夹砂地区河道土方开挖施工技术探讨

王 可，孙景昱，朱红祥

（1.常州市武进区水利综合管理服务中心，江苏常州 213100；2.常州市武进区排水管理服务中心，江苏常州 213100）

新孟河延伸拓浚工程北起长江，沿老新孟河拓浚至京杭运河，立交过京杭运河后新开河道向南延伸至北干河，是《太湖流域水环境综合治理总体方案》中确定的提高水环境容量的引排工程项目之一［1］，河道全长116.69 km，其中南延段总长11.15 km。新孟河延伸拓浚工程南延段的实施进一步提高了太湖流域防洪能力，完善流域防洪工程体系，减少流域上游入太湖的洪水量，减轻太湖及下游防洪压力［2］。

1 工程概况

南延段拓浚河道11.15 km，新建堤顶防汛道路21.46 km，联锁式护坡13.89 km，护岸工程7.79 km，新建水系调整建筑物46座，新建跨河桥梁12座、支河桥梁7座。该工程河道土方开挖属于平地开河，河道底宽50~70 m、底高程-3.0 m，采用直立式挡墙复合断面结构或全断面放坡结构。▽-3.00~▽2.40 m为1∶3 土坡，▽2.40~▽4.50 m 设联锁式预制块护坡或钢筋混凝土直立挡墙，▽4.50 m 高程处设2 m 宽亲水平台，▽4.50 m 平台设草皮及▽4.50 m 以上为1∶2草皮护坡。

2 水文和地质条件

2.1 潜水

河道沿线A层填土普遍分布，土质不均，表层多含植物根茎，又受人类活动及大自然作用影响，产生裂隙、空隙或孔洞，具有一定的透水性、含水性，构成场地的潜水含水层，其下部的③1层黏性土层构成其相对隔水底板。潜水受大气降水及地表河水影响明显。

2.2 承压水

场地③3、④3层砂性土具中等~弱透水性，共同构成承压含水层，③1层、⑤2层为其相对隔水顶、底板。⑤3层砂性土为中等透水性，为承压含水层，⑥3、⑧1层砂性土零星分布，具微承压性。

2.3 水位

新孟河南延段特征水位情况见表1。

表1 新孟河南延段特征水位 单位：m

3 主要施工控制点

3.1 施工降排水

根据设计图纸，河道范围场地③3、④3层砂性土，构成承压水层，③1、⑤2层为相对隔水顶、底板，需采取必要的降排水措施。施工期控制堤后水位不超过吴淞高程6.0 m，设置水位观测井并整理记录观测资料备查。

河道为平地开河，砂性土范围开挖深度较大且承压水头较高。设计资料显示承压水位最高达7.93 m。施工时考虑到承压水位高程，为确保河坡成形，采取如下措施：

（1）河道开挖时采用管径降水及垄沟排水相结合的降排水方案。高程▽3.0 m~▽9.0 m 范围土方开挖以垄沟排水为主；▽0.0 m~▽3.0 m范围土方开挖随着③1层黏土覆盖层挖除且承压水头较高，垄沟可能会不成形，该范围设置管井降水。▽-3.0 m~▽0.0 m 范围土方开挖要求管井结合垄沟排水。施工期密切注意③3、④3层砂性土边坡渗流情况，出逸点坡降过大、流土现象严重必须及时采取管井降水措施，确保边坡成形。

（2）根据技术规范编制降排水方案，包括排水井布置，抽排水设备配置等。

（3）土方开挖优先考虑分块分层开挖，开挖过程中提前开挖下一层垄沟，及时抽排，保证后续工程顺利实施。

（4）施工期间，对周围受降低水位影响的地区进行地下水位和地面沉降观测。布置观测点，定期观测记录，留档备查。

3.2 河道土方开挖

土方开挖分为表土开挖、机械开挖，施工时首先清除开挖区域内的树根、杂草、垃圾、废物渣等杂物，同时注意保护附近的天然植被，清表完毕后进行表土以下的机械土方开挖［3］。

（1）土方开挖结合降排水措施，合理分期、分批、分层进行土方开挖施工。开挖过程中，采取可靠地降排水措施，排除地表水，降低地下水位，使其低于开挖面0.5 m以下。在边坡上部预留足够③1层黏土，开挖至-3.0 m 以后进行黏土包坡，完成后施工护坡、挡墙工程。完成后及时申请验收蓄水保坡。

（2）雨季土方施工中，在高程▽-3.0 m~▽4.5 m砂性土边坡采用彩条布（搭接宽度不小于20 cm）覆盖并用袋装土码压，不回收。

（3）冬季土方施工中，开挖边坡修整及护面和加固工作，在解冻后进行。

4 施工工艺

4.1 土方开挖施工工艺

施工前完成清基清表、测量放样工作，做好边坡及井点降水设备的布设，各级井点先预抽水4~5 d，待坑内水位下降至作业面标高下0.5 m 后开始挖土。河道土方开挖采用分批分期分层开挖的方案，土方挖填平衡需要，部分开挖土方将结合堤防挡墙墙后填筑。

