夾砂地區(qū)河道土方開挖施工技術(shù)探討

王 可，孫景昱，朱紅祥

（1.常州市武進區(qū)水利綜合管理服務(wù)中心，江蘇常州 213100；2.常州市武進區(qū)排水管理服務(wù)中心，江蘇常州 213100）

新孟河延伸拓浚工程北起長江，沿老新孟河拓浚至京杭運河，立交過京杭運河后新開河道向南延伸至北干河，是《太湖流域水環(huán)境綜合治理總體方案》中確定的提高水環(huán)境容量的引排工程項目之一［1］，河道全長116.69 km，其中南延段總長11.15 km。新孟河延伸拓浚工程南延段的實施進一步提高了太湖流域防洪能力，完善流域防洪工程體系，減少流域上游入太湖的洪水量，減輕太湖及下游防洪壓力［2］。

1 工程概況

南延段拓浚河道11.15 km，新建堤頂防汛道路21.46 km，聯(lián)鎖式護坡13.89 km，護岸工程7.79 km，新建水系調(diào)整建筑物46座，新建跨河橋梁12座、支河橋梁7座。該工程河道土方開挖屬于平地開河，河道底寬50~70 m、底高程-3.0 m，采用直立式擋墻復(fù)合斷面結(jié)構(gòu)或全斷面放坡結(jié)構(gòu)。▽-3.00~▽2.40 m為1∶3 土坡，▽2.40~▽4.50 m 設(shè)聯(lián)鎖式預(yù)制塊護坡或鋼筋混凝土直立擋墻，▽4.50 m 高程處設(shè)2 m 寬親水平臺，▽4.50 m 平臺設(shè)草皮及▽4.50 m 以上為1∶2草皮護坡。

2 水文和地質(zhì)條件

2.1 潛水

河道沿線A層填土普遍分布，土質(zhì)不均，表層多含植物根莖，又受人類活動及大自然作用影響，產(chǎn)生裂隙、空隙或孔洞，具有一定的透水性、含水性，構(gòu)成場地的潛水含水層，其下部的③1層黏性土層構(gòu)成其相對隔水底板。潛水受大氣降水及地表河水影響明顯。

2.2 承壓水

場地③3、④3層砂性土具中等~弱透水性，共同構(gòu)成承壓含水層，③1層、⑤2層為其相對隔水頂、底板。⑤3層砂性土為中等透水性，為承壓含水層，⑥3、⑧1層砂性土零星分布，具微承壓性。

2.3 水位

新孟河南延段特征水位情況見表1。

表1 新孟河南延段特征水位 單位：m

3 主要施工控制點

3.1 施工降排水

根據(jù)設(shè)計圖紙，河道范圍場地③3、④3層砂性土，構(gòu)成承壓水層，③1、⑤2層為相對隔水頂、底板，需采取必要的降排水措施。施工期控制堤后水位不超過吳淞高程6.0 m，設(shè)置水位觀測井并整理記錄觀測資料備查。

河道為平地開河，砂性土范圍開挖深度較大且承壓水頭較高。設(shè)計資料顯示承壓水位最高達7.93 m。施工時考慮到承壓水位高程，為確保河坡成形，采取如下措施：

（1）河道開挖時采用管徑降水及壟溝排水相結(jié)合的降排水方案。高程▽3.0 m~▽9.0 m 范圍土方開挖以壟溝排水為主；▽0.0 m~▽3.0 m范圍土方開挖隨著③1層黏土覆蓋層挖除且承壓水頭較高，壟溝可能會不成形，該范圍設(shè)置管井降水。▽-3.0 m~▽0.0 m 范圍土方開挖要求管井結(jié)合壟溝排水。施工期密切注意③3、④3層砂性土邊坡滲流情況，出逸點坡降過大、流土現(xiàn)象嚴(yán)重必須及時采取管井降水措施，確保邊坡成形。

（2）根據(jù)技術(shù)規(guī)范編制降排水方案，包括排水井布置，抽排水設(shè)備配置等。

（3）土方開挖優(yōu)先考慮分塊分層開挖，開挖過程中提前開挖下一層壟溝，及時抽排，保證后續(xù)工程順利實施。

（4）施工期間，對周圍受降低水位影響的地區(qū)進行地下水位和地面沉降觀測。布置觀測點，定期觀測記錄，留檔備查。

3.2 河道土方開挖

土方開挖分為表土開挖、機械開挖，施工時首先清除開挖區(qū)域內(nèi)的樹根、雜草、垃圾、廢物渣等雜物，同時注意保護附近的天然植被，清表完畢后進行表土以下的機械土方開挖［3］。

