河道湖泊清淤
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河道湖泊清淤
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我们将中小河道的清、挖工程统一称为“清淤”,突出清除底泥中污染物的概念和解决淤积问题的工程目的。

一、清淤的方式方法

1.1排干清淤

对于没有防洪、排涝、航运功能的流量较小的河道,排干清淤指可通过在河道施工段构筑临时围堰,将河道水排干后进行水力冲挖或者干挖的清淤方法。排干后又可分为水力冲挖清淤和干挖清淤两种工艺:

1.1.1水力冲挖清淤:采用水力冲挖机组的高压水枪冲刷底泥,将底泥扰动成泥浆,流动的泥浆汇集到事先设置好的低洼区,由泥泵吸取、管道输送,将泥浆输送至岸上的堆场或集浆池内。水力冲挖具有机具简单,输送方便,施工成本低的优点,产生的淤泥含水率低,易于后续处理,但是这种方法施工环境比较恶劣。

1.1.2干挖清淤:采用挖掘机进行开挖。但由于淤泥承载能力弱,在淤泥上施工难度较大,经常会造成挖掘机陷入淤泥而动弹不得。一般情况下,用于水力冲挖后河床建筑垃圾和生活垃圾的清理,靠近边坡较干泥土的清理,以及河道边护坡的修筑。

一般而言,排干清淤具有施工状况直观、质量易于保证的优点,也容易应对清淤对象中含有大型、复杂垃圾的情况。其缺点是,由于要排干河道中的流水,增加了临时围堰施工的成本;同时很多河道只能在非汛期进行施工,工期受到一定限制,施工过程易受天气影响,并对河道边坡和生态系统造成一定影响。

1.2水下清淤

水下清淤一般指将清淤机具装备在船上,由清淤船作为施工平台在水面上操作清淤设备将淤泥开挖,并通过管道输送系统输送到岸上堆场中。水下清淤有以下几种方法:

1.2.1绞吸式清淤:绞吸式清淤主要由绞吸式挖泥船完成。绞吸式挖泥船由浮体、铰绞刀、上吸管、下吸管泵、动力等组成。它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(排距超出挖泥船额定排距后,中途串接接力泵船加压输送)至堆场中。

绞吸式清淤适用于泥层厚度大的中、大型河道清淤,适合开挖杂质垃圾夹带较少的软性淤泥。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;在清淤过程中不会对河道通航产生影响,施工不受天气影响,同时采用GPS和回声探测仪进行施工控制,可保证施工精度。但普通绞吸式清淤由于采用螺旋切片绞刀进行开放式开挖,容易造成底泥中污染物的扩散,同时也会出现较为严重的回淤现象。易受河道内垃圾、石块等障碍物影响,造成吸泥口堵塞的情况发生。底泥清除率一般在70%左右。

但随着清淤装备技术的发展,利用环保绞吸式清淤船进行清淤已较好地解决了底泥污染物扩散的这一弊端。环保绞吸式清淤船配备专用的环保绞刀头,具有防止污染淤泥泄漏和扩散的功能,可以疏浚薄的污染底泥而且对底泥扰动小,避免了污染淤泥的扩散和逃淤现象,底泥清除率可达到95%以上,清淤浓度高,清淤泥浆质量分数达70%以上。但受环保绞刀头结构所制约,更易受河道内垃圾、石块等障碍物影响,造成吸泥口堵塞的情况发生,导致清淤效率比普通绞吸船要低一些。

1.2.2抓斗式清淤:利用抓斗式挖泥船开挖河底淤泥,通过抓斗式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,从驳泥船卸泥仍然需要使用岸边抓斗,将驳船上的淤泥移至岸上的淤泥堆场中。

抓斗式清淤适用于开挖泥层厚度大、施工区域内障碍物多的中、小型河道,多用于扩大河道行洪断面的清淤工程。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夹带较多杂质垃圾的土方;且施工工艺简单,设备容易组织,工程投资较省,施工过程不受天气影响。但抓斗式挖泥船对极软弱的底泥敏感度差,开挖中容易产生“掏挖河床下部较硬的地层土方,从而泄露大量表层底泥,尤其是浮泥”的情况;容易造成表层浮泥经搅动后又重新回到水体之中。抓斗式清淤的淤泥清除率只能达到30%左右,加上抓斗式清淤易产生浮泥遗漏、强烈扰动底泥,在以水质改善为目标的清淤工程中往往无法达到原有目的。

