李志斌

(中國(guó)水利水電第二工程局有限公司，北京 100011)

1 概述

該研究項(xiàng)目為南水北調(diào)中線一期工程總干渠黃河北～羑河北段鶴壁段施工Ⅰ標(biāo)，位于河南省鶴壁市淇縣，標(biāo)段全長(zhǎng)11 km，均為明渠，標(biāo)段內(nèi)有各種建筑物24座，其中左排建筑物9座、分水口1座、橋梁12座、渡槽2座。渠道斷面為梯形，設(shè)計(jì)渠底寬度為19 m，渠 底 高 程 為90.061～89.668 m，渠道內(nèi)一級(jí)邊坡坡比為1∶2，一級(jí)馬道(堤頂)寬5 m，外坡為 1∶2 ～1∶1.5，渠道縱比降為1/28 000。全渠段采用混凝土襯砌。在渠道開(kāi)口線與永久占地線之間設(shè)有截(導(dǎo))流溝、防洪堤及林帶。

地質(zhì)勘察資料顯示，該標(biāo)段為粘礫多層結(jié)構(gòu)段，卵石呈膠結(jié)狀，土石方開(kāi)挖以半挖半填為主，挖方次之，挖方深度一般為4～9 m，最大挖深約16 m。

通過(guò)進(jìn)行土石方平衡計(jì)算和調(diào)配，力求資源的合理配置和進(jìn)度滿足施工需要并在經(jīng)濟(jì)上達(dá)到利益最大化。

2 土石方平衡計(jì)算的依據(jù)

(1)總干渠鶴壁段(第Ι標(biāo)段)渠道平面布置圖;

(2)總干渠鶴壁段(第Ι標(biāo)段)渠道縱斷面圖;

(3)總干渠鶴壁段(第Ι標(biāo)段)渠道開(kāi)挖圖;

(4)總干渠鶴壁段(第Ι標(biāo)段)渠道橫斷面圖;

(5)總干渠鶴壁段(第Ι標(biāo)段)渠道濕陷性黃土處理布置圖;

(6)渠道土石方開(kāi)挖、回填技術(shù)要求;

(7)建筑物開(kāi)挖圖紙;

(8)鶴壁Ⅰ標(biāo)設(shè)計(jì)地勘報(bào)告及地勘縱剖面圖;

(9)招、投標(biāo)文件;

(10)《堤防工程施工規(guī)范》SL260;

(11)施工組織設(shè)計(jì)及土石方開(kāi)挖、回填施工方案;

(12)土石分界測(cè)量成果。

3 土石方平衡計(jì)算

3.1 計(jì)算依據(jù)

(1)渠道土石方計(jì)算按照設(shè)計(jì)開(kāi)挖斷面圖進(jìn)行計(jì)算;

(2)建筑物土石方按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行計(jì)算;

(3)渠道細(xì)部土石方按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行計(jì)算;

(4)換填段按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行計(jì)算;

(5)土方分界參照設(shè)計(jì)地勘縱剖面圖進(jìn)行區(qū)分，以便確定可利用的土方和外棄土方。

3.2 土石方工程量計(jì)算過(guò)程說(shuō)明及計(jì)算結(jié)果

(1)渠道土石方計(jì)算過(guò)程及結(jié)果。

渠道土石方計(jì)算以實(shí)測(cè)原狀地形圖和設(shè)計(jì)開(kāi)挖斷面套用進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算的精度為20 m(20 m為測(cè)量斷面的精度要求)。經(jīng)計(jì)算，渠道開(kāi)挖的土石方量為392.8萬(wàn) m3，其中清基45.2萬(wàn) m3。

(2)左排建筑物土石方計(jì)算過(guò)程及結(jié)果。

左排建筑物土石方的計(jì)算以實(shí)測(cè)原狀地形圖和建筑物開(kāi)挖圖套用進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算后扣除建筑物與渠道較差部分的土石方工程量。經(jīng)計(jì)算，左排建筑物開(kāi)挖的土石方方量為56.9萬(wàn)m3。

(3)渡槽、分水口土石方計(jì)算過(guò)程及結(jié)果。

分水口土石方計(jì)算以實(shí)測(cè)地形套用設(shè)計(jì)開(kāi)挖圖紙進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，分水口土石方開(kāi)挖工程量為 5.9 萬(wàn) m3。

