河道清淤工程中的建筑物安全控制

陈小平，王　攀

(1. 宁波市水利水电规划设计研究院，浙江 宁波 315192；2. 周公宅水库管理局，浙江 宁波 315163)

河道清淤工程中的建筑物安全控制

陈小平1，王攀2

(1. 宁波市水利水电规划设计研究院，浙江 宁波 315192；2. 周公宅水库管理局，浙江 宁波 315163)

摘要：河道清淤既能清除河道淤积底泥，改善水环境，又能增加河道过水断面，增强排涝能力，是浙江省“五水共治”行动中“治污水”与“排涝水”的重要治河措施。清淤工程看似设计、施工简单，在实际操作过程中往往容易忽视河道建筑物的安全控制，问题频出。以宁波市某河道清淤工程为例，阐述如何在设计、施工过程中通过作业方案比选、断面分析计算、施工执行控制来实现河道清淤效果并保证相关建筑物的安全。图4幅，表4个。

关键词：河道清淤；设计；作业方案；安全控制

1工程概况

某河道清淤工程位于浙江省宁波市某规划新区，南北走向，清淤范围长约2.0 km，岸线面宽31.0 m，河道西侧已经完成堤防建设、土坡绿化，坡顶沿新建市政道路。原河道底高程约-0.70～-0.80 m(采用1985国家高程基准，下同)，清淤要求达到规划河底高程-1.87 m。

主要建筑物级别为3级，河道正常蓄水位1.13 m，设计洪水位2.80 m。

2地质条件

根据地质勘察报告，工程区内上部各土层物理力学性质差，属高压缩性土层。将场地勘察深度范围内的地基土由浅至深划分为4个工程地质层(见表1)。

表1　地基土主要物理力学性质指标

3问题提出

河道清淤施工往往直接采用最常见的人工水力冲挖工艺，清淤河段两端设置围堰，河水排干后直接冲挖，在施工中很容易出现护岸墙倒塌、堤防滑坡等现象，进而引发周边道路、房屋等开裂变形，甚至坍塌；其根源在于未在设计阶段对清淤作业方案进行比选及安全计算分析，施工存在很大盲目性。清淤工程虽无新建结构，但在其施工后，改变了河道的安全状况，因此需要从设计开始考虑如何做好安全控制。

河道清淤施工涉及安全影响的相关建筑物有：堤防(包括护岸墙)、桥梁、亲水平台、穿河管线等。在设计前需要通过踏勘、测量、勘探、咨询等手段掌握相关建筑物分布情况，在设计过程中需要分别考虑安全状况及必要的保护措施，限于篇幅，本文仅针对最普遍的堤防安全问题展开论述。

4设计阶段的建筑物安全考虑

4.1　清淤开挖断面设计

清淤开挖断面的确定应根据清除淤积底泥与满足过水断面两者要求确定，以达到改善水环境及增强排涝能力的双重目的。本河底清淤设计高程取规划河底高程-1.87 m，而原河道底高程约-0.70～-0.80 m，所以开挖至-1.87 m能同时满足清淤与过水的要求，倘若开挖过深，不仅增加工程投资，反而对堤防安全不利。

堤防护岸墙前3.5 m宽镇压平台勘测后发现无明显淤积，设计以清障、清垃圾为主，避免盲目开挖影响堤防及护岸墙安全；清淤开挖断面以河底及两侧斜坡面为主，两侧斜坡面开挖坡比为1∶3。

4.2　清淤作业方案比选

适合平原河道清淤的常规施工方案分干水作业法与带水作业法。

干水作业法：清淤段河道两端设置围堰，排干区段河水，主要采用人工水力冲挖或者挖机清淤作业。干水作业法施工期间，河道内侧水位在设计河底高程以下，明显降低堤防及护岸的稳定安全系数，因此对其安全性需要计算分析。

带水作业法：保持一定的船只吃水水深，采用挖泥船作业。平原河道常用挖泥船有抓斗式、绞吸式、铲斗式、链斗式等4种，实际选择何种挖泥船需要根据施工条件、挖泥船作业特点、工程质量要求、环境影响控制等因素综合比选确定。施工期间，带水作业法堤防及护岸的稳定安全状况优于干水作业法，但仍降低了原始河道的安全状况，也需计算复核设计开挖断面的稳定安全系数是否满足规范要求。

