高水位下土方开挖的施工方法及施工工艺

高水位下土方开挖的施工方法及施工工艺探讨马 敬 任 军 张宝坤（内蒙古黄河工程管理局 内蒙古 磴口 ）摘 要 在高地下水位低洼地区进行土方开挖，一直是一项施工难度较大的工作，也是在河套地下水位高、土壤盐碱性大的低洼地区进行水利施工中经常遇到的难题。我们通过多年的实践、摸索出了一种比较适合于北方寒冷地区进行高水位下土方开挖的施工方法，并在三盛公水利枢纽除险加固过程中付诸实施，通过对施工工艺中存在问题提出的探讨意见，希望对今后的这类施工具有指导意义。关键词 土方开挖 高地下水位 冻土厚度1.前言黄河三盛公水利枢纽工程建在黄河堆积冲积形成的平原上，其左岸为泥沙沉积而形成的平坦滩地，右岸为鄂尔多斯台地。本区域的地下水总体流向自西南向东北，右岸地下水补给河水，左岸河水补给地下水。工程所在地周围地下水位相对较高。在高地下水位低洼地区进行土方开挖，是一项施工难度较大的工作，在河套地下水位高、土壤盐碱性大的低洼地区进行水利工程施工中经常遇到这样的难题。以往的这类施工多选在春秋或夏季施工，由于土壤含水率大，地面承载力低，土方的开挖和外运工作很困难，施工难度直接影响着施工进度、工程质量和工程投资。多年来我们在枢纽工程管理建设中，通过实践、总结，努力寻求摸索出了一种适合于高地下水位地区冬季土方开挖的行之有效的施工方法。2.回顾以往这类施工的经验和教训1994年夏，为发展旅游业进行人工湖开挖，由于开挖地点位于三盛公水利枢纽工程右岸导流堤背水侧滩地，地势低洼地下水位高。施工单位采用挖掘机开挖装自卸汽车运输的方法，施工中随着开挖面积、深度的增加，地下集水不断增加（为节省投资而没有进行围井排水），运料汽车无法在橡皮路面上行驶，挖掘机有时陷入淤泥之中。为此，不得不另行铺设临时道路，致使工期延长，增加了投资。1999年初冬，加筑拦河闸下游防洪堤时已有冻土层，只能在上午气温较低时施工挖土，下午气温回升，冻土解冻，土壤含水量大，挖掘机无法作业，大大影响了施工进度。以上两次施工给了我们教训，也积累了一定经验。3.尝试改进施工方法在2002年冬季开工的三盛公水利枢纽除险加固工程结合旅游规划时，计划将原有的鱼池扩建、挖深修建为人工湖，而施工地点正处于拦河闸与进水闸下游交叉形成的三角地低洼处，地下水位相当高。汲取以往施工的经验教训，结合该地区属中温带大陆性季风气候，冬季漫长、严寒少雪，最大冻土深度达1米的实际情况，我们尝试采用如下施工方法：在冬季灌区停灌后，鱼池水位降至最低而积水层浅，随着冬季气温的逐渐下降，鱼池表面的浅层水及水下淤泥开始结冰上冻，当冻层厚度可以承载挖掘机正常工作而不至于陷入淤泥时，用挖掘机斗打开表层冻土缺口，在临界状态下进行土方开挖。施工过程表明，表层冻土厚度在0.20米左右为宜，超过0.30米，挖掘机难以挖开冻土缺口，低于0.20米又无法支承挖掘机正常工作及自卸汽车运输土料。4.具体施工方法工艺当鱼池表面冻土厚度达到0.25米左右时，首先选择挖掘机适当的停放位置及开挖路线，即“非”字型干支道，将挖掘机开至浅层水冰面，碾碎表层薄冰，铺一层草土以免挖掘机打滑，然后就可以按施工要求由中心向外围进行开挖。针对这项工程的特点，为减少工程的投资，在确定施工方案时，采用了挖掘机尽量多甩方、且通过甩方一次到位，以避免重复甩方增加费用；尽量不采用汽车拉运。该工程完成的较为顺利。实践证明，这种施工方法比较适合于在北方寒冷地区进行高地下水位情况下的土方开挖。只是通过以后的施工有必要不断的对其进行补充、提高和完善。5.施工中应注意的问题根据冬季鱼池开挖和黄河工程局三处导流明渠开挖的施工经验，我们总结了一些施工中容易出现的值得注意的问题，以供在以后的施工中借鉴：1） 注意把握好施工时机，提前做好准备工作，一旦冻层厚度满足要求及时开挖，以免越冻越深，开挖困难。2） 施工中如需要将开挖出的土料外运，必须注意从中心向外围退着挖，以保证运输土料顺利，运输道路要设在冻层上，若冻层上覆盖薄冰，应在上面铺垫草土，以免车辆打滑。3） 随着开挖深度的增加，汽车拉运的土料通常为泥水混合物，一层层泥土边拉边冻结在汽车马槽上，影响拉运土方量，须经常用挖机斗清理马槽。4）冬季施工当冻层达0.25米左右时，最低气温一般在- 150 c以下，这时施工机械启动困难，这时应集中施工，连续作业，人换车不停，以免延误时机。另外，在这样的条件下施工极易损坏机械，一定要注意机械的保养。5） 挖掘机甩出的土方，如果不需要外运，也不要堆放过高，