浅谈粉砂土河道施工技术关键点

林 农，纪建中，王 鑫，徐永波

（江苏省淮安市水利勘测设计研究院有限公司，223005，淮安）

在一般水利工程河道开挖施工中经常遇到粉质壤土或粉质砂壤土 （俗称粉砂土），该类土的特性主要是天然含水率低、塑性小、保水性差，当土体含水量大或者地下水丰富时河道开挖不易成形，且机械扰动时易产生液化。粉砂土一直是河道开挖和河道成形的“绊脚石”，通过对江苏省淮安市古黄河水利枢纽工程导流河开挖中遇到的粉砂土成功处理经验的总结，为今后类似工程施工提供借鉴。

一、工程概况

淮安市古黄河水利枢纽工程位于涟水县城下游约3 km的古黄河上，为水位控制工程，主要是兴建跨河建筑物，目的是抬高杨庄闸至涟水县城段古黄河水位，提升主城区水景观，保障区域供水安全。工程由节制闸、水电站和公路桥3部分组成，节制闸总净宽40 m，水电站总装机容量840 kW，公路桥桥面总宽26 m。

枢纽主体工程施工期间需设置临时导流工程。导流河位于主体工程右岸的滩面上，长1 020 m，河底高程4 m，底宽40 m，高程9 m处设5 m宽青坎，青坎以下河坡坡比1∶3.5，青坎以上河坡坡比1∶3至现状滩面。平台及以下河坡采用编织袋装土压护彩条布防护，进出口段为编织袋装土满布压护，中间段为编织袋装土局部防护。

场地地貌分区属徐淮黄泛平原区，地貌类型为堤内滩地。根据土层的工程性质差异，大致分为5个工程地质层，导流河开挖主要涉及1～2层素填土和2层轻粉质砂壤土层，下卧层为3层黏性土层，层厚约5.5 m，4层为承压水含水层，承压水位为2.25 m。1～2层素填土和2层轻粉质砂壤土边坡稳定性均较差，2层土渗透性均较强。

导流河开挖土方量约68万m3，要求50天完成。对于这项时间紧、任务重、土质条件差的工程，采取有效的降排水措施、制定合理的土方开挖方案和选择合适的施工机械，是克服粉砂土的开挖难题、确保导流河按时发挥作用的重要技术措施和组织措施。

二、选择有效的降排水措施

根据地质报告显示，对导流河开挖造成影响潜水含水层主要集中在1～2及 2层地质层上，1～2层底标高在 6.3 m，2层底标高在-0.5 m，1～2层土的渗透系数为 7.12×10－4cm/s，2 层土的渗透系数为 5.97×10－4cm/s，涌水量计算时渗透系数按 7.12×10－4cm/s计算。根据地质报告揭示条件本工程降水视为均质含水层。

本工程降水对轻型井点降水和明沟降水两个方案进行了对比和试验。通过现场设置一组轻型井点降水试验，结果表明轻型井点降水周期比较长、影响范围小、费用高、见效慢，难以保证工期；导流河比较长，井点管封闭较难，且井点管布置后，对挖掘机开挖造成影响。而采用明沟降水开挖速度快，且砂土降水见效快；根据降水要求可以分段同时降水，采用流水作业，施工干扰较小。通过方案比较，在充分考虑工程地质特点、土质渗透系数及施工环境等诸多因素，最终采用深挖垄沟明排降水方案。

河道疏浚上常常有 “垄沟不成，河不成”的说法，这句话是许多工程实践经验的总结，充分说明施工排水的重要性。在工程实施中，采取了在高程9.0 m以上，沿导流河一侧底线开挖垄沟，第一层垄沟设置在高程6.5～7.0 m，第二层垄沟设置在高程3.5m。为增加排水效果，垄沟开挖采用纵、横向布置，横向垄沟间距40 m。沟内布置多台潜水泵随时抽排渗水，并采取沿垄沟向另一侧采取台阶式开挖方式，两台或多台挖掘机接力的方法开挖导流河。按此施工方法一次性将导流河开挖成形。