河道土方按照事先划分好的工作区间进行分段开挖，每工作区间内先沿纵向轴线纵向开挖，再按水平横向向河坡处退着开挖。每处开挖按照水平分层施工。一、二、三期土方开挖均分二层开挖直接装车，二层放纵横向马道作为调土道路（坡比1∶10），道路路面铺垫钢板，为保证防滑，采用20 螺纹钢筋加焊防滑。临近边坡位置或局部受环境制约不易放坡的工作面，采用2~3 台挖机分层翻挖装车的方案。河道三期土方开挖时，包坡土方同时一次性开挖到位，并利用现有调土道路将黏土从积土区平行调入，黏土包坡采用小型挖掘机整成台阶状分层压实，压实采用手扶式打夯机。二、三期土方开挖时必须同时做好降排水措施，确保地下水位低于开挖基面50 cm。由于本工程弃土区没有均匀分布在河道两侧，因此土方开挖分为：①河道仅一侧有弃土区；②河道两侧均有弃土区，河道土方开挖方式从河道中心向两侧开挖，河道两侧均布置垄沟；③开挖至河底高程时，在河底两侧及河道横向深挖垄沟，以便更好的达到降水效果。

土方开挖过程中，根据设计坐标经常校核测量开挖平面位置、水平标高，控制桩号，水准点和边坡坡度等使之达到设计和规范要求。

土方开挖自下而上一次成型开挖，开挖过程中加强高层控制，跟踪测量，严禁超挖、欠挖，联锁式预制块边坡开挖时留20 cm保护层，预制块施工时，采用人工开挖整坡成型。在开挖边坡上口填筑挡水子堰，并将堤顶道路修筑成向外倒坡降，防止雨水集中冲坏护坡。二、三期土方开挖前除明沟排水外，在▽4.5 m 采用管井降水，确保地下水位低于工作面50 cm。雨季施工时，开挖成型边坡或黏土包坡边坡必须及时用防老化彩条布覆盖，并用袋装土压实。施工期重载车辆严禁在边坡上口行走。

由于开挖区域地下水位较高，在土方开挖过程中，如边坡出现裂缝和滑动迹象时，立即停止施工，撤离所有工程机械，设置观测点，及时观测边坡变化情况，做好记录，上报有关单位，待查明原因后施工［4］。

4.2 降排水施工工艺

4.2.1 施工场地区明排水

施工生产场区四周沿红线设置100 cm 深排水沟，生产生活区内排水系统采用暗管下水道形式，暗管下水道通入沉淀池后，排入外围排水沟。

4.2.2 河道明排水

南延段工程河道主要为平地开河，局部沟渠围堰封堵后，积水抽排量不大。在截流施工围堰与其他施工围堰封闭后，根据现场情况在各个支河口处分别采用泥浆泵抽排，用于初期积水抽排。

土方开挖优先考虑分段、分期、分层开挖，开挖过程中要不失时机地开挖下一层垄沟，及时抽排以疏干土壤含水，降低地下水位，保证后续工程顺利实施。横向每隔100 m 设1 道横向垄沟，纵向在河道中心设置排水主垅沟，在每个施工段主垄沟内架设2 台22 kW 泥浆泵排水，随着开挖的加深要不失时机地加深垅沟。调土采取分期、分段、分层实施，有利于河道土方降水。

4.2.3 降水井工程

根据河道施工图水文地质资料及河道开挖图，本工程河道边坡降水采用管井降水，管径30cm，管井底高程为▽-13.5 m。配备170 台（其中20 台备用）0.75 kW、扬程50 m、流量2 m3/h 潜水泵，降水能力满足设计要求。同时配置12台22 kW泥浆泵，抽排垅沟积水。具体实施时根据实际渗量可适时增减明沟排水设备。

降水井施工先于基坑开挖或套搭进行，成井后立即抽排。

管井施工流程：井点测量定位→挖井口、安护筒→钻孔就位→钻孔→回填井底砂垫层→吊放井管→回填井管与孔壁间的粒料反滤层→洗井→井管内下设水泵、安装抽水控制电路→试抽水→降压井正常运行→降水完毕后拆除设备→封井。

采用地质钻机钻孔，循环泥浆护壁，孔径80 cm，孔口安置直径Φ100 高1.2 m 钢护桶，配备地质钻机2 台，钻孔至设计深度。施工时控制井内水位高于地下水位1 m 以上，钻进至粉细砂层时控制泥浆浓度防止坍孔。钻孔到位后即清孔，清孔采用循环泥浆进行。清孔泥浆达规定密度后立即安放井管，以防坍孔。井管分段下设，分段用电焊焊接牢固，并置于井孔中间。井管购置成品钢筋混凝土井管，滤网两层，人工包扎牢固。滤网规格与土层颗粒尺寸相适应。井管下入后，及时在井管与土壁间填砂砾，采用人工填合格的砂砾滤料，井口上1 m用黏土封口。采用活塞洗井，使井管内水由浑变清，达到正常出水量为止。

管井施工完成后，进行抽水试验，测定抽水量、井水位、工作压力、出水含泥量等指标，以便进一步验证水文地质条件。

水下工程验收后放水前，突击组织实施封堵井孔。在保证基坑地基安全的情况下，逐步封堵基坑内管井，封填井时先取出抽水泵，然后向井孔内填黏土，上部5 m填C15速凝混凝土。

5 结 语

在夹砂土地区河道土方开挖首先要解决降排水问题，本工程采用管井结合垄沟降排水方案取得比较好的效果，河道底部完全干爽，甚至可以通行重型载重汽车。本工程河道开挖深度达到11~12 m，采取合理的分层施工方案，最大限度地降低了施工风险，提高了施工效益。目前该工程已验收，施工过程和通水后未发生滑坡、塌陷等事故，经济效益和社会效益显著。南延段洪涝水可直接北排长江，缩短洪水入江海的线路和时间，湖西地区防洪标准提高到50年一遇，减轻嘉泽、湟里地区防汛压力；增强太湖水体流动，缩短换水周期（从309 d 缩至180 d），提高太湖水体自净能力和水环境容量。