南海公園大方量土方開挖施工工藝簡析

張旭東，隋 藝

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

引 言

鹽城市南海未來城南海公園湖體開挖工程，開挖面積約70.3萬m2，開挖總方量200萬m3，由于開挖面積大、土方量大、施工機械設備多，施工過程中要充分考慮開挖順序、土方去向、交通組織、場地排水等因素，結合整個場地條件進行施工總平面布置，根據設計要求土方開挖還需要進行分類分層開挖。因此，需要對整個施工組織進行精心部署，保證施工機械作業效率，從而保證工程進度計劃。

1 工程概況

南海公園位于鹽城市城南新區，人工湖體為半月形，內湖開挖面積約70.3萬m2，人工湖岸線長約9 792 m。南海公園內現狀場地高程2.2～2.5 m，最大開挖深度約4.5 m。

1.1 開挖斷面型式

開挖斷面沿開挖軸線呈不規則分布，開挖典型斷面內設河槽，湖內河槽寬50 m，局部河槽寬30 m，主河槽底高程-2.0 m，河槽底高程從-2.0～-0.8 m兩側放坡，縱度12 %；主河槽外湖底高程為-0.8 m。距湖岸和島岸3 m范圍內，水深0.5 m；距湖岸和島岸10～30 m范圍內，水深0.5～1.8 m，湖底高程0.5～-0.8 m。開挖典型斷面如圖1。

圖1 開挖典型斷面示意

1.2 主要工程量

本工程要求土方開挖分三層進行，總量約 200萬m3。最上層為種植土，集中堆放用于后期綠化；第二層為塑形土，用于公園地形塑造；最下層由于為含水量大的淤泥，為外運棄土。各類土方工程量詳見表1。

表1 主要工程數量

2 施工總平面布置

2.1 區域網格劃分

1）區域劃分

開挖區劃分：結合外接原有道路及內湖的形狀，將湖區分為 A、B、C三個作業區，每個作業區安排一個班組負責區內土方的開挖、內轉及外運工作。

堆土區域規劃：種植土堆土區設置于鹽倉大道與新躍路之間，解放南路東側，勝利南路西側；塑形土沿湖區沿線分布，根據后期塑形及環湖路建設需求，合理布置；棄土區共有7個場地，都位于南海未來城區域外。開挖分區及堆土區布置詳見圖2。

圖2 開挖分區及堆土區布置示意

2）開挖網格劃分

為便于現場精細化管理，提高開挖效率，A、B、C三個區在每個區進行細分，其中 A區分 A1～A5共5個大塊，B區分B1、B2共兩個大塊，C區分C1～C5共5個大塊。每個分塊由若干條大網格組成，大網格下繼續劃分小網格?？紤]挖掘機的有效臂長，避免挖機來回騰挪，小網格開挖條帶寬度為6 m，每10條開挖條帶組成一個大網格。根據現場實際情況，若干個大網格組成一個分塊。A區網格劃分按圖3排布，其余兩區也進行同樣分隔。

圖3 A區網格劃分示意

2.2 土方運輸通道布置

為最大限度提高土方運輸效率，沿主河槽布置一條雙向寬 7 m的主要土方運輸通道，總長度約3 000 m，與人民南路相連，另在人民南路等現有道路開設9個道口，與道路銜接的臨時道口采用混凝土硬化路面，并設置洗車池和車輛沖洗設備，詳見圖4。

圖4 施工土方運輸通道及沖洗設備布置示意

為保障土方運輸通道重載車輛通行所需承載力，運輸通道基礎用石灰（摻量 12 %）拌和表層0.5 m內路基，路基寬10 m，分兩層進行拌和，分層碾壓，上層鋪設0.5 m厚道渣，寬度7 m，填筑坡度為 1:1，用壓路機壓實。開挖區與市政道路連接道口及堆土區出口位置的土方運輸通道，為防止車輛泥土污染市政道路，增設300 mm厚C30混凝土面層，土方運輸通道兩側設置排水溝。為避免運輸車輛在開挖區內行駛時受原狀地面承載力不足的影響，挖土作業期間從主土方運輸通道斜向鋪設鋼板至開挖區域，再向與主土方運輸通道平行方向延伸，最后分散至各開挖作業點，呈“樹杈狀”。

根據現場踏勘，土方運輸通道所經區域有河浜、池塘及軟弱地帶，需采用道渣進行回填和換填作業，一次填至原狀土層高程。

為避免土方運輸車拋、冒、滴、漏污染市政道路，在運輸通道道口及堆土區出口位置，除進行混凝土面層硬化外，各布置一套洗車設施。每套洗車設施主要由1個洗車池、2個洗車臺和1個三級沉淀池組成，另在各出入口配置2臺高壓水槍人工配合沖洗車輛。洗車設施采用循環水，污水通過洗車池匯入沉淀池，再用水泵從三級沉淀池抽水至洗車設施。

