淺談粉砂土河道施工技術關鍵點

林 農(nóng)，紀建中，王 鑫，徐永波

（江蘇省淮安市水利勘測設計研究院有限公司，223005，淮安）

在一般水利工程河道開挖施工中經(jīng)常遇到粉質壤土或粉質砂壤土 （俗稱粉砂土），該類土的特性主要是天然含水率低、塑性小、保水性差，當土體含水量大或者地下水豐富時河道開挖不易成形，且機械擾動時易產(chǎn)生液化。粉砂土一直是河道開挖和河道成形的“絆腳石”，通過對江蘇省淮安市古黃河水利樞紐工程導流河開挖中遇到的粉砂土成功處理經(jīng)驗的總結，為今后類似工程施工提供借鑒。

一、工程概況

淮安市古黃河水利樞紐工程位于漣水縣城下游約3 km的古黃河上，為水位控制工程，主要是興建跨河建筑物，目的是抬高楊莊閘至漣水縣城段古黃河水位，提升主城區(qū)水景觀，保障區(qū)域供水安全。工程由節(jié)制閘、水電站和公路橋3部分組成，節(jié)制閘總凈寬40 m，水電站總裝機容量840 kW，公路橋橋面總寬26 m。

樞紐主體工程施工期間需設置臨時導流工程。導流河位于主體工程右岸的灘面上，長1 020 m，河底高程4 m，底寬40 m，高程9 m處設5 m寬青坎，青坎以下河坡坡比1∶3.5，青坎以上河坡坡比1∶3至現(xiàn)狀灘面。平臺及以下河坡采用編織袋裝土壓護彩條布防護，進出口段為編織袋裝土滿布壓護，中間段為編織袋裝土局部防護。

場地地貌分區(qū)屬徐淮黃泛平原區(qū)，地貌類型為堤內(nèi)灘地。根據(jù)土層的工程性質差異，大致分為5個工程地質層，導流河開挖主要涉及1～2層素填土和2層輕粉質砂壤土層，下臥層為3層黏性土層，層厚約5.5 m，4層為承壓水含水層，承壓水位為2.25 m。1～2層素填土和2層輕粉質砂壤土邊坡穩(wěn)定性均較差，2層土滲透性均較強。

導流河開挖土方量約68萬m3，要求50天完成。對于這項時間緊、任務重、土質條件差的工程，采取有效的降排水措施、制定合理的土方開挖方案和選擇合適的施工機械，是克服粉砂土的開挖難題、確保導流河按時發(fā)揮作用的重要技術措施和組織措施。

二、選擇有效的降排水措施

根據(jù)地質報告顯示，對導流河開挖造成影響潛水含水層主要集中在1～2及 2層地質層上，1～2層底標高在 6.3 m，2層底標高在-0.5 m，1～2層土的滲透系數(shù)為 7.12×10－4cm/s，2 層土的滲透系數(shù)為 5.97×10－4cm/s，涌水量計算時滲透系數(shù)按 7.12×10－4cm/s計算。根據(jù)地質報告揭示條件本工程降水視為均質含水層。

本工程降水對輕型井點降水和明溝降水兩個方案進行了對比和試驗。通過現(xiàn)場設置一組輕型井點降水試驗，結果表明輕型井點降水周期比較長、影響范圍小、費用高、見效慢，難以保證工期；導流河比較長，井點管封閉較難，且井點管布置后，對挖掘機開挖造成影響。而采用明溝降水開挖速度快，且砂土降水見效快；根據(jù)降水要求可以分段同時降水，采用流水作業(yè)，施工干擾較小。通過方案比較，在充分考慮工程地質特點、土質滲透系數(shù)及施工環(huán)境等諸多因素，最終采用深挖壟溝明排降水方案。

河道疏浚上常常有 “壟溝不成，河不成”的說法，這句話是許多工程實踐經(jīng)驗的總結，充分說明施工排水的重要性。在工程實施中，采取了在高程9.0 m以上，沿導流河一側底線開挖壟溝，第一層壟溝設置在高程6.5～7.0 m，第二層壟溝設置在高程3.5m。為增加排水效果，壟溝開挖采用縱、橫向布置，橫向壟溝間距40 m。溝內(nèi)布置多臺潛水泵隨時抽排滲水，并采取沿壟溝向另一側采取臺階式開挖方式，兩臺或多臺挖掘機接力的方法開挖導流河。按此施工方法一次性將導流河開挖成形。