1.2.3斗轮式清淤:利用装在斗轮式挖泥船上的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。斗轮式清淤一般适用于开挖泥层厚、工程量大的中、大型河道、湖泊和水库,比较适合于开挖土质较硬,粘连较低的土方,是工程清淤常用的方法。清淤过程中不会对河道通航产生影响,施工不受天气影响,且施工精度较高。但斗轮式清淤在清淤工程中会产生大量污染物扩散,逃淤、回淤情况严重,淤泥清除率在50%左右,清淤不够彻底,容易造成大面积水体污染。

1.2.4铲斗式清淤:铲斗式挖泥船是一种非自航的单斗式挖泥船,其工作机构与反向铲、正向铲挖土机类似。挖的泥土卸入停靠在船旁的泥驳,满载后运至卸泥区卸泥。通常备有轻重不同类型的铲斗,以挖掘不同性质的土壤。可用于狭小水域、港池、码头泊位,清理围垦和排除水下障碍等。适用挖卵石、碎石、大小块石、硬粘土、珊瑚礁、粗砂及胶结紧密的混合物,以及风化岩和炸后的岩石等。清淤过程中不会对河道通航产生影响,施工不受天气影响。但铲斗式在清淤工程中会产生大量污染物扩散,逃淤、回淤情况严重,清淤容易造成大面积水体污染。

1.2.5多功能船清淤:多功能水陆两栖挖泥船安装了挖掘臂与固定器装置,用于绞吸式挖泥作业、反铲式挖泥作业和水生植物的打捞、移除等。适合浅水的河流、水库、湖泊、运河、洼地、池塘等工程量不大的施工与作业。对于河道底泥中夹有建筑垃圾,水中有障碍物,水面有较多水生植物,河道状况比较复杂的情况特别适用,胜任通常需要数台不同设备去完成的任务。拥有可快速切换的多种工作装置,反铲式挖泥施工模式与绞吸式挖泥施工模式可通过更换绞刀泵与反铲装置实现工作模式的切换。该船可以自己行走下水或上岸而不需要任何辅助设备,在清淤疏浚、挖泥挖沙的施工中可以自己在水中巡航而不需要任何辅助设备,既不需要锚缆、锚绳、也不需要抛锚船等。

二、清淤方式和设备的选择

对于不通航、可断流排干的较小河道,以及清淤量较小,不适宜挖泥船清淤的河道、池塘、养殖场等,可采用水力冲挖清淤的方式,不但能保证清淤的彻底性,还能降低施工成本,是一种主要的清淤方法。

对于不能断流、有泄洪通航功能的河道湖泊,只能进行水下清淤。挖泥船是主要的清淤设备。随着国内外清淤疏浚事业的不断发展,为适应不同工程的施工需要,挖泥船的种类日益增多,能否合理利用这些机械设备,并能使其发挥最大的效益,关键是合理选择疏浚设备。根据施工条件恰当地选择挖泥船,是组织挖泥船施工和完成疏浚任务的重要前提条件。如果挖泥船选择不当,不仅会增加挖泥成本,而且还可能会损坏挖泥机具甚至完不成挖掘任务,延误工期。

选择挖泥船的基本原则有两条:第一,设备适用性上是否能很好地满足清淤任务的要求。第二,经济上是否能最大限度地降低挖泥成本。合理选择配备清淤施工设备,首先根据工程的土质类型、施工条件、施工要求等具体情况,结合技术、工效、经济等多方面因素综合比较分析,最终选择最优疏浚设备。


水力冲挖清淤施工方法

 

清淤工艺系采用水力冲挖机组将土体经水力冲挖、粉碎成泥浆,流入河中沟槽后,用泥浆泵和管道输送到设备储存罐内。采用逆向拉行冲挖的方法清淤(即冲挖水流的方向与输泥的方向相反),使冲挖过程中的杂质滞留,以便人工捡拾。泥浆泵就位后,用水枪将泥浆泵降至设计深度,相对形成坑塘,在泥浆泵前方挖一条深槽,将深槽四周土体扇形开挖、粉碎成泥浆沿槽流向泥浆泵吸口,吸送到储存罐内。待此工作面完成后,再用此方法开挖下一个工作面。

操作方法:

