近海吹填區的河道開挖施工技術研究

鄭 偉

1. 上海建工四建集團有限公司 上海 201103；2. 上海建筑改建與持續利用工程技術研究中心 上海 201103

隨著沿海城市的快速化建設，濱海地區采用吹填工藝造陸的工程逐步增加，結合海綿城市的建設要求，新近形成的吹填陸域，規劃河道、建設水系是基礎設施建設的重要部分，對新近陸域的儲水蓄水、防洪排澇、生態建設起到了關鍵作用。

1 工程概況

浙江省溫州市甌江口新區一期市政工程位于甌江口新區中部，新區以吹填造陸的方式形成，西為靈昆島、北至北圍堤、東至東圍堤、南至南圍堤，區塊三面采用隔堤與外圍水系隔離。新區規劃為溫州先進服務業與戰略新興產業集聚的發展平臺，以服務業為主導的投資平臺，生產型服務業高度集聚的城市服務樞紐，戰略性新興產業蓬勃發展的產業集聚高地，充滿都市活力的濱海宜居城區。

對于新近吹填區域，一般的施工設備難以進場，但為滿足區域防洪排澇要求，同時為配合場區的開發和其他基礎設施的建設，因此河道系統必須先行實施，利用位于甌江口的這一地理優勢，區域內的地面雨水經排水管道流向河道，再通過河道排向外海，為后續開發建設創造條件。

2 工程地質難點

工程地處新近吹填區域，屬欠固結土。相關水文地質資料顯示，地下水位埋藏淺，地下水穩定水位埋深為0.4～1.0 m，地下4 m范圍內為新近吹填淤泥層，土質為淤泥、淤泥質黏土以及淤泥質粉質黏土等。吹填上灘形成陸域后，吹填區的土質極差，土體含水量高、孔隙比大、壓縮性高、滲透性差、低抗剪強度，工程力學性質極差。

場區內的表層地質土為素填土和吹填土，這2種土層為流塑狀、含水率較高、高靈敏度、高觸變性、低抗剪強度、排水固結緩慢和高壓縮性的松散土體，該土層作為場區的表層土根本無法承受施工機械的交通需求，而表層土下面依次為淤泥質粉質黏土、淤泥夾砂層和淤泥層。根據土層設計指標建議值表可知，表層土以下隨著土層的深入，其土體的各項指標也越來越差。

3 河道開挖技術研究

在新近濱海吹填區進行河道開挖，河道開挖所涉及的土層主要有：①0層吹填土、②1層淤泥質粉質黏土、②1＇層淤泥夾砂、②2層淤泥。河岸邊坡主要由流塑狀軟土構成，其厚度大、抗剪強度低、整體穩定性差，未進行軟基處理前不能滿足自然放坡要求，需進行地基處理，防止土體滑移現象的發生。

河道施工若采用傳統的施工方法，坡岸形成的難度大，施工過程中易產生流土、邊坡坍塌、河底隆起等現象，為保證河道開挖的邊坡穩定，形成設計的河口寬度、河道深度以及邊坡比例，選擇以軟基處理及開挖為核心內容的河道形成方案。

3.1 河道形成方案比選

在新近濱海吹填區進行河道開挖，工藝主要分為2個部分，一是吹填土的加固方案，二是河道開挖方案。其中吹填土加固的主要方案有剛性支擋法、圍護法和土體加固法；開挖方案主要有水力沖挖，以及機械開挖法。綜合考慮經濟性、施工工期以及作業難度等因素，多角度進行河道開挖方案的比選。

1）軟基處理方案的比選。現行的軟基處理方法主要為3種：一是剛性支擋法，主要采用鋼筋混凝土板樁，地下連續墻及鋼管樁等方法進行支擋；二是圍護法，主要是水泥攪拌樁和旋噴樁等方法進行圍護施工；三是土體加固法，主要采用真空預壓法、堆載預壓法以及真空堆載預壓法聯合為主的排水固結法，其中較為常見的是真空預壓法。真空預壓法工藝成熟，工程造價低，有利于后期的河道邊坡穩定。主要對比如表1所示。

表1 軟基處理方案比較

2）河道開挖方案的比選。水力開挖主要是采用高壓水槍對未進行地基處理的吹填軟土進行沖挖，沖挖下來的泥漿通過泥漿泵抽出，排放至儲泥區。水力開挖操作簡單，對場地要求低，但易造成水體流失，產生的泥漿也不環保，難以形成設計要求的邊坡。機械開挖主要是利用挖機等機械進行挖放，挖放出來的吹填土可充分利用。但機械開挖對場地要求較高，且投入的機械設備較多。