（1）土方開挖結(jié)合降排水措施，合理分期、分批、分層進行土方開挖施工。開挖過程中，采取可靠地降排水措施，排除地表水，降低地下水位，使其低于開挖面0.5 m以下。在邊坡上部預(yù)留足夠③1層黏土，開挖至-3.0 m 以后進行黏土包坡，完成后施工護坡、擋墻工程。完成后及時申請驗收蓄水保坡。

（2）雨季土方施工中，在高程▽-3.0 m~▽4.5 m砂性土邊坡采用彩條布（搭接寬度不小于20 cm）覆蓋并用袋裝土碼壓，不回收。

（3）冬季土方施工中，開挖邊坡修整及護面和加固工作，在解凍后進行。

4 施工工藝

4.1 土方開挖施工工藝

施工前完成清基清表、測量放樣工作，做好邊坡及井點降水設(shè)備的布設(shè)，各級井點先預(yù)抽水4~5 d，待坑內(nèi)水位下降至作業(yè)面標(biāo)高下0.5 m 后開始挖土。河道土方開挖采用分批分期分層開挖的方案，土方挖填平衡需要，部分開挖土方將結(jié)合堤防擋墻墻后填筑。

河道土方按照事先劃分好的工作區(qū)間進行分段開挖，每工作區(qū)間內(nèi)先沿縱向軸線縱向開挖，再按水平橫向向河坡處退著開挖。每處開挖按照水平分層施工。一、二、三期土方開挖均分二層開挖直接裝車，二層放縱橫向馬道作為調(diào)土道路（坡比1∶10），道路路面鋪墊鋼板，為保證防滑，采用20 螺紋鋼筋加焊防滑。臨近邊坡位置或局部受環(huán)境制約不易放坡的工作面，采用2~3 臺挖機分層翻挖裝車的方案。河道三期土方開挖時，包坡土方同時一次性開挖到位，并利用現(xiàn)有調(diào)土道路將黏土從積土區(qū)平行調(diào)入，黏土包坡采用小型挖掘機整成臺階狀分層壓實，壓實采用手扶式打夯機。二、三期土方開挖時必須同時做好降排水措施，確保地下水位低于開挖基面50 cm。由于本工程棄土區(qū)沒有均勻分布在河道兩側(cè)，因此土方開挖分為：①河道僅一側(cè)有棄土區(qū)；②河道兩側(cè)均有棄土區(qū)，河道土方開挖方式從河道中心向兩側(cè)開挖，河道兩側(cè)均布置壟溝；③開挖至河底高程時，在河底兩側(cè)及河道橫向深挖壟溝，以便更好的達到降水效果。

土方開挖過程中，根據(jù)設(shè)計坐標(biāo)經(jīng)常校核測量開挖平面位置、水平標(biāo)高，控制樁號，水準(zhǔn)點和邊坡坡度等使之達到設(shè)計和規(guī)范要求。

土方開挖自下而上一次成型開挖，開挖過程中加強高層控制，跟蹤測量，嚴(yán)禁超挖、欠挖，聯(lián)鎖式預(yù)制塊邊坡開挖時留20 cm保護層，預(yù)制塊施工時，采用人工開挖整坡成型。在開挖邊坡上口填筑擋水子堰，并將堤頂?shù)缆沸拗上蛲獾蛊陆?，防止雨水集中沖壞護坡。二、三期土方開挖前除明溝排水外，在▽4.5 m 采用管井降水，確保地下水位低于工作面50 cm。雨季施工時，開挖成型邊坡或黏土包坡邊坡必須及時用防老化彩條布覆蓋，并用袋裝土壓實。施工期重載車輛嚴(yán)禁在邊坡上口行走。

由于開挖區(qū)域地下水位較高，在土方開挖過程中，如邊坡出現(xiàn)裂縫和滑動跡象時，立即停止施工，撤離所有工程機械，設(shè)置觀測點，及時觀測邊坡變化情況，做好記錄，上報有關(guān)單位，待查明原因后施工［4］。