1.开挖方法

利用高压水枪出口形成的急射水流粉碎、切割土体,使之液化、分解、搅拌成泥浆。

2.吸泥浆塘冲挖

用高压水枪以顺掌式冲挖一个塘,将浮体与立式泥浆泵放入塘内抽吸。

3.输泥浆渠

从冲挖面到吸浆塘顺自然地面扫冲一条输泥浆渠,让冲挖面的泥浆沿输泥浆渠流入吸浆塘。

4.拦污栅

在输泥浆渠的中部设一道拦污栅,以拦截泥浆中的垃圾、芦苇根、杂草等,并在拦污栅处设专人拣拾上述垃圾、杂草、芦苇根等,将其装袋送至岸边整齐堆放后,由甲方集中外运处理。

5.管道铺设

场内泥浆运输是指泥浆经泥浆泵由冲挖区管道输送至甲方指定的弃土区,该部分管道采用泥浆泵专用8″硬尼龙管;接头采用柔性法兰接头。泥浆泵输送管线走向尽量走陆地平坦地带。管道沿线适当整平,管道安放其上并加以固定,平台应尽量水平一致,变化顺畅。保持管线平坦,顺直,不拐死弯。输浆管线的接头必须紧密、牢固,整个管线和接头不得漏泥、漏浆、漏水,发现泄漏,应及时修补或更换。输浆管拐弯按现场情况,选用定型钢管弯头或橡胶软管。使用过的输浆管线应经过检查,测量满足工程使用要求后才安装。

6.泥浆抽排

采用立式泥浆泵抽排,并经管道接力输送到储存罐内。

 

挖泥船清淤施工方法

 

1.设备调遣

挖泥船分体后由平板车陆路运输进场,选择合适的场地吊装下水拼装。也可以由航行方式进入目的地。

2.管道铺设

排泥管线设计以尽量缩短施工排距为原则,并应尽量减小对环境的影响。在挖泥船尾根据实际需要连接水上浮管,浮管后接陆地管线一直延伸至堆土围护区,进入排泥堆积场内。

陆上管线在穿越道路时,采用地下埋管的形式。陆上主管线沿堤上布设,管线水陆接头处搭设双排钢管脚手架支撑。管线架设注意事项:管线架设应根据施工进度和退水口位置及时调整。连接要牢固,接口要紧密,不得出现泄漏现象。主管线应尽量平坦、顺直,不得出现死弯。

挖泥船后接浮管沿伸至堆场附近的岸边,再接岸管进入堆场内。在超出绞吸挖泥船额定排距时,在排泥管线中途串接接力泵船加压输送土方。正式清淤生产前,先对管线进行清水压力试验,确保全线密封无泄漏后,方可正式开始清淤生产。

3.河道清淤

(1)挖泥船定位及抛锚。当挖泥船进入施工区域后,利用 GPS定位,并用锚艇顶推船头和船尾,逐渐调整船位基本到达设定位置,抛锚时,将绞刀转移到挖泥边线上,下放到泥里定住船身,要掌握好抛锚的位置。抛锚后收紧横移缆,待锚抓住后,方可将绞刀提出泥面。

(2)疏挖顺序。首先在疏挖区边线上的第 1 条和最后一条开挖出 1 条疏浚通道,其它按船体的开挖标准宽度分条,按“近土远调,远土近调”的原则开挖。

(3)疏挖方法。挖泥船疏挖采用横挖法,即以左定位桩为主桩,作为横移摆动中心,利用左右缆交替收放,摆动挖泥。开挖好的分区由技术人员按区域编号、施工时间、施工班组和质检情况作好详细记录,并在平面图上作好标记。

(4)挖泥船起桩、放桩及移船。由于挖泥船需要起桩定位及移船,为了防止造成危险,除挖泥船和泥驳外,其他船只不能再在挖泥船施工范围内进行活动。

(5)质量控制:船上配有精确的定位系统,采用船用全球卫星定位系统(GPS)进行平面定位,通过深度指示仪和绞刀压力感应器控制开挖深度,每两小时观测一次水位变化情况,随时根据水位情况调节绞刀深度,防止欠挖和超挖,并在开挖后用回声测深仪进行检测。

(6)控制测量。测量的方法采用 DGPS+水下测深仪控制测量,测量前检查仪器参数和状态设置,提前设置好仪器,在测量过程中不再改动。


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