(4)橋梁土石方計(jì)算過(guò)程及結(jié)果。

橋梁土石方開(kāi)挖已在渠道開(kāi)挖中進(jìn)行過(guò)計(jì)算。由于橋梁工程需要占?jí)阂欢ǖ那篱_(kāi)挖，占?jí)旱墓ぷ髅嬖谇阑靥铍A段不能開(kāi)挖，即不能作為土石方平衡的一部分，故該部分單獨(dú)計(jì)算，以便于土石方平衡和調(diào)配。經(jīng)計(jì)算，橋梁土石方開(kāi)挖量為 6.5 萬(wàn) m3。

(5)細(xì)部結(jié)構(gòu)土石方開(kāi)挖計(jì)算過(guò)程及結(jié)果。

細(xì)部結(jié)構(gòu)主要包括導(dǎo)流溝、截流溝的開(kāi)挖，經(jīng)計(jì)算，細(xì)部結(jié)構(gòu)土石方開(kāi)挖量為13.9萬(wàn)m3。

(6)土石方開(kāi)挖小計(jì)及說(shuō)明。

根據(jù)上述計(jì)算可知，該標(biāo)段土石方開(kāi)挖總量為476萬(wàn)m3。

(7)渠道回填土石方計(jì)算及結(jié)果。

渠道土石方回填計(jì)算以清基后的基礎(chǔ)面和設(shè)計(jì)回填斷面套用進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算的精度為20 m(20 m為測(cè)量斷面的精度要求)。經(jīng)計(jì)算，渠道回填的土石方方量為124萬(wàn)m3。

(8)倒虹吸回填土石方計(jì)算及結(jié)果。

倒虹吸回填按照開(kāi)挖斷面和回填斷面套用進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，倒虹吸回填工程量為37萬(wàn)m3。

(9)橋梁回填土石方計(jì)算及結(jié)果。

橋梁回填按照清基面和回填斷面套用進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，橋梁回填工程量為24萬(wàn)m3。

(10)渡槽、分水口土石方計(jì)算及結(jié)果。

渡槽、分水口回填土石方計(jì)算以開(kāi)挖基礎(chǔ)和回填斷面進(jìn)行套用計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，回填量為2.4萬(wàn)m3。

(11)土石方回填小計(jì)及說(shuō)明。

綜合以上回填單項(xiàng)，加上該項(xiàng)目的棄土回填量(集中低洼段的回填)28.1萬(wàn)m3，該項(xiàng)目回填總量為215.5萬(wàn) m3。

3.3 土石方平衡分析

根據(jù)設(shè)計(jì)土石方開(kāi)挖和回填技術(shù)要求，渠道清基的45.2萬(wàn)m3用于復(fù)耕，不可作為回填;由于橋梁與渠道同時(shí)施工，需要占用一定的渠道施工作業(yè)面，該部分不能進(jìn)入土石方平衡計(jì)算，后期作為橋梁引道回填考慮;細(xì)部結(jié)構(gòu)需要在渠道主體結(jié)構(gòu)施工完畢進(jìn)行開(kāi)挖，且開(kāi)挖強(qiáng)度和方量均不大，開(kāi)挖物不考慮用于回填，不考慮進(jìn)行土石方平衡;渡槽、分水口的土石方基本滿足該部分的回填，不進(jìn)行總體平衡考慮。另外，根據(jù)地質(zhì)勘察資料，該標(biāo)段有80萬(wàn)m3的砂卵石不能用作回填，只能作為棄土。

綜上所述，該標(biāo)段可用于回填的土石方為184.4萬(wàn) m3，回填總量為215萬(wàn) m3，考慮到橋梁引道回填利用橋梁占?jí)呵拦ぷ髅娴耐练竭M(jìn)行回填土6.5萬(wàn)m3，渡槽、分水口利用相應(yīng)部位的開(kāi)挖料進(jìn)行回填可滿足需要，故可參與平衡的回填量為208.5萬(wàn)m3。考慮回填壓實(shí)系數(shù)為0.85，則需要的回填自然方為245萬(wàn)m3。所以，總體上本標(biāo)段開(kāi)挖料不能滿足回填，需要60.6萬(wàn)m3該外部取土(由于取土場(chǎng)暫時(shí)不能確定，故暫不做取土的平衡分析)。