3）比選結果。軟基基礎處理方案經過工程造價、使用情況、施工工期、作業難度、質量控制、后期沉降量、場地適用性等方面進行了全面比較[1-4]。真空預壓法加固土體，施工工期短，邊坡開挖穩定，且對后期的長久的邊坡穩定和吹填區土體排水有利，工程費用相對較低。軟基處理后的土地承載力等物理力學指標滿足了機械開挖的要求，在環保的前提下，應積極推廣機械開挖。因此新近濱海吹填區新建河道范圍推薦采用真空預壓法加固吹填區再進行機械開挖的方法。

3.2 河道形成方案的確定

真空預壓法是在需要加固的軟土地基表面先鋪設砂墊層，然后再埋設垂直排水通道，再用不透氣的封閉膜使其與大氣隔絕，薄膜四周埋入土中，通過砂墊層內埋設的吸水管道，用真空裝置進行抽氣，使其形成真空，增加地基的有效應力。當抽真空時，先后在地表砂墊層及豎向排水通道內逐步形成負壓，使土體內部與排水通道、墊層之間形成壓差。在此壓差作用下，土體中的孔隙水不斷由排水通道排出，從而使土體固結。該方法設備簡單、輕便、容易操作。

在工程設計上主要進行邊坡穩定、坑底抗隆起以及河道抗沖刷的驗算。為保證岸坡穩定及控制工后沉降，應采用合理有效的地基加固措施，按類似經驗可對堤岸進行自然放坡，堤岸駁坎采用真空預壓法進行處理。

新近吹填區河道周邊環境條件較簡單：擬建場地四周為空地。河道采用機械開挖時應有序分層進行，禁止超挖，并應注意施工順序。周邊不得超載，不得超過設計荷載極限條件。另外，應加強施工監測，以確保槽壁、槽底岸坡的穩定性和施工安全。

3.3 河道形成方案的實施

3.3.1 河道真空預壓

河道真空預壓施工過程主要包括：施工前應對地基處理范圍內進行整平，清除地基處理區域范圍內的雜草、垃圾和石塊，局部較弱處可采用加鋪竹笆和土工織物墊層的方式以便于后續施工。在工作墊層土工織物上鋪設砂墊層，然后實施打排水板→埋設監測設備→鋪設濾管→挖壓膜溝→鋪密封膜→安裝射流泵→試抽→抽真空加載→真空預壓卸載等主要步驟。

3.3.2 河道循環開挖

河道開挖施工過程中，土方量大，工期相對較緊，且需要對邊坡進行修整。采用傳統挖機開挖需要投入的機械數量非常多。

通過集思廣益，針對大面積河道開挖，形成了河道土方循環開挖工法，在加快土方轉運速度的同時，減少挖機因翻運土方而損耗的工效，使挖土和運輸兩道工序相互獨立，減少干擾，發揮各自較大的效能，縮短工期，降低成本。

河道土方循環開挖工法主要使用挖機、推土機、小型土方運輸車配合施工，分為3個操作帶，挖機處于第一操作帶，全斷面布置，采用退挖的方式，將土方挖至身后，由處于第二操作帶的推土機將土方平推至第三操作帶，第三操作帶由挖機和土方運輸車組成，由挖機裝卸，土方車運輸，由于土方運輸車采用輪式，在河道內行駛不便，所以在其行駛斷面內布設鋼板便道（圖1）。

鋼板便道采用6.0 m×1.5 m×1.2 cm的鋼板，鋼板上焊接帶肋鋼筋，增加摩擦力。鋼板便道向后移動時采用整體移動，將第一排拉至最后，循環后退，縱向通長焊接鋼筋連成整體方便移動，同時間隔一定距離焊接拖拽點。為了滿足車輛掉頭、處理意外情況等，共鋪設3條便道。

河道開挖施工流程為：鋼板便道鋪設→挖機就位→斷面開挖→推土機平推土方→挖土機小范圍收集土方，并傳送至土方車→土方車轉運至堆土點→土方車循環運輸→挖機后退→鋼板便道調整→重復循環[5-6]。

圖1 開挖循環運輸示意

3.4 實施效果

采用該方式施工，投入的挖機、推土機、運輸車等機械數量相較以往減少很多，而投入較多的鋼板是可以循環利用的材料，施工完成后除土方外，并不會因為施工帶來其他廢棄物而需要清理。施工速度也比以往單純靠挖機快捷，同時減少了翻挖的次數，施工現場的揚塵也相對減少。根據土方量和工期可靈活配置機械，使用普通挖機即可，無需采用長臂挖機，避免降低工效。

4 結語

隨著城市發展步伐的不斷加快，對土地的需求更加迫切，在新近吹填的區域上進行基礎設施建設和河道開挖的情況不斷增加。為減少吹填對區域防洪、排澇的影響，同時解決后續基礎設施建設的排水問題，河道的形成成為新近吹填區開發的先行條件。但吹填區以淤泥質土為主的地質條件極差，通過對河道軟基處理＋河道開挖的方案進行比選，擇優推薦地基處理采用“真空預壓＋機械開挖”的河道形成方案。通過對河道機械開挖工法的研究，提高了工效，可為今后類似的工程提供參考。