翟金萍，韓 拓，袁 崢，梁林江

（1.陜西丞海水務(wù)工程有限公司,陜西 西安 710018；2.陜西省江河水庫工作中心,陜西 西安 710018）

1 勝利水庫基本情況

勝利水庫位于延安市寶塔區(qū)東南方向的松樹林鄉(xiāng)鄧屯村,建于20 世紀(jì)50年代,為?。?）型工程,位于松樹林川上,大壩以上主河道21 km,控制流域面積達(dá)137.5 km2,最大壩高達(dá)24.3 m,總庫容達(dá)582 萬m3,有效庫容達(dá)398 萬m3,滯洪庫容達(dá)248 萬m3,以灌溉為主,灌溉農(nóng)田2.5 萬畝,兼有防洪、養(yǎng)殖等多種用途,還承擔(dān)著南泥灣鉆采公司的生產(chǎn)用水需求。

1982年水利工程“三查三定”發(fā)現(xiàn)：壩體填筑質(zhì)量差,庫區(qū)淤積嚴(yán)重,1972年~1977年間壩體出現(xiàn)裂縫7 條。2003年4 月發(fā)現(xiàn)下游左岸和下游左側(cè)壩腳有明顯滲流出露,溢洪道底板、邊墻塊石脫落、局部坍塌。2008年水庫經(jīng)過了大規(guī)模的除險(xiǎn)加固,使得總庫容達(dá)到了395 萬m3,有效庫容達(dá)到了99.74 萬m3,調(diào)洪庫容達(dá)到了57.9 萬m3,淤積庫容達(dá)到178.80 萬m3。

2013年7 月,遭遇超百年一遇的強(qiáng)降雨襲擊,降雨量達(dá)460 mm 以上,水庫水位迅速上漲,溢洪道下泄流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)能力,導(dǎo)致溢洪道下游陡坡段及消力池嚴(yán)重?fù)p毀,溢洪道砌體消失殆盡,在原溢洪道位置形成近10 余米深溝。隨后對(duì)溢洪道引水渠段進(jìn)行鋼筋砼襯砌加固；新修鋼筋砼陡漕86.17 m,消力池1 座,漿砌石護(hù)坦20 m,防沖槽1 座。2018年進(jìn)行安全技術(shù)鑒定,認(rèn)定為“三類壩”,鑒定報(bào)告指出,水庫淤積嚴(yán)重,興利庫容不足。

2 常見水庫清淤方案

目前水庫清淤主要有水力排沙清淤、機(jī)械清淤和特殊技術(shù)清淤三種方法。水力排沙清淤方法是根據(jù)水力學(xué)與河流動(dòng)力學(xué)規(guī)律,利用水流的挾沙能力,把泥沙排到指定區(qū)域達(dá)到擴(kuò)大庫容目的,主要適用于有排沙底孔的水庫。鑒于清淤區(qū)域與大壩溢洪道口較遠(yuǎn),使得傳統(tǒng)的水力排沙無法有效地清除淤沙,且溢洪道堰頂?shù)母叱瘫容^高,清淤的效果并不盡人意,不適用于勝利水庫清淤。特殊技術(shù)清淤方法中,水力虹吸清淤適用較大壩高的水庫,且清淤局限在壩前的一定范圍,且耗水量大；射流船躰流泵、氣力泵及氣動(dòng)沖淤方法也不適用于勝利水庫清淤。

機(jī)械清淤技術(shù)是利用機(jī)械設(shè)備將已淤積或者進(jìn)入水庫的泥沙清理出去,常規(guī)機(jī)械清淤技術(shù)主要是空庫干挖及挖泥船清淤。空庫干挖是通過在非汛期降低水位和排空水庫,采用常規(guī)挖掘機(jī)械進(jìn)行淤泥的挖掘和運(yùn)輸,只適用于有條件放空的水庫,不適用于勝利水庫。挖泥船則是借助不同工作裝置挖深、加寬及清理的特種船舶,可用于開挖清除水下障礙物等。挖泥船從挖出的泥沙可充填陸上洼地,常用方式主要有鏈斗式、鏟斗式、抓斗式和絞吸式等。

2.1 鏈斗式挖泥船

鏈斗式挖泥船是一種常見的挖掘機(jī)械,它的主要部件包括一條斗鏈,纏繞在斗橋的兩個(gè)部位。斗鏈通過一個(gè)動(dòng)力傳遞器將斗橋的兩個(gè)部位連接起來。斗橋通過鋼絲索固定,并通過絞車將其固定到特定位置,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)挖掘深度的精確控制。通過傳統(tǒng)的推進(jìn)器斗鏈可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的連續(xù)運(yùn)輸。通過一個(gè)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的推進(jìn)器來將物料運(yùn)輸至指定的位置,并且可以通過皮帶機(jī)進(jìn)行輸送。

2.2 鏟斗式挖泥船

鏟斗式挖泥船是一種非常先進(jìn)的挖掘工具,它能夠在船體的一側(cè)安裝各種不同的鏟斗,包括索式鏟、硬臂鏟和反向鏟。它的工作原理與傳統(tǒng)的陸地挖掘機(jī)械非常相似,能夠更有效地完成挖掘任務(wù)。一般來說,這些鏟斗都具有不同的重量,可以用來挖掘各種性質(zhì)的土壤,也可以用來清理圍墾區(qū)域,打撈沉沒的物品,并清除水下障礙。