4.2 降排水施工工藝

4.2.1 施工場地區(qū)明排水

施工生產(chǎn)場區(qū)四周沿紅線設(shè)置100 cm 深排水溝，生產(chǎn)生活區(qū)內(nèi)排水系統(tǒng)采用暗管下水道形式，暗管下水道通入沉淀池后，排入外圍排水溝。

4.2.2 河道明排水

南延段工程河道主要為平地開河，局部溝渠圍堰封堵后，積水抽排量不大。在截流施工圍堰與其他施工圍堰封閉后，根據(jù)現(xiàn)場情況在各個支河口處分別采用泥漿泵抽排，用于初期積水抽排。

土方開挖優(yōu)先考慮分段、分期、分層開挖，開挖過程中要不失時機地開挖下一層壟溝，及時抽排以疏干土壤含水，降低地下水位，保證后續(xù)工程順利實施。橫向每隔100 m 設(shè)1 道橫向壟溝，縱向在河道中心設(shè)置排水主垅溝，在每個施工段主壟溝內(nèi)架設(shè)2 臺22 kW 泥漿泵排水，隨著開挖的加深要不失時機地加深垅溝。調(diào)土采取分期、分段、分層實施，有利于河道土方降水。

4.2.3 降水井工程

根據(jù)河道施工圖水文地質(zhì)資料及河道開挖圖，本工程河道邊坡降水采用管井降水，管徑30cm，管井底高程為▽-13.5 m。配備170 臺（其中20 臺備用）0.75 kW、揚程50 m、流量2 m3/h 潛水泵，降水能力滿足設(shè)計要求。同時配置12臺22 kW泥漿泵，抽排垅溝積水。具體實施時根據(jù)實際滲量可適時增減明溝排水設(shè)備。

降水井施工先于基坑開挖或套搭進行，成井后立即抽排。

管井施工流程：井點測量定位→挖井口、安護筒→鉆孔就位→鉆孔→回填井底砂墊層→吊放井管→回填井管與孔壁間的粒料反濾層→洗井→井管內(nèi)下設(shè)水泵、安裝抽水控制電路→試抽水→降壓井正常運行→降水完畢后拆除設(shè)備→封井。

采用地質(zhì)鉆機鉆孔，循環(huán)泥漿護壁，孔徑80 cm，孔口安置直徑Φ100 高1.2 m 鋼護桶，配備地質(zhì)鉆機2 臺，鉆孔至設(shè)計深度。施工時控制井內(nèi)水位高于地下水位1 m 以上，鉆進至粉細砂層時控制泥漿濃度防止坍孔。鉆孔到位后即清孔，清孔采用循環(huán)泥漿進行。清孔泥漿達規(guī)定密度后立即安放井管，以防坍孔。井管分段下設(shè)，分段用電焊焊接牢固，并置于井孔中間。井管購置成品鋼筋混凝土井管，濾網(wǎng)兩層，人工包扎牢固。濾網(wǎng)規(guī)格與土層顆粒尺寸相適應(yīng)。井管下入后，及時在井管與土壁間填砂礫，采用人工填合格的砂礫濾料，井口上1 m用黏土封口。采用活塞洗井，使井管內(nèi)水由渾變清，達到正常出水量為止。

管井施工完成后，進行抽水試驗，測定抽水量、井水位、工作壓力、出水含泥量等指標(biāo)，以便進一步驗證水文地質(zhì)條件。

水下工程驗收后放水前，突擊組織實施封堵井孔。在保證基坑地基安全的情況下，逐步封堵基坑內(nèi)管井，封填井時先取出抽水泵，然后向井孔內(nèi)填黏土，上部5 m填C15速凝混凝土。

5 結(jié) 語

在夾砂土地區(qū)河道土方開挖首先要解決降排水問題，本工程采用管井結(jié)合壟溝降排水方案取得比較好的效果，河道底部完全干爽，甚至可以通行重型載重汽車。本工程河道開挖深度達到11~12 m，采取合理的分層施工方案，最大限度地降低了施工風(fēng)險，提高了施工效益。目前該工程已驗收，施工過程和通水后未發(fā)生滑坡、塌陷等事故，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。南延段洪澇水可直接北排長江，縮短洪水入江海的線路和時間，湖西地區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到50年一遇，減輕嘉澤、湟里地區(qū)防汛壓力；增強太湖水體流動，縮短換水周期（從309 d 縮至180 d），提高太湖水體自凈能力和水環(huán)境容量。