近海吹填區(qū)的河道開挖施工技術(shù)研究

鄭 偉

1. 上海建工四建集團(tuán)有限公司 上海 201103；2. 上海建筑改建與持續(xù)利用工程技術(shù)研究中心 上海 201103

隨著沿海城市的快速化建設(shè)，濱海地區(qū)采用吹填工藝造陸的工程逐步增加，結(jié)合海綿城市的建設(shè)要求，新近形成的吹填陸域，規(guī)劃河道、建設(shè)水系是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要部分，對新近陸域的儲水蓄水、防洪排澇、生態(tài)建設(shè)起到了關(guān)鍵作用。

1 工程概況

浙江省溫州市甌江口新區(qū)一期市政工程位于甌江口新區(qū)中部，新區(qū)以吹填造陸的方式形成，西為靈昆島、北至北圍堤、東至東圍堤、南至南圍堤，區(qū)塊三面采用隔堤與外圍水系隔離。新區(qū)規(guī)劃為溫州先進(jìn)服務(wù)業(yè)與戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)集聚的發(fā)展平臺，以服務(wù)業(yè)為主導(dǎo)的投資平臺，生產(chǎn)型服務(wù)業(yè)高度集聚的城市服務(wù)樞紐，戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的產(chǎn)業(yè)集聚高地，充滿都市活力的濱海宜居城區(qū)。

對于新近吹填區(qū)域，一般的施工設(shè)備難以進(jìn)場，但為滿足區(qū)域防洪排澇要求，同時(shí)為配合場區(qū)的開發(fā)和其他基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，因此河道系統(tǒng)必須先行實(shí)施，利用位于甌江口的這一地理優(yōu)勢，區(qū)域內(nèi)的地面雨水經(jīng)排水管道流向河道，再通過河道排向外海，為后續(xù)開發(fā)建設(shè)創(chuàng)造條件。

2 工程地質(zhì)難點(diǎn)

工程地處新近吹填區(qū)域，屬欠固結(jié)土。相關(guān)水文地質(zhì)資料顯示，地下水位埋藏淺，地下水穩(wěn)定水位埋深為0.4～1.0 m，地下4 m范圍內(nèi)為新近吹填淤泥層，土質(zhì)為淤泥、淤泥質(zhì)黏土以及淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土等。吹填上灘形成陸域后，吹填區(qū)的土質(zhì)極差，土體含水量高、孔隙比大、壓縮性高、滲透性差、低抗剪強(qiáng)度，工程力學(xué)性質(zhì)極差。

場區(qū)內(nèi)的表層地質(zhì)土為素填土和吹填土，這2種土層為流塑狀、含水率較高、高靈敏度、高觸變性、低抗剪強(qiáng)度、排水固結(jié)緩慢和高壓縮性的松散土體，該土層作為場區(qū)的表層土根本無法承受施工機(jī)械的交通需求，而表層土下面依次為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、淤泥夾砂層和淤泥層。根據(jù)土層設(shè)計(jì)指標(biāo)建議值表可知，表層土以下隨著土層的深入，其土體的各項(xiàng)指標(biāo)也越來越差。

3 河道開挖技術(shù)研究

在新近濱海吹填區(qū)進(jìn)行河道開挖，河道開挖所涉及的土層主要有：①0層吹填土、②1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、②1＇層淤泥夾砂、②2層淤泥。河岸邊坡主要由流塑狀軟土構(gòu)成，其厚度大、抗剪強(qiáng)度低、整體穩(wěn)定性差，未進(jìn)行軟基處理前不能滿足自然放坡要求，需進(jìn)行地基處理，防止土體滑移現(xiàn)象的發(fā)生。

河道施工若采用傳統(tǒng)的施工方法，坡岸形成的難度大，施工過程中易產(chǎn)生流土、邊坡坍塌、河底隆起等現(xiàn)象，為保證河道開挖的邊坡穩(wěn)定，形成設(shè)計(jì)的河口寬度、河道深度以及邊坡比例，選擇以軟基處理及開挖為核心內(nèi)容的河道形成方案。

3.1 河道形成方案比選

在新近濱海吹填區(qū)進(jìn)行河道開挖，工藝主要分為2個(gè)部分，一是吹填土的加固方案，二是河道開挖方案。其中吹填土加固的主要方案有剛性支擋法、圍護(hù)法和土體加固法；開挖方案主要有水力沖挖，以及機(jī)械開挖法。綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、施工工期以及作業(yè)難度等因素，多角度進(jìn)行河道開挖方案的比選。