在深挖垄沟过程中，起始时土中含水量特别丰富，边挖边塌，沟坡无法成形，但坚持塌了再挖，防止垄沟淤积。时间一长垄沟越挖越大，水越汇越多，抽水量由原来预计的每日1 500 m3增加到3 000 m3以上。经过十几天持续地深挖垄沟、增加机泵、排水，终于彻底降低了附近土体内的地下水。由于排水措施得当，降水取得了十分理想的效果，创造了在高程7.0 m以上也可以行驶运土车辆的条件，最终在设计河底高程4.0 m上施工机械也可以行走自如，从而彻底克服了在流沙土上施工的难题。

三、制定科学的导流河开挖方案

在工程开工初期两三天内，经过试挖迅速摸清土质、运距、机械性能、工作效率等各方面的情况。通过制定科学的施工方案，选取合适的运输机械，选择最优的运输路线，使土方有序运输。保证挖土区与堆土区达到平衡一致，避免重复运输，提高了施工效率。高峰期组织挖掘机17台，小型自卸车130多辆，平均每天完成土方开挖 1.2万m3， 高峰时达 2万 m3，没有出现施工混乱现象。

根据场地施工条件，导流河开挖施工机械采用挖掘机开挖、小型自卸车运土。导流河分为两层开挖，第一层从现状地面开挖至导流河设计青坎高程9.0 m，第二层开挖至设计河底高程4.0 m。第一层河道开挖直接采用挖运机械配合施工，将开挖的土方直接运至弃土区。第二层河道结合排水垄沟开挖，自北侧河底线附近向南侧开挖。先开挖垄沟排水，在保证土体能支撑挖掘机后再开挖下一层河道。由于青坎以下土体的含水量大，运输机械不能直接在上面行走，且土方含水量大不适合直接装车运走。根据粉砂土易失水的性质，施工中采用两台挖掘机或者三台挖掘机接力的方法将下层湿土先开挖放到高程9.0 m上，让土体中的水自然晾干一天后，降低土体中的水份再装车运至堆土区。在开挖下层土的过程中始终先将垄沟开挖到低于工作面1 m以下，并不断地抽排垄沟中的积水，保证挖掘机干地施工。

四、体会与建议

①关于粉砂土施工的降排水方案选择，由于砂土的土壤孔隙率较大，当地下水水位接近开挖面时，在重载的作用下，地下水顺土壤孔隙迅速上升，造成施工机械沉陷，因此必须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沟排水、井管降水及轻型井点降水等。其中井管降排水成本高昂，轻型井点降排水因河道开挖线路较长，形成封闭范围太大，耗能巨大，成本太高，且工期可能拖延，而采用明沟降排水成本最低，效果最明显，施工速度最快。

②粉砂土的渗透系数大，土体颗粒太细，在渗透压力作用下，流失非常严重。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响，即用多台挖掘机接力施工，以快速扩大垄沟的容量。按照地质资料，准确界定用于计算渗透量的各种参数，科学地计算渗透量，然后根据扬程选用大于理论渗透量一倍的水泵，迅速抽排垄沟积水，促使地下水水位降低。

③浅层地下水主要来自大气降水和远方水源补水，通过逐级降低垄沟底高程，不断抽排垄沟积水，使开挖面周围形成地下水水力坡度，始终保证地下水低于开挖面，达到干法施工的条件。

古黄河水利枢纽工程导流河成功开挖的经验在于，类似粉砂性土质的河道开挖施工时，明沟降排水和挖掘机接力挖土翻晒、倒运等是最有效的施工措施，具有见效快、可分段同时施工、流水作业等特点。

[1]高尚俊.浅论粉砂土河道开挖边坡的稳定[J].江苏水利，2007（8）.

[2]孙昌明，沈金荣.浅析粉砂土河床开挖及稳定效果[J].江苏水利，2005（3）.

[3]建筑基坑支护技术规程.JGJ 120—2012[S].2012.