南海公园大方量土方开挖施工工艺简析

张旭东，隋 艺

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

引 言

盐城市南海未来城南海公园湖体开挖工程，开挖面积约70.3万m2，开挖总方量200万m3，由于开挖面积大、土方量大、施工机械设备多，施工过程中要充分考虑开挖顺序、土方去向、交通组织、场地排水等因素，结合整个场地条件进行施工总平面布置，根据设计要求土方开挖还需要进行分类分层开挖。因此，需要对整个施工组织进行精心部署，保证施工机械作业效率，从而保证工程进度计划。

1 工程概况

南海公园位于盐城市城南新区，人工湖体为半月形，内湖开挖面积约70.3万m2，人工湖岸线长约9 792 m。南海公园内现状场地高程2.2～2.5 m，最大开挖深度约4.5 m。

1.1 开挖断面型式

开挖断面沿开挖轴线呈不规则分布，开挖典型断面内设河槽，湖内河槽宽50 m，局部河槽宽30 m，主河槽底高程-2.0 m，河槽底高程从-2.0～-0.8 m两侧放坡，纵度12 %；主河槽外湖底高程为-0.8 m。距湖岸和岛岸3 m范围内，水深0.5 m；距湖岸和岛岸10～30 m范围内，水深0.5～1.8 m，湖底高程0.5～-0.8 m。开挖典型断面如图1。

图1 开挖典型断面示意

1.2 主要工程量

本工程要求土方开挖分三层进行，总量约 200万m3。最上层为种植土，集中堆放用于后期绿化；第二层为塑形土，用于公园地形塑造；最下层由于为含水量大的淤泥，为外运弃土。各类土方工程量详见表1。

表1 主要工程数量

2 施工总平面布置

2.1 区域网格划分

1）区域划分

开挖区划分：结合外接原有道路及内湖的形状，将湖区分为 A、B、C三个作业区，每个作业区安排一个班组负责区内土方的开挖、内转及外运工作。

堆土区域规划：种植土堆土区设置于盐仓大道与新跃路之间，解放南路东侧，胜利南路西侧；塑形土沿湖区沿线分布，根据后期塑形及环湖路建设需求，合理布置；弃土区共有7个场地，都位于南海未来城区域外。开挖分区及堆土区布置详见图2。

图2 开挖分区及堆土区布置示意

2）开挖网格划分

为便于现场精细化管理，提高开挖效率，A、B、C三个区在每个区进行细分，其中 A区分 A1～A5共5个大块，B区分B1、B2共两个大块，C区分C1～C5共5个大块。每个分块由若干条大网格组成，大网格下继续划分小网格。考虑挖掘机的有效臂长，避免挖机来回腾挪，小网格开挖条带宽度为6 m，每10条开挖条带组成一个大网格。根据现场实际情况，若干个大网格组成一个分块。A区网格划分按图3排布，其余两区也进行同样分隔。

图3 A区网格划分示意

2.2 土方运输通道布置

为最大限度提高土方运输效率，沿主河槽布置一条双向宽 7 m的主要土方运输通道，总长度约3 000 m，与人民南路相连，另在人民南路等现有道路开设9个道口，与道路衔接的临时道口采用混凝土硬化路面，并设置洗车池和车辆冲洗设备，详见图4。

图4 施工土方运输通道及冲洗设备布置示意

为保障土方运输通道重载车辆通行所需承载力，运输通道基础用石灰（掺量 12 %）拌和表层0.5 m内路基，路基宽10 m，分两层进行拌和，分层碾压，上层铺设0.5 m厚道渣，宽度7 m，填筑坡度为 1:1，用压路机压实。开挖区与市政道路连接道口及堆土区出口位置的土方运输通道，为防止车辆泥土污染市政道路，增设300 mm厚C30混凝土面层，土方运输通道两侧设置排水沟。为避免运输车辆在开挖区内行驶时受原状地面承载力不足的影响，挖土作业期间从主土方运输通道斜向铺设钢板至开挖区域，再向与主土方运输通道平行方向延伸，最后分散至各开挖作业点，呈“树杈状”。

根据现场踏勘，土方运输通道所经区域有河浜、池塘及软弱地带，需采用道渣进行回填和换填作业，一次填至原状土层高程。

为避免土方运输车抛、冒、滴、漏污染市政道路，在运输通道道口及堆土区出口位置，除进行混凝土面层硬化外，各布置一套洗车设施。每套洗车设施主要由1个洗车池、2个洗车台和1个三级沉淀池组成，另在各出入口配置2台高压水枪人工配合冲洗车辆。洗车设施采用循环水，污水通过洗车池汇入沉淀池，再用水泵从三级沉淀池抽水至洗车设施。

