輸水管線工程土石方挖填施工技術研究

趙宏濤

(山西省水利建筑工程局有限公司，山西 太原 030006)

0 引言

我國水資源分布特點使區域供水系統中輸水管網建設投入資金最多，承擔的作用最大。為解決供水問題，改善供水體系，不少城市和鄉鎮開始興建或正在籌劃建設，以完善當地的輸水工程項目，輸水工程成為現代化城市建設的重要工作[1]。PCCP管道是鋼管、混凝土、高強鋼絲和水泥砂漿幾種材料組成的一種鋼復合管材，因其具有合理的結構、較高的內外壓承受力，較好的接頭密封性和易于維護等特性，廣泛用于長距離輸水工程。大伙房水庫輸水工程采用PCCP管道，受當地地形地貌、工程地質條件、特殊地基土等影響，輸水管線的土方挖填環節設計布置是否合理直接關系到工程的安全運行，這使管線挖填施工技術的研究具有積極意義。

1 工程概況

大伙房水庫輸水工程盤錦二步應急供水工程利用大伙房水庫輸水(二期)一步工程上游城市的富余水量滿足盤錦市近期的需水要求。工程位于盤錦市、海城市境內，主要建設內容為營盤配水站至盤錦接管點之間輸水管線及附屬構筑物工程，管材為預應力鋼套筒混凝土管，管徑為DN 2000。

2 管線挖方工程

PCCP管溝開挖基本程序為：測量放線→植被清理→土方開挖→邊坡及基礎面處理→質量檢查和驗收，現就主要環節及軟弱地基土處理予以闡述總結。

2.1 土方開挖

設計PCCP溝槽底寬4.442 m～4.807 m，鋼管溝槽底寬4.270 m～4.345 m，溝槽邊坡最小1∶1.0、最大1∶1.75。溝槽開挖為單槽單管施工，管道覆土厚度在2 m以內，局部覆土厚度為2 m～8 m。覆土厚度超過5 m的溝槽開挖時設置1.5 m馬道，以便于施工。溝槽開挖采取填弧法施工，機械開挖、人工輔助。局部軟弱、流塑態地質段邊坡穩定性差，施工過程中采用鋼板樁支護。

泄水系統部位開挖深度大，臨近水渠土含水率較大，嚴格控制每層開挖深度與邊坡。在開挖之前平整場地，施工區域周圍做好圍堰。由測量人員劃定開挖邊線。開挖邊線2 m范圍內不許堆放任何物件，并且嚴禁大型土方設備靠近。泄水系統開挖大部分屬于土方坑挖，少部分屬于管槽開挖。

由320液壓反鏟挖掘機從上至下分層開挖，每層開挖土厚度為3 m～4 m，每層開挖面兩側形成利于排水的坡面并同時按設計放坡，保持邊坡穩固。下基坑道路的坡度滿足土方運輸機械進入開挖工作面。開挖土料利于挖掘機互相倒運至堆土區，不能用作回填的土料直接裝車運至棄土場。在臨時堆料場和棄土場，配備TY 180推土機進行散料平整，修筑卸料平臺。

施工中控制設備對邊坡及基礎的擾動，在開挖至槽底部預留100 mm～200 mm的保護層，最后采用堆土機配合人工進行清底，避免擾動原狀土。提前在槽底設排水溝和集水井，防止槽底被水浸泡。

2.2 開挖邊坡及基礎處理

開挖溝槽至基礎面設計高程時應進行地基承載力試驗，要求設計地基承載力≥90 kPa。若滿足設計要求，則采用原土管基。對溝槽地基承載力不滿足設計要求的地段，按照《PCCP管線段基礎處理技術要求》換基處理。

換基參數確定后，人工開挖至換基底部高程位置選取級配良好質地堅硬的塊石、碎石進行換填，采用20 t自卸車卸料至施工現場，ZL-50B裝載機裝料入倉，人工攤鋪平整，采用FLY-850手扶振動碾壓至相對密度≥0.7，在碎石面上鋪筑150 mm厚中粗砂，換填中粗砂的方法與換填碎石一致。

2.3 碎石振沖樁施工

根據設計，在存在液化問題區段施作碎石振沖樁加固處理基礎。施工程序為：造孔及清洗→填料及振密→檢驗及驗收。

2.3.1 造孔及清洗

振沖器與導管間聯結橡膠減震器，對準樁位后待壓力水泵開啟，末端出水口噴水后開始徐徐貫入造孔至設計深度。造孔完后應清孔1～2遍，直至孔口返出泥漿變稀為止。

2.3.2 填料及振密

采用強迫填料工藝制樁，為保證制樁質量，施工過程應連續。從孔底開始逐段向上加密，不得漏振。待加密電流和留振時間達到設計要求后上提振沖器開始下一段加密。自下而上重復上述過程，直至加密到設計樁高。