2.3 抓斗式挖泥船

現(xiàn)代大型抓斗式挖泥船擁有出色的挖掘性能,結(jié)構(gòu)包括船身、懸掛裝置以及各種起重機(jī)械。將抓斗從水中提起,然后將其移動(dòng)至指定的卸貨位置。抓斗式挖泥船可以把挖掘物從深?；驕\海的深處挖出來,而且可以在挖出泥漿后,再將挖出來的泥塊放進(jìn)挖出來的泥坑里。其工作原理為：先把挖掘物放置于挖掘物的表層,然后把挖掘物放置于挖出來的泥坑里,再把挖出來的泥塊放回挖泥船里,最終實(shí)現(xiàn)清淤的目的。

2.4 絞吸式挖泥船

絞吸式挖泥船是當(dāng)前在疏浚、清淤中應(yīng)用較多的一種船型,它以船上的泥漿泵為中心,由絞刀、吸頭、吸泥管、輸泥管構(gòu)成整個(gè)清淤系統(tǒng),利用絞刀切割、挖掘、擊碎、攪拌挖掘物為漿體,再利用泥漿泵將泥漿吸入輸泥管運(yùn)輸。挖泥船是一種常見的工程技術(shù),它可以在多種惡劣的條件下進(jìn)行挖掘。它的種類繁多,分為普通絞吸式、斗輪絞吸式和環(huán)保絞吸式等。

3 勝利水庫清淤方案

根據(jù)勝利水庫的淤積情況,考慮灌溉和供水需求,以及地形地質(zhì)條件,探索用環(huán)保絞吸式挖泥船進(jìn)行局部清淤。環(huán)保絞吸式挖泥船具有一機(jī)多用功能、清淤作業(yè)效率高、開挖過程環(huán)保無污染、調(diào)遣便捷限制少等優(yōu)點(diǎn),是底泥清淤的首選設(shè)備。利用絞刀的旋轉(zhuǎn)將水下淤泥絞松,并通過泥漿泵所產(chǎn)生負(fù)壓吸力把泥漿混合液抽出,最終通過輸泥管道運(yùn)至指定的固化點(diǎn)。在作業(yè)區(qū)以定位樁為中心使工作懸臂帶動(dòng)絞吸頭呈扇形移動(dòng)完成定位樁控制范圍清淤,通過橫移系統(tǒng)換樁使兩棲式作業(yè)船整體前移,進(jìn)入下一個(gè)挖泥作業(yè)區(qū),使兩棲式作業(yè)船實(shí)現(xiàn)連續(xù)施工作業(yè)。若庫內(nèi)存在較多的水生植物,可以充分發(fā)揮絞吸船一機(jī)多用功能,先裝置抓耙,清除水面雜草和漂浮物,然后配套絞吸頭絞吸,清除底部淤泥。

由于溢洪道位于壩體右岸,清淤范圍可靠近壩體左側(cè)以及左岸取水口附近區(qū)域,具體范圍可定為：下游邊界為防止清淤開挖影響土石壩壩體發(fā)生壩基滲透穩(wěn)定,壩前清淤范圍自壩軸線向上游100 m 距離起進(jìn)行清淤開挖,清淤開挖邊坡1∶3,清淤深度3 m；上游邊界考慮包含庫區(qū)左岸取水口附近的清淤,選擇在老虎溝溝口附近,即壩軸線上游約450 m 位置附近,清淤總長度約350 m；左岸邊界為了不影響水庫周邊邊坡穩(wěn)定,岸坡清淤范圍自堰頂高程1065 m 等高線向內(nèi)預(yù)留約20 m 范圍起進(jìn)行清淤,并以1∶3 邊坡向庫區(qū)內(nèi)過渡清淤開挖,清淤3 m 深度；右邊界選擇自庫區(qū)中心線位置。清淤物排至勝利水庫左岸老虎溝內(nèi),將來形成農(nóng)田用于耕種。

4 結(jié)論和建議

1）勝利水庫雖然進(jìn)行了除險(xiǎn)加固,安全鑒定認(rèn)定為“三類壩”,但水庫淤積嚴(yán)重,必須進(jìn)行清淤處理,擴(kuò)大有效庫容,確保灌溉和供水功能。

2）建議采用環(huán)保絞吸式挖泥船的水下清淤方案。環(huán)保絞吸式挖泥船,配備了先進(jìn)的保護(hù)罩、智能檢測(cè)系統(tǒng),定位精度和挖深精度得到保證,在絞吸作業(yè)時(shí)既可杜絕超挖欠挖,又可減少底泥在絞吸過程中的擴(kuò)散,防止二次污染的發(fā)生。一次性完成淤泥挖掘、輸送、處置等清淤工序,全過程環(huán)保無污染。

3）建議本方案作為陜西省水利廳水庫清淤試點(diǎn)項(xiàng)目,加快推進(jìn)水庫清淤方案的制定和實(shí)施,為陜北黃土高原地區(qū)水庫清淤探索出一條新路子。