4 施工分段及總體施工安排

4.1 施工分段

前期，因取土場(chǎng)不能確定，在取土不進(jìn)行平衡考慮的前提下，最經(jīng)濟(jì)的施工方式為——開(kāi)挖至回填的運(yùn)距最短，即開(kāi)挖的土料就近進(jìn)行回填(土方運(yùn)距不超過(guò)2 km為界限)為最經(jīng)濟(jì)。棄土就近棄往棄土場(chǎng)(經(jīng)分析，也是最經(jīng)濟(jì)的)，故根據(jù)對(duì)渠道開(kāi)挖可利用土和回填需土量進(jìn)行的分析、比較，將渠道施工總體上分為四段，具體劃分為:

樁號(hào)Ⅳ144+600～Ⅳ147+000之間的2.4 km為第一段(開(kāi)挖量較小，回填量較大，土方不能平衡);

樁號(hào)Ⅳ147+000～Ⅳ150+000之間的3 km為第二段(開(kāi)挖量較大，回填量較小，可平衡，有余土);

樁號(hào)Ⅳ150+000～Ⅳ152+600之間的2.6 km為第三段(開(kāi)挖量較大，回填量較小，可平衡);

樁號(hào)Ⅳ152+600～Ⅳ155+600之間的3 km為第四段(開(kāi)挖量較大，回填量較小，可平衡，有余土)。

在每個(gè)分段內(nèi)，根據(jù)建筑物的布置再組織流水施工。

4.2 土石方施工總體安排及說(shuō)明

由于該項(xiàng)目為渠道線性工程，根據(jù)總進(jìn)度計(jì)劃得知，該項(xiàng)目的關(guān)鍵線路為渠道工程，渠道工程的施工重點(diǎn)及關(guān)鍵線路是渠道的開(kāi)挖、回填及襯砌，故在施工組織上重點(diǎn)圍繞這幾個(gè)方面進(jìn)行，其它方面及時(shí)插入進(jìn)行。

按照項(xiàng)目的分段，該標(biāo)段第一分區(qū)和第三分區(qū)的土方在分段內(nèi)不能平衡，故其總體部署如下:第一分區(qū)在清基完成后主要進(jìn)行土方回填工作，尤其是標(biāo)段的起始1 km部位需要進(jìn)行換土處理，回填施工從小樁號(hào)向大樁號(hào)進(jìn)行;第二分區(qū)開(kāi)挖、回填同時(shí)進(jìn)行，將多余的土方運(yùn)往第一分區(qū)進(jìn)行回填;第三分區(qū)開(kāi)挖、回填同時(shí)進(jìn)行，回填施工首先進(jìn)行分區(qū)內(nèi)高填方的回填，然后從小樁號(hào)向大樁號(hào)方向進(jìn)行回填;第四分段由于有大量的建筑物，故首先安排建筑物的開(kāi)挖，在建筑物施工到一定程度后開(kāi)始渠道的土石方開(kāi)挖工作，避免土石方開(kāi)挖全面展開(kāi)給建筑物施工帶來(lái)不利的影響，同時(shí)考慮到向施工三區(qū)運(yùn)土。在渠道開(kāi)挖完畢，施工一區(qū)和三區(qū)還需從外部取土。

5 施工方法簡(jiǎn)述

5.1 開(kāi)挖工藝流程

土石方開(kāi)挖施工工藝流程為:

施工準(zhǔn)備→場(chǎng)地移交→測(cè)量放線→清基→土石方分步開(kāi)挖→土石方運(yùn)輸→預(yù)留保護(hù)層開(kāi)挖→結(jié)構(gòu)層施工。

5.2 開(kāi)挖施工方法

根據(jù)設(shè)計(jì)要求的渠道開(kāi)挖與回填技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)圖紙及施工部署，渠道土石方開(kāi)挖分兩次開(kāi)挖到位，第一次開(kāi)挖只進(jìn)行渠道大面的開(kāi)挖，開(kāi)挖后預(yù)留0.5 m左右的保護(hù)層，以防汛期暴雨沖刷邊坡;第二次開(kāi)挖在具備渠道襯砌條件時(shí)進(jìn)行，二次開(kāi)挖至結(jié)構(gòu)底。二次開(kāi)挖時(shí)采取人工配合機(jī)械的開(kāi)挖方式，在開(kāi)挖的同時(shí)墊層、保溫、防滲及襯砌及時(shí)跟進(jìn)，避免開(kāi)挖面長(zhǎng)時(shí)間的暴露而擾動(dòng)原狀土。