2.3 临时排水

开挖前及开挖过程中设置截水沟及排水沟，将水排至周边水系下游，保证开挖区域干作业施工。由于本工程地下水位较高，在开挖过程中需设置集水坑，将开挖后地下水集中收集排入排水沟最终排出开挖区域。

1）截水沟

为了防止雨水和湖边堆土区排水流入开挖区，增加排水难度，确保开挖坡面不被冲刷，环湖体开挖边线顶部设置截水沟，截水沟设置在开挖开口线外2.0 m，按宽0.8 m，深0.6 m设置，沟内铺薄膜防止水渗漏，坡顶截水沟接入开挖区外围河道。截水沟和道路交叉处埋设过水管，上覆钢板保护。

2）排水沟

从土方运输通道坡肩以1:2放坡，放坡至原土层时，在距离坡脚1 m处开挖排水沟，顶口宽0.8 m，深度 0.6 m，作为总体开挖前渗水汇集、开挖过程中的排水通道。种植土开挖从土方运输通道向两侧开挖，以排水沟外侧1 m处作为起始边线，保证1:2.5放坡以保证运输通道边坡稳定，表层种植土开挖完成后，在开挖范围靠近土方运输通道周边设置渗水沟，收集开挖过程中的渗水，保证开挖区作业面无积水。

3）排水河浜维护

施工前会同相关部门对大区域内排水河浜进行扫测，施工期间利用挖机定期进行河浜清淤及疏通作业，保证排水畅通。在通过河浜的土方运输通道下需埋设过水管，不得截断开挖区内的排水河浜。

4）排水组织原则：

开挖前，对穿过开挖区的原有河浜在与开挖边线交接处用临时土围堰进行截水封堵，防止开挖区外河水灌入。临时土围堰不作为施工临时土方运输通道，围堰顶部严禁通车。利用在土方运输通道坡脚两侧布置的排水沟，将渗水及雨水通过排水沟汇入开挖区内河浜中，当开挖区内河浜水位过高时，在封堵围堰位置布置排水泵将水抽入河浜下游，如遇特大暴雨等灾害性天气，采取拆除土围堰放水的方式进行引流。施工过程中的市政道路排水通过原有地下管网流入河道，洗车设施冲洗水经三级沉淀后排入附近河道。

开挖种植土。将渗水沟内的水通过水泵抽入排水沟，再流入邻近河浜。

开挖至湖底。渗水及雨水通过主河槽作为集水处，开挖从B区与C区交界处开始，将主河槽内的水通过水泵排入河浜中。若开挖区附近无河浜，则将水通过水泵抽入土方运输通道旁排水沟，排水沟的水进入河浜后，通过水泵再将水抽入区域外河浜下游，根据原有河浜宽度，布置1～3台排水泵。

3 施工工艺及流程

3.1 总体施工流程

施工准备→运输通道修筑→排水沟开挖→第一层开挖（同步挖设渗水沟）→第二三层开挖（随开挖布设集水坑）→边坡与湖底修整→检测验收

3.2 土方分类及施工顺序

1）土层分类

本工程结合土层分类，根据设计开挖深度4.5 m左右，计划分三层连续开挖至湖底高程，第一层开挖约0.7 m，专门分类收集装车，运送至开挖区域外种植土堆土区域集中堆放，用于公园等绿化种植用土；第二层开挖约 1.3 m，运输至指定塑形土堆土区集中堆放，用于公园绿化地形、景观堆土用；第三层开挖至湖底高程，作为外弃土，运出施工区域。

