大量渣土垃圾及少量生活垃圾, 淤泥情况复杂。

  4) 排泥场:施工所在位置附近无法落实排泥场, 需要将清除的淤泥直接装到渣土车进行外运。

  5) 对外交通:工程对外交通线路自巡河路可连接至八达岭高速、北五环、黑泉路, 主要外来物资、施工机械可通过上述道路运抵施工现场, 同时将淤泥通过上述道路转运到弃料场。

  根据上述河道特点和施工条件, 此次清河清淤工程选择搭设围堰, 排干部分河道, 进行干槽清淤, 同时也采用干挖清淤法, 利用挖掘机进入河道直接对淤泥进行开挖。

  3.3、施工

  各段清淤时均采用机械为主人工配合的方式清理, 此次施工, 在前期工作:测量定点、修建河道两岸施工马道及洗车池、搭设围堰及围堰内抽水结束后, 先由挖掘机将淤泥集中 (人工配合将零散淤泥集中) , 再由装载机运输到马道附近集料, 由挖掘机按淤泥∶土=1∶0.5掺拌土, 最后由车辆运输到渣土消纳场所。

  为保证车辆运输不对市区环境造成污染, 施工现场车辆出入口分别设置洗车槽, 同时铺设无纺布, 并安排专人进行车辆清洗工作, 对每辆渣土外运车辆须经打扫车轮、车厢后方可放行。在渣土运输的区间段内安排清洁人员, 随时对车辆散落下来的土块、泥块进行清扫, 并安排专人进行巡视、值班、组织路口交通。

  4、结论

  城市中小河道的清淤工程既有传统清淤的“疏通”目的, 也就是解决排涝、防洪、灌溉功能保障的目的, 也有改善河道水质, 促进生态系统健康, 提升河道景观的深层目的。因此, 从清淤的前期工作、方案制定、工艺选择、工程实施的所有环节中, 必须保证这种“多目的”清淤的特征。

  在清淤方法多种多样的情况下, 依据清河河道、水流等的特点, 进行各方面的分析论证, 成功地利用“干挖清淤法”的清淤方式, 实现了清河清淤的目的, 取得了很好的效果, 实现了“水清岸绿, 循环流畅, 生态健康, 人水和谐”的目标。为城市中小河道清淤积累了经验。

  参考文献
  [1]张晓兰.我国中小河流治理存在的问题及对策[J].水利发展研究, 2005 (1) :68-70.
  [2]包建平.中小河道治理中的清淤及淤泥处理技术[J].水资源保护, 2015, 31 (1) :56-68.
  [3]沈建强.小河道清淤工程的几种施工方案的探讨[J].浙江水利水电专科学校学报, 2011, 23 (4) :45-57.
  [4]杨闽.城市中小河流淤泥探测仪的研究与应用[D].安徽:安徽农业大学, 2012.

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