土方開(kāi)挖采用1.2～2 m3的反鏟挖掘機(jī)進(jìn)行開(kāi)挖，15～20 t自卸汽車運(yùn)輸，將開(kāi)挖的表土運(yùn)至棄渣場(chǎng)，將可利用的土方根據(jù)土方分段就近進(jìn)行填筑，將不可利用的土方運(yùn)至棄渣場(chǎng)堆放。

對(duì)于開(kāi)挖深度在5 m以內(nèi)的可一步開(kāi)挖到預(yù)留保護(hù)層的上面;對(duì)于開(kāi)挖深度大于5 m的部分則采取分步開(kāi)挖，分步厚度視開(kāi)挖深度在3～5 m之間選擇。

土方填筑采用自卸汽車卸料，裝載機(jī)配合推土機(jī)進(jìn)行平整，振動(dòng)碾、羊角碾進(jìn)行碾壓，碾壓參數(shù)按照現(xiàn)場(chǎng)土方碾壓試驗(yàn)確定的參數(shù)進(jìn)行，試驗(yàn)采用環(huán)刀取樣進(jìn)行試驗(yàn)。

土方填筑工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 土方填筑施工工藝流程圖

5.3 土方填筑工藝流程

5.4 土方填筑施工方案

(1)渠道堤基的清理與壓實(shí):堤基清除表層土厚30 cm，清理范圍為堤身設(shè)計(jì)基面邊線外50 cm，基礎(chǔ)清理完成后應(yīng)進(jìn)行碾壓。堤基范圍內(nèi)的坑、溝、槽等按堤身填筑要求進(jìn)行回填處理。

(2)填筑施工時(shí)，分段流水作業(yè)，每段按200 m劃分。統(tǒng)一鋪料、統(tǒng)一碾壓?；靥盍夏雺簷C(jī)械的走向要平行渠道軸線。分段碾壓，相鄰作業(yè)面的搭接碾壓寬度在平行堤軸軸線方向不應(yīng)小于0.5 m，垂直渠道軸線方向不應(yīng)小于3 m。

(3)渠堤填筑體分層回填、分層碾壓并留有適當(dāng)?shù)南髌掠嗔?。填筑土料的壓?shí)度應(yīng)不小于100%。

(4)根據(jù)碾壓機(jī)械、回填料的性質(zhì)等進(jìn)行碾壓試驗(yàn)，確定最優(yōu)含水量、鋪料厚度和碾壓遍數(shù)。施工時(shí)按監(jiān)理人批準(zhǔn)的機(jī)械進(jìn)行碾壓，并使填料按規(guī)定的松鋪厚度均勻、平整地?cái)備佋谝蟮膶挾壬稀C(jī)械碾壓時(shí)，將碾壓行進(jìn)速度控制在2 km/h左右;對(duì)于機(jī)械碾壓不到的部位，應(yīng)輔以夯具夯實(shí)，夯實(shí)時(shí)應(yīng)采用連環(huán)套打法，夯跡雙向套壓，夯壓夯1/3，行壓行1/3;分段、分片夯實(shí)時(shí)，夯跡搭壓寬度不小于1/3夯徑。

(5)采取分段分層填筑碾壓，各段土層之間設(shè)立標(biāo)志，以防漏壓、欠壓和重壓。段與段之間的填筑結(jié)合部位要求以1∶3緩坡相接。

(6)碾壓采用的土料要將含水量控制在最優(yōu)范圍內(nèi)，否則要采取翻曬或?yàn)⑺却胧┱{(diào)節(jié)含水量，使之達(dá)到要求方可填筑。每層填筑后，應(yīng)檢查其干密度達(dá)到要求并需經(jīng)監(jiān)理驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行下一層填筑。氣候干燥時(shí)，土料碾壓前要適當(dāng)灑水，以利于充分壓實(shí)，填筑土料的含水率與最優(yōu)含水率的允許偏差為－2% ～+3%，日降雨量大于50 mm時(shí)，應(yīng)停止填筑施工。

(7)填筑采用自卸車運(yùn)料、推土機(jī)攤鋪，振動(dòng)碾和羊腳碾碾壓，在局部靠近建筑物規(guī)定范圍內(nèi)采用人工配合蛙式夯夯實(shí)。進(jìn)行碾壓時(shí)，根據(jù)碾壓試驗(yàn)獲得的鋪土厚度、碾壓遍數(shù)等參數(shù)進(jìn)行施工。