1）軟基處理方案的比選?，F(xiàn)行的軟基處理方法主要為3種：一是剛性支擋法，主要采用鋼筋混凝土板樁，地下連續(xù)墻及鋼管樁等方法進(jìn)行支擋；二是圍護(hù)法，主要是水泥攪拌樁和旋噴樁等方法進(jìn)行圍護(hù)施工；三是土體加固法，主要采用真空預(yù)壓法、堆載預(yù)壓法以及真空堆載預(yù)壓法聯(lián)合為主的排水固結(jié)法，其中較為常見的是真空預(yù)壓法。真空預(yù)壓法工藝成熟，工程造價(jià)低，有利于后期的河道邊坡穩(wěn)定。主要對比如表1所示。

表1 軟基處理方案比較

2）河道開挖方案的比選。水力開挖主要是采用高壓水槍對未進(jìn)行地基處理的吹填軟土進(jìn)行沖挖，沖挖下來的泥漿通過泥漿泵抽出，排放至儲泥區(qū)。水力開挖操作簡單，對場地要求低，但易造成水體流失，產(chǎn)生的泥漿也不環(huán)保，難以形成設(shè)計(jì)要求的邊坡。機(jī)械開挖主要是利用挖機(jī)等機(jī)械進(jìn)行挖放，挖放出來的吹填土可充分利用。但機(jī)械開挖對場地要求較高，且投入的機(jī)械設(shè)備較多。

3）比選結(jié)果。軟基基礎(chǔ)處理方案經(jīng)過工程造價(jià)、使用情況、施工工期、作業(yè)難度、質(zhì)量控制、后期沉降量、場地適用性等方面進(jìn)行了全面比較[1-4]。真空預(yù)壓法加固土體，施工工期短，邊坡開挖穩(wěn)定，且對后期的長久的邊坡穩(wěn)定和吹填區(qū)土體排水有利，工程費(fèi)用相對較低。軟基處理后的土地承載力等物理力學(xué)指標(biāo)滿足了機(jī)械開挖的要求，在環(huán)保的前提下，應(yīng)積極推廣機(jī)械開挖。因此新近濱海吹填區(qū)新建河道范圍推薦采用真空預(yù)壓法加固吹填區(qū)再進(jìn)行機(jī)械開挖的方法。

3.2 河道形成方案的確定

真空預(yù)壓法是在需要加固的軟土地基表面先鋪設(shè)砂墊層，然后再埋設(shè)垂直排水通道，再用不透氣的封閉膜使其與大氣隔絕，薄膜四周埋入土中，通過砂墊層內(nèi)埋設(shè)的吸水管道，用真空裝置進(jìn)行抽氣，使其形成真空，增加地基的有效應(yīng)力。當(dāng)抽真空時(shí)，先后在地表砂墊層及豎向排水通道內(nèi)逐步形成負(fù)壓，使土體內(nèi)部與排水通道、墊層之間形成壓差。在此壓差作用下，土體中的孔隙水不斷由排水通道排出，從而使土體固結(jié)。該方法設(shè)備簡單、輕便、容易操作。

在工程設(shè)計(jì)上主要進(jìn)行邊坡穩(wěn)定、坑底抗隆起以及河道抗沖刷的驗(yàn)算。為保證岸坡穩(wěn)定及控制工后沉降，應(yīng)采用合理有效的地基加固措施，按類似經(jīng)驗(yàn)可對堤岸進(jìn)行自然放坡，堤岸駁坎采用真空預(yù)壓法進(jìn)行處理。

新近吹填區(qū)河道周邊環(huán)境條件較簡單：擬建場地四周為空地。河道采用機(jī)械開挖時(shí)應(yīng)有序分層進(jìn)行，禁止超挖，并應(yīng)注意施工順序。周邊不得超載，不得超過設(shè)計(jì)荷載極限條件。另外，應(yīng)加強(qiáng)施工監(jiān)測，以確保槽壁、槽底岸坡的穩(wěn)定性和施工安全。

