林 農(nóng)，紀(jì)建中，王 鑫，徐永波

（江蘇省淮安市水利勘測設(shè)計(jì)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(zhì)壤土或粉質(zhì)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(dāng)土體含水量大或者地下水豐富時(shí)河道開挖不易成形，且機(jī)械擾動時(shí)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(dǎo)流河開挖中遇到的粉砂土成功處理經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，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(jī)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(shè)置臨時(shí)導(dǎo)流工程。導(dǎo)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(shè)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(hù)彩條布防護(hù)，進(jìn)出口段為編織袋裝土滿布壓護(hù)，中間段為編織袋裝土局部防護(hù)。

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(zhì)差異，大致分為5個(gè)工程地質(zhì)層，導(dǎo)流河開挖主要涉及1～2層素填土和2層輕粉質(zhì)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(zhì)砂壤土邊坡穩(wěn)定性均較差，2層土滲透性均較強(qiáng)。

導(dǎo)流河開挖土方量約68萬m3，要求50天完成。對于這項(xiàng)時(shí)間緊、任務(wù)重、土質(zhì)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(jī)械，是克服粉砂土的開挖難題、確保導(dǎo)流河按時(shí)發(fā)揮作用的重要技術(shù)措施和組織措施。

二、選擇有效的降排水措施

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告顯示，對導(dǎo)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(zhì)層上，1～2層底標(biāo)高在 6.3 m，2層底標(biāo)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(jì)算時(shí)滲透系數(shù)按 7.12×10－4cm/s計(jì)算。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告揭示條件本工程降水視為均質(zhì)含水層。

本工程降水對輕型井點(diǎn)降水和明溝降水兩個(gè)方案進(jìn)行了對比和試驗(yàn)。通過現(xiàn)場設(shè)置一組輕型井點(diǎn)降水試驗(yàn)，結(jié)果表明輕型井點(diǎn)降水周期比較長、影響范圍小、費(fèi)用高、見效慢，難以保證工期；導(dǎo)流河比較長，井點(diǎn)管封閉較難，且井點(diǎn)管布置后，對挖掘機(jī)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(shí)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(zhì)特點(diǎn)、土質(zhì)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，充分說明施工排水的重要性。在工程實(shí)施中，采取了在高程9.0 m以上，沿導(dǎo)流河一側(cè)底線開挖壟溝，第一層壟溝設(shè)置在高程6.5～7.0 m，第二層壟溝設(shè)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(shí)抽排滲水，并采取沿壟溝向另一側(cè)采取臺階式開挖方式，兩臺或多臺挖掘機(jī)接力的方法開挖導(dǎo)流河。按此施工方法一次性將導(dǎo)流河開挖成形。

在深挖壟溝過程中，起始時(shí)土中含水量特別豐富，邊挖邊塌，溝坡無法成形，但堅(jiān)持塌了再挖，防止壟溝淤積。時(shí)間一長壟溝越挖越大，水越匯越多，抽水量由原來預(yù)計(jì)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(jī)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(dāng)，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(yùn)土車輛的條件，最終在設(shè)計(jì)河底高程4.0 m上施工機(jī)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(xué)的導(dǎo)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(zhì)、運(yùn)距、機(jī)械性能、工作效率等各方面的情況。通過制定科學(xué)的施工方案，選取合適的運(yùn)輸機(jī)械，選擇最優(yōu)的運(yùn)輸路線，使土方有序運(yùn)輸。保證挖土區(qū)與堆土區(qū)達(dá)到平衡一致，避免重復(fù)運(yùn)輸，提高了施工效率。高峰期組織挖掘機(jī)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(shí)達(dá) 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(dǎo)流河開挖施工機(jī)械采用挖掘機(jī)開挖、小型自卸車運(yùn)土。導(dǎo)流河分為兩層開挖，第一層從現(xiàn)狀地面開挖至導(dǎo)流河設(shè)計(jì)青坎高程9.0 m，第二層開挖至設(shè)計(jì)河底高程4.0 m。第一層河道開挖直接采用挖運(yùn)機(jī)械配合施工，將開挖的土方直接運(yùn)至棄土區(qū)。第二層河道結(jié)合排水壟溝開挖，自北側(cè)河底線附近向南側(cè)開挖。先開挖壟溝排水，在保證土體能支撐挖掘機(jī)后再開挖下一層河道。由于青坎以下土體的含水量大，運(yùn)輸機(jī)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(yùn)走。根據(jù)粉砂土易失水的性質(zhì)，施工中采用兩臺挖掘機(jī)或者三臺挖掘機(jī)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(yùn)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(jī)干地施工。

四、體會與建議

①關(guān)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(dāng)?shù)叵滤唤咏_挖面時(shí)，在重載的作用下，地下水順土壤孔隙迅速上升，造成施工機(jī)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(diǎn)降水等。其中井管降排水成本高昂，輕型井點(diǎn)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(xì)，在滲透壓力作用下，流失非常嚴(yán)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(jī)接力施工，以快速擴(kuò)大壟溝的容量。按照地質(zhì)資料，準(zhǔn)確界定用于計(jì)算滲透量的各種參數(shù)，科學(xué)地計(jì)算滲透量，然后根據(jù)揚(yáng)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(yuǎn)方水源補(bǔ)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(dá)到干法施工的條件。

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

[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(hù)技術(shù)規(guī)程.JGJ 120—2012[S].2012.