根据网格划分结果，每个大网格作为一个土质估算单元，在网格的头尾和中部进行试挖作业，量测各个土层的厚度，平均值作为该大网格范围内土层分类的依据，指导开挖作业。

2）分区施工顺序

按照划分的 A、B、C三个土方开挖区域，各个分区土方开挖主体推进方向如下（见图5）。

A区：主要以新跃河为界，沿施工土方运输通道向西北方向开挖，挖至人民南路；

B区：主要以新跃河为界，沿施工土方运输通道向东南方向开挖，开挖至人民南路；

C区：主要开挖方向以解放南路为界，沿施工土方运输通道朝东北方向开挖，挖至人民南路。

图5 开挖方向示意

3）分区内施工流程

大小网格划分→钢板铺设→第一层土方开挖→第二三层土方开挖→边坡湖底修整→道路桥梁拆除

4）分区内的施工部署

各区开挖作业由主土方运输通道向两侧开挖边线推进，从开挖区域铺设钢板连接主土方运输通道，满载土方车辆通过钢板驶入主土方运输通道，然后运送至指定堆土区域。

土方车辆需要排队等待时，由现场管理人员安排等待区域，尽量减少车辆排队时间，提高车辆运输效率。

3.3 土方开挖工艺

湖体开挖从上到下，分段分条分层依次进行，严禁自下而上或采取倒悬掏底的开挖方法，施工中随时做成一定的坡势，以利排水，开挖过程中应避免完工范围内形成积水。

湖区土方开挖根据分区情况和地质条件合理安排机械配备、施工时间、开挖段长度、开挖方式，做到开挖速度快，运输组织有序，工程质量符合设计要求。

1）分条开挖

开挖作业根据网格划分的条带进行，考虑挖掘机的有效臂长，避免挖机来回腾挪，分条开挖宽度为6 m，每两条配备一台挖机，铺设一条钢板运输通道。

2）分层开挖

土方开挖采用“阶梯开挖，同步推进”的作业模式。开挖时从主土方运输通道向开挖边线开挖，将表层种植土0.7 m全部挖除，运至种植土堆土区域；第二、三层土方开挖以10 m为一个开挖台阶，第二层开挖深度为1.3 m，第三层开挖至设计底高程，施工过程中及时测量开挖深度，严禁超挖，欠挖。

塑形土与弃土一次开挖至设计底高程，分类装运至指定堆土区域，因塑形土开挖时土质含水量较大，挖机作业面区域需铺设钢板辅助施工。

临时开挖坡比控制在 1:2.5，主河槽开挖完成后，若后期自检出现欠挖与超挖超过规范偏差允许范围的，需安排挖机进行修整。因湖底土质为淤泥质土，地基承载力低，若推土机或普通挖机无法下至主河槽时，需采用浮箱式挖掘机进行整平及余土收集。

考虑湖体开挖后主土方运输通道两侧深度部分超过5 m，开挖时距离施工土方运输通道边线预留1 m的安全距离作为安全平台，预留坡比为1:2.5，待土方运输通道两侧区域开挖完毕后，安全平台随施工土方运输通道一起开挖。同时为确保施工时土方运输通道稳定，对土方运输通道进行边坡稳定性计算。边坡最小安全系数为 1.2，经验算实际安全系数为 1.229，满足稳定性要求。考虑土方运输通道挖除时开挖侧边坡的稳定性，土方运输通道挖断处开挖坡比不得小于1:2.5，同时预留不小于5 m的二级安全平台。

3.4 高程控制

开工前设置测量控制网。按要求放出边坡线、主河槽中心线、底脚线等。

开挖作业期间每个分区内配备两个高程控制班组，利用GPS流动站时时检测各个作业点的最终泥面高程，及时提醒挖机操手调整开挖深度。

开挖作业进入斜坡区域后，测量班组提前确定坡脚、坡肩位置及梯度，分别在坡顶与坡脚用木桩标记，中间用引线连接，引线上每隔5 m做一个标记，并计算出其开挖深度，现场管理人员根据开挖深度控制开挖坡面。沿坡面等高线每隔50 m做一条引线标记，保证施工精度。

每个大网格开挖结束后，再次全面进行一次高程测量，如发现浅点利用浮箱式挖掘机进行“扫床”作业，确保高程满足设计要求。

3.5 边坡修整

1）临时坡度修整：机械开挖土方时，接近临时开挖坡面时采用反铲削坡。施工土方运输通道两侧开挖临时坡度为1:2.5，湖体两侧开挖边线临时坡度为1:2.5，实际施工的边坡坡度应适当留有人工修坡余量，再以人工整修至符合要求的坡度和平整度。

2）二次理坡：根据目前下发的护岸图纸，部分护岸与开挖边线结合处，需提前施工护岸结构，预留挡水土围堰，待护岸结构完成后，再将该部分土方挖除，并进行二次理坡。

4 结 语

根据工程技术要求，施工时还应重点关注如下注意事项：

1）内湖开挖前应清除施工区域内地面上及地下的所有障碍物。

2）不能连续开挖进行，因故中间需停置一段时间才能继续开挖施工的坡比应适当放缓，每层放坡均以台阶错开。

3）保障车辆冲洗设施的冲洗效果，以保持市政道路的环境卫生。

4）塑形土运送区域及位置的布置，应充分计算分析各区土方开挖总方量与湖区周围堆土塑形区域的土方平衡关系，防止后期地形塑造施工中进行土方二次倒运。

随着社会城镇化的发展和人民对居住生态环境要求的提高，公园建设需求将日益增大，类似本工程的新建或改建人工湖的项目将会增多，大方量土方开挖的重点在于提高开挖运输效率，减少地表及地下渗水对施工的不利影响，通过充分准备、精心组织、集中力量组织机械化快速施工，达到提高施工效率、缩短工期、节约成本的目的。