2.3 臨時排水

開挖前及開挖過程中設置截水溝及排水溝，將水排至周邊水系下游，保證開挖區域干作業施工。由于本工程地下水位較高，在開挖過程中需設置集水坑，將開挖后地下水集中收集排入排水溝最終排出開挖區域。

1）截水溝

為了防止雨水和湖邊堆土區排水流入開挖區，增加排水難度，確保開挖坡面不被沖刷，環湖體開挖邊線頂部設置截水溝，截水溝設置在開挖開口線外2.0 m，按寬0.8 m，深0.6 m設置，溝內鋪薄膜防止水滲漏，坡頂截水溝接入開挖區外圍河道。截水溝和道路交叉處埋設過水管，上覆鋼板保護。

2）排水溝

從土方運輸通道坡肩以1:2放坡，放坡至原土層時，在距離坡腳1 m處開挖排水溝，頂口寬0.8 m，深度 0.6 m，作為總體開挖前滲水匯集、開挖過程中的排水通道。種植土開挖從土方運輸通道向兩側開挖，以排水溝外側1 m處作為起始邊線，保證1:2.5放坡以保證運輸通道邊坡穩定，表層種植土開挖完成后，在開挖范圍靠近土方運輸通道周邊設置滲水溝，收集開挖過程中的滲水，保證開挖區作業面無積水。

3）排水河浜維護

施工前會同相關部門對大區域內排水河浜進行掃測，施工期間利用挖機定期進行河浜清淤及疏通作業，保證排水暢通。在通過河浜的土方運輸通道下需埋設過水管，不得截斷開挖區內的排水河浜。

4）排水組織原則：

開挖前，對穿過開挖區的原有河浜在與開挖邊線交接處用臨時土圍堰進行截水封堵，防止開挖區外河水灌入。臨時土圍堰不作為施工臨時土方運輸通道，圍堰頂部嚴禁通車。利用在土方運輸通道坡腳兩側布置的排水溝，將滲水及雨水通過排水溝匯入開挖區內河浜中，當開挖區內河浜水位過高時，在封堵圍堰位置布置排水泵將水抽入河浜下游，如遇特大暴雨等災害性天氣，采取拆除土圍堰放水的方式進行引流。施工過程中的市政道路排水通過原有地下管網流入河道，洗車設施沖洗水經三級沉淀后排入附近河道。

開挖種植土。將滲水溝內的水通過水泵抽入排水溝，再流入鄰近河浜。

開挖至湖底。滲水及雨水通過主河槽作為集水處，開挖從B區與C區交界處開始，將主河槽內的水通過水泵排入河浜中。若開挖區附近無河浜，則將水通過水泵抽入土方運輸通道旁排水溝，排水溝的水進入河浜后，通過水泵再將水抽入區域外河浜下游，根據原有河浜寬度，布置1～3臺排水泵。

3 施工工藝及流程

3.1 總體施工流程

施工準備→運輸通道修筑→排水溝開挖→第一層開挖（同步挖設滲水溝）→第二三層開挖（隨開挖布設集水坑）→邊坡與湖底修整→檢測驗收

3.2 土方分類及施工順序

1）土層分類

本工程結合土層分類，根據設計開挖深度4.5 m左右，計劃分三層連續開挖至湖底高程，第一層開挖約0.7 m，專門分類收集裝車，運送至開挖區域外種植土堆土區域集中堆放，用于公園等綠化種植用土；第二層開挖約 1.3 m，運輸至指定塑形土堆土區集中堆放，用于公園綠化地形、景觀堆土用；第三層開挖至湖底高程，作為外棄土，運出施工區域。