3 管線溝槽回填

溝槽回填施工內容包括基礎置換及墊層區回填，120°包角區、管道Ⅰ區、管道Ⅱ區和一般區回填(見圖1)。

管道及附件安裝完成后應及時回填，不允許管道長期外露或跨越雨期和冬季。溝槽回填工序為：回填碾壓試驗→土石料挖運→土石料加工篩選→土料填筑→質量檢查和驗收等施工工序。在填筑時，距離管道0.6 m內使用小型設備進行回填。

圖1 PCCP管道溝槽回填斷面圖

3.1 基礎置換及墊層回填

墊層材料用砂墊層，自卸汽車將砂料運至填筑倉面內，挖掘機下料，由人工以200 mm一層鋪料，FLY-850手扶振動碾配合2.8 kW振動電夯碾壓實。相對密度≥0.70；對地基承載力不足段進行碎石換基處理，碎石相對密度≥0.70。

3.2 120°包角回填

120°包角回填區包括管道中心120°角邊線以下和墊層區之間的范圍。包角回填料主要采用級配良好、質地堅硬的中粗料，回填至設計高程，密實度不得低于0.7。使用1 m3挖機甩料至填筑倉面后人工鏟料攤鋪，FLY-850手扶振動碾壓實，嚴格控制管道下鞍部回填質量。管道安裝完成后人工回填底部周深縫隙和吊裝鋼絲處。

3.3 管道Ⅰ區回填

管道Ⅰ區范圍為包角回填區域至管頂，回填土采用溝槽兩側邊坡開挖馬道土料和就近堆放的合格土。管道安裝驗收合格后，開始對Ⅰ區進行回填，壓實度≥90%；鋼管I區回填使用檢驗合格的砂礫料，其壓實后相對密度不低于0.7。

完成管道安裝及外部接縫處理后回填管道兩側。采用長臂反鏟挖機甩料入倉，人工順沿管道方向通倉分層鋪筑。每層鋪料厚度250 mm，采用FLY-850手扶振動碾配合2.8 kW振動電夯壓實。回填前，嚴格控制土料的含水量，保證夯實后壓實度。

3.4 管道Ⅱ區回填

管道Ⅱ區指管頂以上500 mm回填區域(管道外壁范圍內)，PCCPII區壓實度≥(87±2)%，采用就近堆放的合格土料回填，待管道Ⅰ區填筑完成且合格后，進行管道Ⅱ區填筑。土方回填采用1 m3長臂反鏟挖機甩料入倉，挖機甩料前由裝載機將臨時堆土場的土料鏟運至溝槽邊，而后人工順管道軸線方向通倉分層攤鋪，每層鋪料厚度為250 mm，采用FLY-850手扶振動碾配合2.8 kW振動電夯壓實。

3.5 一般回填區

一般回填區包括管道Ⅰ區至設計地面高程以下500 mm(不包括II區)。采用附近溝槽開挖料回填，壓實度不得小于90%。由于一般回填區倉面及工程量較大，采用分層分段機械化流水作業，即自卸汽車運料入倉，推土機順管道方向分條分帶平鋪，松鋪厚度應根據碾壓試驗確定，且不大于250 mm，鋪料帶寬度≤3 m。采用16 t振動碾壓順鋪料方向進退式碾壓，配合FLY-850手扶振動碾和2.8 kW振動電夯補充壓實，確保碾壓質量。

3.6 泄水系統部位回填

泄水部位基礎面至泄水管底下200 mm之間的部位回填砂，中粗砂回填壓實相對密度均在0.7以上，管底以上部分回填開挖土料，同溝槽回填分區一致，Ⅰ區壓實度不小于90%，Ⅱ區與一般區壓實度不小于(85±2)%。回填施工方法與溝槽回填方法相同。

3.7 井室部位回填

井室部位的回填要求與管線溝槽回填相同，均是采用開挖合格的土料進行回填，采用挖掘機卸料入倉，人工攤鋪，FLY-850手扶振動碾碾壓。井室周圍回填壓實時沿井室中心對稱進行，且不得漏夯，保證回填土料壓實后與井壁緊貼。

4 結語

通常長距離輸水管線工程線路較長，需要克服的地質環境和水文條件十分復雜。面對不同管段地基土類型、含水量、天然密度的差異，優化總結施工工藝十分必要。特殊地基土處理及其挖填方環節直接關系到整個工程的投資、工期和后期運行安全保障程度，對挖填方施工過程的各步驟均需結合管材特性和工程地質條件，在滿足供水安全性、經濟性和穩定性的前提下合理論證施工工藝，總結經驗，為長距離輸水工程健康發展提供實踐參考。