(8)下雨前采取措施，防止雨水下滲并及時(shí)壓實(shí)作業(yè)面表層松土，將作業(yè)面做成拱面或坡面，以利排水。雨后，對(duì)填筑面進(jìn)行晾曬、復(fù)壓、刨毛處理，必要時(shí)對(duì)表層再次進(jìn)行清理，并待填筑面含水量調(diào)整至合格范圍才能恢復(fù)施工。

(9)不在負(fù)溫下施工。如必須施工時(shí)，應(yīng)在具備保溫措施時(shí)，允許在氣溫不低于－10℃的情況下施工。在負(fù)溫條件下進(jìn)行填筑時(shí)，取正溫土料，裝土、鋪土、碾壓、取樣等工序采取快速連續(xù)作業(yè)，土料壓實(shí)時(shí)的氣溫必須在－1℃以上。負(fù)溫下填筑時(shí)，粘性土含水量不大于塑限的90%，鋪土厚度比常規(guī)填筑時(shí)減薄，或采用重型機(jī)械碾壓。填料中不夾冰雪。

(10)對(duì)占?jí)旱躺頂嗝娴纳系膛R時(shí)坡道做補(bǔ)缺口處理，將已板結(jié)的老土刨松，并與新鋪土料統(tǒng)一按填筑要求分層夯實(shí)。

5.5 運(yùn)輸?shù)缆返脑O(shè)置

場(chǎng)內(nèi)施工主干道布置在渠道的右岸，沿標(biāo)段全線布置，路寬8 m，泥結(jié)碎石路面，路面比清表后的地面高20 cm，向外側(cè)泛水2%。

該標(biāo)段主干線通往棄渣場(chǎng)和下基坑的臨時(shí)道路按施工需要修建，為路寬7 m的泥結(jié)碎石路面，隨開(kāi)挖深度不斷進(jìn)行填壓，路的坡度不大于10%。

在進(jìn)行跨渠建筑物施工時(shí)，為不影響渠道通行，在建筑物的兩側(cè)修建施工道路，路寬6 m，泥結(jié)碎石路面;生產(chǎn)、公路橋施工前修建分流道路，分流道路寬同原通行道路寬度，路面做法同原路面做法。

在橋梁兩側(cè)各預(yù)留30 m寬的橋梁工作面，并在兩側(cè)做下渠底道路。

5.6 施工機(jī)械設(shè)備的配置(表1、2)

表1 施工機(jī)械設(shè)備配置表

表2 試驗(yàn)儀器設(shè)備配置表

6 結(jié)語(yǔ)

(1)根據(jù)項(xiàng)目實(shí)施情況，渠道等線性工程項(xiàng)目的土石方開(kāi)挖宜采取分區(qū)、分段流水施工作業(yè)方式，土石方平衡對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的成本起著很大的作用。土石方平衡工作做的越細(xì)、越準(zhǔn)確，現(xiàn)場(chǎng)越容易操作，成本越容易控制。該項(xiàng)目采取以開(kāi)挖控制斷面間距為計(jì)算斷面的方式可行、可控，并且在渠道土石方的施工過(guò)程中充分考慮了建筑物施工時(shí)段、工作面的留置等問(wèn)題，避免了土方的來(lái)回倒運(yùn)，節(jié)省了項(xiàng)目成本。

(2)從對(duì)機(jī)械設(shè)備的配置和過(guò)程進(jìn)行的調(diào)查與調(diào)整來(lái)看，線性工程土石方工程的設(shè)備配置在工期合理的情況下，開(kāi)挖設(shè)備的數(shù)量宜為渠段長(zhǎng)度加1，運(yùn)輸設(shè)備宜根據(jù)開(kāi)挖設(shè)備的大小進(jìn)行配置，一般一臺(tái)0.8 m3的開(kāi)挖設(shè)備宜配置4～6臺(tái)15～20 t的運(yùn)輸車輛，這樣的配置避免了設(shè)備的窩工與閑置。

(3)在線性工程中有建筑物時(shí)，宜先進(jìn)行建筑物的開(kāi)挖，為后續(xù)工作創(chuàng)造條件，也便于進(jìn)行后期土石方的調(diào)配工作。

[1]水利水電工程施工手冊(cè)編委會(huì).水利水電工程施工手冊(cè)[M].北京:中國(guó)電力出版社，2005.

[2]江正榮，編.簡(jiǎn)明施工工程師手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.