浅谈高边坡粉砂土土质导流河开挖技术

孙海波

一、基本情况

1.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3km处古黄河上，是市主城区水环境综合提升重点建设项目之一。工程主要功能是控制水位，兼顾交通和水能综合利用，改善区间水环境，提升水景观，提高河川库容以保障区域供水安全。

工程新建节制闸、水电站、交通桥三结合枢纽工程一处，其中节制闸设计流量230m3/s，规模为中型水闸；水电站总装机功率为840kW，发电流量60m3/s；交通桥宽26m，荷载等级为公路Ⅰ级。

古黄河为流域性河道，兼顾排涝、灌溉功能，为确保施工期不断流，开挖导流河1条，导流河设计流量180m3/s，全长 1020m，河道为梯形复式断面，河底高程4.0m，宽度40m，河口宽约110m，高程9.0m处设5m宽青坎，青坎以下河坡1∶3.5，青坎以上河坡1∶3，青坎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。

2.地质情况

古黄河是黄河侵泗夺淮形成的一条高山流水河道，导流河布置在古黄河南岸的滩面上,场地的地貌分区属徐淮黄泛平原区，地貌类型为堤内滩地。钻探深度范围内的土层大致分为5个工程地质层，导流河开挖涉及土层为1-2层素填土和2层轻粉质沙壤土，3层粘性土为下卧层，1-2层及2层为主要潜水含水层，4层为承压水含水层，承压水位为2.25m。在导流河开挖的过程中，涉及到的1-2层素填土和2层轻粉质沙壤土边坡稳定性都很差，水的渗透性都很强。

二、施工中存在的主要问题

1.高边坡、粉砂土质稳定性差，渗透性强

导流河部位的原滩面高程为12.5～16.5m，开挖河底高程为4.0m，开挖深度为8.5～12.5m，针对地质情况，形成了粉砂土质高边坡。粉砂土结构松散，透水性较强，防渗抗冲能力差，有“遇风则扬，遇水则淌”的特征，流砂严重，在开挖的过程中基本成型的开挖面常常在夜间又被流砂淤平，不但河道难成型，且工效很低。

2.难度大、工期紧、任务重

导流河开挖土方约68万m3，工期只有60天时间，且现场作业机械较多，弃土区爬坡高（最高达12.0m）。在工期紧、任务重、土质条件差的情况下，要确保导流河如期在汛前发挥作用，对导流河的开挖作业提出了更高的要求。

三、制定合理施工方案

1.选择有效的降排水措施

工程地质及钻探报告显示，对该导流河开挖可能造成影响的主要为第1-2地质层与第2地质层的潜水含水层及第4层的承压含水层潜水层。经分析，承压水层对工程不造成危害，故不考虑承压水的影响，重点考虑潜水层对工程的影响。对导流河造成影响的潜水含水层主要集中在第1-2地质层与第2地质层上，层底标高分别在10.88～3.06m（1-2地质层）、2.12～-0.30m（2地质层），1-2地质层的渗透系数为7.12×10-4cm/s，2地质层的渗透系数为5.97×10-4cm/s，涌水量计算时渗透系数按7.12×10-4cm/s计算。

综合考虑，本工程可选用轻型井点降水和明沟降水两个方案。开挖初期，在现场布置了一组（100m长度）轻型井点，通过一个星期的降水试验表明：河道较长，轻型井点管难以形成封闭圈，降水范围小，成本高；降水效果不明显，周期长，效果差；井点管布置后，密度较大，直接影响挖掘机开挖导流河。采用明沟降水，砂土渗水性强，降水效果明显，速度快；直接开挖集水坑，使用潜水泵抽排，操作简单，成本低；可以在开挖面的任意处布置降水点，对挖掘机开挖影响甚小。经专家论证、方案比选，充分考虑工程地质特点、土质渗透系数、施工环境等诸多因素，最终决定采用深挖垄沟明沟降水方案。

2.明沟降水方案

在导流河开挖过程中，采取了在9.0m高程面上沿导流河北侧底线开挖垄沟，垄沟低于开挖高程约0.5m，为增加排水效果，垄沟开挖采用纵、横向布置，横向垄沟间距40m。沟内布置多台潜水泵随时抽排渗水，并采取沿垄沟向南台阶式开挖，两台或多台挖机接龙的方法开挖导流河。