3.3 河道形成方案的實(shí)施

3.3.1 河道真空預(yù)壓

河道真空預(yù)壓施工過程主要包括：施工前應(yīng)對地基處理范圍內(nèi)進(jìn)行整平，清除地基處理區(qū)域范圍內(nèi)的雜草、垃圾和石塊，局部較弱處可采用加鋪竹笆和土工織物墊層的方式以便于后續(xù)施工。在工作墊層土工織物上鋪設(shè)砂墊層，然后實(shí)施打排水板→埋設(shè)監(jiān)測設(shè)備→鋪設(shè)濾管→挖壓膜溝→鋪密封膜→安裝射流泵→試抽→抽真空加載→真空預(yù)壓卸載等主要步驟。

3.3.2 河道循環(huán)開挖

河道開挖施工過程中，土方量大，工期相對較緊，且需要對邊坡進(jìn)行修整。采用傳統(tǒng)挖機(jī)開挖需要投入的機(jī)械數(shù)量非常多。

通過集思廣益，針對大面積河道開挖，形成了河道土方循環(huán)開挖工法，在加快土方轉(zhuǎn)運(yùn)速度的同時(shí)，減少挖機(jī)因翻運(yùn)土方而損耗的工效，使挖土和運(yùn)輸兩道工序相互獨(dú)立，減少干擾，發(fā)揮各自較大的效能，縮短工期，降低成本。

河道土方循環(huán)開挖工法主要使用挖機(jī)、推土機(jī)、小型土方運(yùn)輸車配合施工，分為3個(gè)操作帶，挖機(jī)處于第一操作帶，全斷面布置，采用退挖的方式，將土方挖至身后，由處于第二操作帶的推土機(jī)將土方平推至第三操作帶，第三操作帶由挖機(jī)和土方運(yùn)輸車組成，由挖機(jī)裝卸，土方車運(yùn)輸，由于土方運(yùn)輸車采用輪式，在河道內(nèi)行駛不便，所以在其行駛斷面內(nèi)布設(shè)鋼板便道（圖1）。

鋼板便道采用6.0 m×1.5 m×1.2 cm的鋼板，鋼板上焊接帶肋鋼筋，增加摩擦力。鋼板便道向后移動時(shí)采用整體移動，將第一排拉至最后，循環(huán)后退，縱向通長焊接鋼筋連成整體方便移動，同時(shí)間隔一定距離焊接拖拽點(diǎn)。為了滿足車輛掉頭、處理意外情況等，共鋪設(shè)3條便道。

河道開挖施工流程為：鋼板便道鋪設(shè)→挖機(jī)就位→斷面開挖→推土機(jī)平推土方→挖土機(jī)小范圍收集土方，并傳送至土方車→土方車轉(zhuǎn)運(yùn)至堆土點(diǎn)→土方車循環(huán)運(yùn)輸→挖機(jī)后退→鋼板便道調(diào)整→重復(fù)循環(huán)[5-6]。

圖1 開挖循環(huán)運(yùn)輸示意

3.4 實(shí)施效果

采用該方式施工，投入的挖機(jī)、推土機(jī)、運(yùn)輸車等機(jī)械數(shù)量相較以往減少很多，而投入較多的鋼板是可以循環(huán)利用的材料，施工完成后除土方外，并不會因?yàn)槭┕砥渌麖U棄物而需要清理。施工速度也比以往單純靠挖機(jī)快捷，同時(shí)減少了翻挖的次數(shù)，施工現(xiàn)場的揚(yáng)塵也相對減少。根據(jù)土方量和工期可靈活配置機(jī)械，使用普通挖機(jī)即可，無需采用長臂挖機(jī)，避免降低工效。

4 結(jié)語

隨著城市發(fā)展步伐的不斷加快，對土地的需求更加迫切，在新近吹填的區(qū)域上進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和河道開挖的情況不斷增加。為減少吹填對區(qū)域防洪、排澇的影響，同時(shí)解決后續(xù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的排水問題，河道的形成成為新近吹填區(qū)開發(fā)的先行條件。但吹填區(qū)以淤泥質(zhì)土為主的地質(zhì)條件極差，通過對河道軟基處理＋河道開挖的方案進(jìn)行比選，擇優(yōu)推薦地基處理采用“真空預(yù)壓＋機(jī)械開挖”的河道形成方案。通過對河道機(jī)械開挖工法的研究，提高了工效，可為今后類似的工程提供參考。