在深挖壟溝過程中，起始時土中含水量特別豐富，邊挖邊塌，溝坡無法成形，但堅持塌了再挖，防止壟溝淤積。時間一長壟溝越挖越大，水越匯越多，抽水量由原來預計的每日1 500 m3增加到3 000 m3以上。經(jīng)過十幾天持續(xù)地深挖壟溝、增加機泵、排水，終于徹底降低了附近土體內(nèi)的地下水。由于排水措施得當，降水取得了十分理想的效果，創(chuàng)造了在高程7.0 m以上也可以行駛運土車輛的條件，最終在設計河底高程4.0 m上施工機械也可以行走自如，從而徹底克服了在流沙土上施工的難題。

三、制定科學的導流河開挖方案

在工程開工初期兩三天內(nèi)，經(jīng)過試挖迅速摸清土質、運距、機械性能、工作效率等各方面的情況。通過制定科學的施工方案，選取合適的運輸機械，選擇最優(yōu)的運輸路線，使土方有序運輸。保證挖土區(qū)與堆土區(qū)達到平衡一致，避免重復運輸，提高了施工效率。高峰期組織挖掘機17臺，小型自卸車130多輛，平均每天完成土方開挖 1.2萬m3， 高峰時達 2萬 m3，沒有出現(xiàn)施工混亂現(xiàn)象。

根據(jù)場地施工條件，導流河開挖施工機械采用挖掘機開挖、小型自卸車運土。導流河分為兩層開挖，第一層從現(xiàn)狀地面開挖至導流河設計青坎高程9.0 m，第二層開挖至設計河底高程4.0 m。第一層河道開挖直接采用挖運機械配合施工，將開挖的土方直接運至棄土區(qū)。第二層河道結合排水壟溝開挖，自北側河底線附近向南側開挖。先開挖壟溝排水，在保證土體能支撐挖掘機后再開挖下一層河道。由于青坎以下土體的含水量大，運輸機械不能直接在上面行走，且土方含水量大不適合直接裝車運走。根據(jù)粉砂土易失水的性質，施工中采用兩臺挖掘機或者三臺挖掘機接力的方法將下層濕土先開挖放到高程9.0 m上，讓土體中的水自然晾干一天后，降低土體中的水份再裝車運至堆土區(qū)。在開挖下層土的過程中始終先將壟溝開挖到低于工作面1 m以下，并不斷地抽排壟溝中的積水，保證挖掘機干地施工。

四、體會與建議

①關于粉砂土施工的降排水方案選擇，由于砂土的土壤孔隙率較大，當?shù)叵滤唤咏_挖面時，在重載的作用下，地下水順土壤孔隙迅速上升，造成施工機械沉陷，因此必須采取迅速有效措施降低地下水水位。采取降排水的主要措施有明溝排水、井管降水及輕型井點降水等。其中井管降排水成本高昂，輕型井點降排水因河道開挖線路較長，形成封閉范圍太大，耗能巨大，成本太高，且工期可能拖延，而采用明溝降排水成本最低，效果最明顯，施工速度最快。

②粉砂土的滲透系數(shù)大，土體顆粒太細，在滲透壓力作用下，流失非常嚴重。因此，挖土速度要大于沙土流淌速度，最大程度消除流沙的影響，即用多臺挖掘機接力施工，以快速擴大壟溝的容量。按照地質資料，準確界定用于計算滲透量的各種參數(shù)，科學地計算滲透量，然后根據(jù)揚程選用大于理論滲透量一倍的水泵，迅速抽排壟溝積水，促使地下水水位降低。

③淺層地下水主要來自大氣降水和遠方水源補水，通過逐級降低壟溝底高程，不斷抽排壟溝積水，使開挖面周圍形成地下水水力坡度，始終保證地下水低于開挖面，達到干法施工的條件。

古黃河水利樞紐工程導流河成功開挖的經(jīng)驗在于，類似粉砂性土質的河道開挖施工時，明溝降排水和挖掘機接力挖土翻曬、倒運等是最有效的施工措施，具有見效快、可分段同時施工、流水作業(yè)等特點。

[1]高尚俊.淺論粉砂土河道開挖邊坡的穩(wěn)定[J].江蘇水利，2007（8）.

[2]孫昌明，沈金榮.淺析粉砂土河床開挖及穩(wěn)定效果[J].江蘇水利，2005（3）.

[3]建筑基坑支護技術規(guī)程.JGJ 120—2012[S].2012.