在深挖垄沟过程中，起始时土中含水量特别丰富，边挖边塌，沟坡无法成型，但坚持边塌边挖，因而沟越挖越大，水越汇越多，抽水量由原来预计的每日1500m3增加到3000m3以上，经过持续十几天的深挖垄沟、持续排水，终于彻底降低了附近土体内的地下水，在设计河底高程4.0m以上的任一层面施工机械都可以重载自由行走。由于降排水措施得当，导流河开挖顺利实施。

3.导流河开挖

导流河开挖总体方案采用挖掘机配合自卸车、明沟降排水，分成二层开挖，第一层开挖至导流河设计青坎高程9.0m，第二层开挖至设计河底高程4.0m。在高程9.0m以上，挖掘机与运土车直接配合施工，将开挖的土方运至堆土区。在高程9.0m以下，由于土体内含水量较高，垄沟开挖后在短短的3～5天内降水效果难以达到规范要求，且垄沟不断被流砂淤平，施工单位严格按照明沟降水方案（即采用导流河开挖与垄沟开挖相结合、分层与分段开挖相结合的方法）进行施工。施工采用两台或三台挖掘机上下接龙的方法沿北侧河底线向南侧开始开挖，同时根据粉砂土易失水的特性，将下层土方送至上层爽水（约爽水1天左右），实行深挖龙沟排水、爽水翻土晾晒，当下层土体能够支撑挖掘机和运土车行走时，正好将爽干弃土运至堆土区，并继续向下开挖，以此循环的方法开挖、爽水、运土，注重在开挖下层土的过程中，始终将开挖垄沟放在第一位，并不断抽排垄沟中的积水，保证挖掘机、运土车干地施工，按此方法顺利将导流河开挖至设计高程（实际施工时比河底略低10～15cm，考虑流砂会将低的部分淤平）。

四、体会与建议

1.选择合理的降排水方案

由于粉砂土结构松散、透水性较强、砂土流失严重，当开挖面接近地下水位时，在挖掘机和运土车的重载之下，地下水会迅速渗透砂土较大的空隙上升，造成施工机械的沉陷，严重阻碍施工，因此挖土速度要快于沙土流淌速度，最大程度消除流沙的影响，多台挖掘机接龙施工要求快速扩大垄沟的容量、迅速降排水。本工程采用了明沟降水方案，结果表明是成本最低、速度最快、效果最明显的方案。

2.选用可靠排水设施

根据当地的地质、水文气象情况，准确界定用于计算渗透量的各种参数，精确计算渗水量，选用可靠的排水泵。在选用水泵时，额定出水量要大于计算渗水量约1倍，迅速抽排垄沟积水，促使地下水位降低。

3.制定合理的土方调配平衡方案

导流河开挖土方总量为68万m3，堆土区平均堆高4.5m，占地260亩，施工高峰期，现场挖掘机多达17台、运土车130多台。在工程施工之初根据测量计算结果划分土方调配区，在场地平面图上先划出挖、填方区域线，并在挖、填方区划出若干调配区，确定调配方向，制定土方调配平衡表，在施工过程中严格按调配平衡方案实施。由于运输机械、土方调配方向、运输路线选择恰当，使土方运输无对流和乱流现象，确保了挖土区与堆土区的平衡，避免了重复倒运，使总运输费用最低、工效最高、安全无事故。

4.导流河、堆土区边坡防护

做好导流河、堆土区边坡防护，对导流河、堆土区的稳定和周边的环境保护至关重要。导流河9.0m平台以上边坡种植狗牙根草进行防护，9.0m及以下河坡采用彩条布（150g/m2）铺设，编织袋装土压护彩条布，进、出水段河底和河坡全部防护。堆土区采用推土机平整，并在堆土过程中将边坡做成一定的坡度，以保证堆土不塌方。在堆土区的顶面四周做一道高1～1.5m的保水子堰，每隔一定距离设置一道排水沟，使雨水有序排放，顶面及边坡的排水沟全部用彩条铺设，保证雨水下流不对边坡造成破坏，并在堆土区四周红线范围内开挖排水沟，将雨水全部有序排放到导流河中。

古黄河水利枢纽工程导流河的成功开挖，为以后粉砂土质河道开挖提供了一定的经验借鉴。在粉砂土河道的开挖过程中，采用明沟降排水、挖掘机上下接龙、爽水翻晒土等有效措施，可以成功实现低成本、高工效的高边坡粉砂土土质河道开挖