下面从堤防安全控制的角度，选取典型断面计算分析确定清淤作业方案，并复核断面设计的抗滑稳定安全性。

(1)计算方法

土堤边坡抗滑稳定计算采用瑞典圆弧法，计算软件采用河海大学工程力学研究所、南京水准科技有限公司的Autobank6.06。根据《堤防工程设计规范》(GB 50286—2013)，清淤工程不属于堤防施工期工况，抗滑稳定选用正常运用条件，安全系数不应小于1.20。因背水侧即为市政道路，不存在背水坡安全问题，本次计算仅针对迎水坡。

(2)计算过程

①计算断面选取

计算断面选取堤岸间距小、迎水坡陡的断面作为典型断面计算。

②计算方法与参数

计算采用的地基土设计参数建议值见表1，抗剪强度指标采用固结快剪指标，筑堤回填塘渣及回填土方参考本地区类似工程的物理参数(见表2)。

表2　回填料指标取用

表3　土堤抗滑稳定计算工况

③设计工况及荷载

为比较清淤作业方案的安全性，堤防稳定计算考虑4种工况：原始断面正常工况、干水作业法工况、带水作业法工况及清淤完工后洪水骤降期工况(见表3)。

计算荷载主要考虑堤后市政道路的设计荷载，具体为：4.5 m宽的人非混行道荷载取5 kPa；7.5 m宽的机动车道汽车荷载取城—B级双列。

(3)计算结果

①工况一：原始断面(见图1)

图1原始断面抗滑稳定计算简图

②工况二：干水作业法(见图2)

图2干水作业法抗滑稳定计算简图

③工况三：带水作业法(见图3)

图3带水作业法抗滑稳定计算简图

④工况四：清淤完工后洪水骤降期(见图4)

图4清淤完工后洪水骤降期抗滑稳定计算简图

以上计算结果归纳如下(见表4)。

根据表4中的数据，原始断面抗滑稳定系数满足规范要求；采用干水作业法在河道干水开挖后抗滑稳定安全系数不满足规范要求，临水侧堤坡存在很大滑动风险；带水作业法在开挖后抗滑稳定安全系数能够满足规范要求；最后复核清淤完工后，河道在正常运行条件下设计洪水位骤降期抗滑稳定安全系数亦能满足规范要求。因此，本清淤工程从堤防安全控制的角度应采用带水作业法，从清淤完工后运行角度来说，清淤断面设计也是安全可靠的。

表4　抗滑稳定计算结果

4.3　挖泥机械选择

为尽可能降低挖泥船清淤作业对河道水体污染，本河道清淤采用环保绞吸式挖泥船，整船宽度仅3.4 m，不可拆高度1.5 m，吃水深度1 m，适用于河宽15 m以上，桥梁净宽小、净空低的河道清淤，完全符合现场施工条件特点；而且挖泥船开挖出的水下淤泥用管道全封闭远距离输送入指定堆场，不会因运泥带来环境污染。主要施工工序为：设备调遣→垃圾预清理→排泥管线铺设→施工放样→清淤开挖→淤泥输送→测量验收。

5施工阶段的安全控制

河道清淤施工期间的安全控制，主要是要将设计要求执行到位，本工程要求施工阶段重点应做好以下几点工作：

(1)在清淤作业时，控制河道水位，既要符合设计计算要求的安全水深，又要能保证挖泥船吃水要求。

(2)施工放样准确，严格按设计的平面布置、高程、坡比要求施工作业，施工开挖精度满足《疏浚与吹填工程技术规范》(SL 17—2014)的最大允许超深值要求，防止过度开挖影响堤防安全。

(3)建立安全监测制度，对河岸及其他临水建筑物做好安全监测，针对沉降、位移变形设定监测点、监测频次、变形警报值，方便施工安全控制。

6结语

河道清淤工程中的建筑物安全问题跟其他新建河道工程一样，需要有规范的地质勘察、测量成果作为设计依据，设计阶段要通过计算分析确定合理的开挖断面、安全的施工工况与作业方案，在施工过程中要执行好设计要求，抓好安全监测工作，从而才能安全可靠地实现清淤目的。

参考文献：

[1]金良跃，李群. 台州市区水环境整治河道清淤工程技术要点[J]. 浙江水利水电专科学校学报，2008(3): 33_35.

[2]GB 50286—2013，堤防工程设计规范[S].

[3]童雪亮. 温州市温瑞塘河瑞安段清淤设计与实践[J]. 广东水利水电，2013(12): 34_36.

[4]SL 17—2014，疏浚与吹填工程技术规范[S].

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责任编辑吴昊

作者简介：陈小平(1983-)，男，工程师，主要从事水利工程设计工作。E_mail：183258110@qq.com。

收稿日期：2015-07-22