根據網格劃分結果，每個大網格作為一個土質估算單元，在網格的頭尾和中部進行試挖作業，量測各個土層的厚度，平均值作為該大網格范圍內土層分類的依據，指導開挖作業。

2）分區施工順序

按照劃分的 A、B、C三個土方開挖區域，各個分區土方開挖主體推進方向如下（見圖5）。

A區：主要以新躍河為界，沿施工土方運輸通道向西北方向開挖，挖至人民南路；

B區：主要以新躍河為界，沿施工土方運輸通道向東南方向開挖，開挖至人民南路；

C區：主要開挖方向以解放南路為界，沿施工土方運輸通道朝東北方向開挖，挖至人民南路。

圖5 開挖方向示意

3）分區內施工流程

大小網格劃分→鋼板鋪設→第一層土方開挖→第二三層土方開挖→邊坡湖底修整→道路橋梁拆除

4）分區內的施工部署

各區開挖作業由主土方運輸通道向兩側開挖邊線推進，從開挖區域鋪設鋼板連接主土方運輸通道，滿載土方車輛通過鋼板駛入主土方運輸通道，然后運送至指定堆土區域。

土方車輛需要排隊等待時，由現場管理人員安排等待區域，盡量減少車輛排隊時間，提高車輛運輸效率。

3.3 土方開挖工藝

湖體開挖從上到下，分段分條分層依次進行，嚴禁自下而上或采取倒懸掏底的開挖方法，施工中隨時做成一定的坡勢，以利排水，開挖過程中應避免完工范圍內形成積水。

湖區土方開挖根據分區情況和地質條件合理安排機械配備、施工時間、開挖段長度、開挖方式，做到開挖速度快，運輸組織有序，工程質量符合設計要求。

1）分條開挖

開挖作業根據網格劃分的條帶進行，考慮挖掘機的有效臂長，避免挖機來回騰挪，分條開挖寬度為6 m，每兩條配備一臺挖機，鋪設一條鋼板運輸通道。

2）分層開挖

土方開挖采用“階梯開挖，同步推進”的作業模式。開挖時從主土方運輸通道向開挖邊線開挖，將表層種植土0.7 m全部挖除，運至種植土堆土區域；第二、三層土方開挖以10 m為一個開挖臺階，第二層開挖深度為1.3 m，第三層開挖至設計底高程，施工過程中及時測量開挖深度，嚴禁超挖，欠挖。

塑形土與棄土一次開挖至設計底高程，分類裝運至指定堆土區域，因塑形土開挖時土質含水量較大，挖機作業面區域需鋪設鋼板輔助施工。

臨時開挖坡比控制在 1:2.5，主河槽開挖完成后，若后期自檢出現欠挖與超挖超過規范偏差允許范圍的，需安排挖機進行修整。因湖底土質為淤泥質土，地基承載力低，若推土機或普通挖機無法下至主河槽時，需采用浮箱式挖掘機進行整平及余土收集。

考慮湖體開挖后主土方運輸通道兩側深度部分超過5 m，開挖時距離施工土方運輸通道邊線預留1 m的安全距離作為安全平臺，預留坡比為1:2.5，待土方運輸通道兩側區域開挖完畢后，安全平臺隨施工土方運輸通道一起開挖。同時為確保施工時土方運輸通道穩定，對土方運輸通道進行邊坡穩定性計算。邊坡最小安全系數為 1.2，經驗算實際安全系數為 1.229，滿足穩定性要求?？紤]土方運輸通道挖除時開挖側邊坡的穩定性，土方運輸通道挖斷處開挖坡比不得小于1:2.5，同時預留不小于5 m的二級安全平臺。

3.4 高程控制

開工前設置測量控制網。按要求放出邊坡線、主河槽中心線、底腳線等。

開挖作業期間每個分區內配備兩個高程控制班組，利用GPS流動站時時檢測各個作業點的最終泥面高程，及時提醒挖機操手調整開挖深度。

開挖作業進入斜坡區域后，測量班組提前確定坡腳、坡肩位置及梯度，分別在坡頂與坡腳用木樁標記，中間用引線連接，引線上每隔5 m做一個標記，并計算出其開挖深度，現場管理人員根據開挖深度控制開挖坡面。沿坡面等高線每隔50 m做一條引線標記，保證施工精度。

每個大網格開挖結束后，再次全面進行一次高程測量，如發現淺點利用浮箱式挖掘機進行“掃床”作業，確保高程滿足設計要求。

3.5 邊坡修整

1）臨時坡度修整：機械開挖土方時，接近臨時開挖坡面時采用反鏟削坡。施工土方運輸通道兩側開挖臨時坡度為1:2.5，湖體兩側開挖邊線臨時坡度為1:2.5，實際施工的邊坡坡度應適當留有人工修坡余量，再以人工整修至符合要求的坡度和平整度。

2）二次理坡：根據目前下發的護岸圖紙，部分護岸與開挖邊線結合處，需提前施工護岸結構，預留擋水土圍堰，待護岸結構完成后，再將該部分土方挖除，并進行二次理坡。

4 結 語

根據工程技術要求，施工時還應重點關注如下注意事項：

1）內湖開挖前應清除施工區域內地面上及地下的所有障礙物。

2）不能連續開挖進行，因故中間需停置一段時間才能繼續開挖施工的坡比應適當放緩，每層放坡均以臺階錯開。

3）保障車輛沖洗設施的沖洗效果，以保持市政道路的環境衛生。

4）塑形土運送區域及位置的布置，應充分計算分析各區土方開挖總方量與湖區周圍堆土塑形區域的土方平衡關系，防止后期地形塑造施工中進行土方二次倒運。

隨著社會城鎮化的發展和人民對居住生態環境要求的提高，公園建設需求將日益增大，類似本工程的新建或改建人工湖的項目將會增多，大方量土方開挖的重點在于提高開挖運輸效率，減少地表及地下滲水對施工的不利影響，通過充分準備、精心組織、集中力量組織機械化快速施工，達到提高施工效率、縮短工期、節約成本的目的。