南水北调干渠渠道土方开挖施工工法

PAGEPAGE12南水北调中线一期工程总干渠xx渠首～xx南（委托建管项目）xx段xx标段渠道土方第二分部施工工法（桩号：xx）xx南水北调中线工程xx段xx标项目部二○一一年六月审批：审核：编制：目录HYPERLINK\l"_Toc298627182"1.工法特点 4HYPERLINK\l"_Toc298627183"2.工艺原理 5HYPERLINK\l"_Toc298627184"3.施工工艺流程及操作要点 5HYPERLINK\l"_Toc298627187"4.主要机械设备 10HYPERLINK\l"_Toc298627188"5.施工进度计划 10HYPERLINK\l"_Toc298627189"6.质量要求和验收 11HYPERLINK\l"_Toc298627190"7.影响工效的因素 12

渠道开挖段土方施工工法本分部渠道土方全挖段主要为膨胀土，膨胀土是一种含一定数量亲水矿物质（蒙脱石、伊利石、高岭石或混层结构）且随着环境的干湿循环变化而具有显著的干燥收缩、吸水膨胀和强度衰减的粘性土，有的裂隙很发育，且液限和塑性指数较大，压缩性偏低，在天然含水量状态下较坚硬，一般具有超固结性。在地层分布上一般属于上第三系河湖相砂砾岩、砂岩和第四系中更新统冲洪积分支粘土，在结构上夹层多，上层滞水明显，开挖后易产生卸荷失稳。根据其膨胀率分类，膨胀土可分为弱膨胀土、中膨胀土和强膨胀土。在进行渠道土方开挖和保护层开挖过程中，需采取与常规土方开挖不同的方法。本分部包含部分半挖半填段，半挖半填段为弱膨胀土，也具有干燥收缩、吸水膨胀强度衰减、易失稳滑坡等特性，渠道无法直接进行混凝土衬砌或直接过流，必须在原弱膨胀土渠道基面上换填其他基层后才能进行衬砌，根据设计图纸，对原基进行50cm翻压处理，也是采取“金包银”方式进行填筑的。1.工法特点1.1由于膨胀土的特殊性质，在开挖过程中必须严格控制保护层，采取防雨布覆盖、防护等有效措施减少大气环境的影响，分层、分段开挖，一次开挖的工作面不易过大。开挖过程中，首先在开挖段坡顶设置截流沟，有上层滞水的地带采取逐层设截流沟、逐层排水的方式，有效减少边坡失稳现象，对边坡的保护和设计断面的形成有很重要的作用。1.2半挖半填部分：首先进行50cm的清基，再将渠堤渠基部分进行50cm深度范围的土进行翻压，翻压后将翻压土料进行在原基上回填。弱膨胀土采用水泥改性土换填，需要对土料进行水泥改性的加工，在渠道开挖的土可作为渠堤填筑土料，填筑的土质比较均匀。只是采取“金包银”方式进行填筑。“金”为1米厚的水泥改性土。2.工艺原理2.1渠道开挖前，完成地表水系导引措施，并按设计要求完成挖方渠道两侧坡顶防渗层、截流沟施工。在开挖过程中，首先开挖一级马道以上，采取逐层开挖排水沟排除滞水、渗水的开挖方式，并采取临时覆盖边坡、预留保护层和后续工序跟进，可有效隔绝阳光曝晒和雨雪冲刷或冻结，减少因土体失水干缩或遇水膨胀而引起的边坡失稳现象。2.2半挖半填部分采用渠堤渠基进行翻压，对原基弱膨胀土进行结构从组压实，和外层的水泥改性土形成一个“金”的外壳。提高土层的整体性，对膨胀土的边坡起到压盖作用，减少膨胀土边坡卸荷产生的滑坡；同时隔绝大气环境和渠道水流对原弱膨胀土渠道基面的影响，使渠坡弱膨胀土体处在相对稳定的环境中，防止因弱膨胀土体的含水量发生较大变化造成坡面的失稳。3.施工工艺流程及操作要点3.1施工工艺流程3.1.1全挖段：开挖区周边截流沟开挖→自上而下分层开挖→在有地下水或层间滞水地段逐层开挖排水沟并排水→坡面防护→保护层开挖膨胀土挖方渠道施工作业程序一般为：开挖前准备、渠道开挖、地质编录及地质复核、地层膨胀土类别鉴定、保护层开挖、局部滑坡处理、开挖面临时保护、一级马道以上渠坡防护（包括换填层填筑）、一级马道以下衬砌结构（包括排水措施施工、换填层填筑、防渗土工膜敷设、混凝土衬砌施工）施工。在上一级边坡处理完成之前，严禁下一级边坡开挖。渠道开挖断面轮廓线应符合施工详图所示的开口线、边坡和高程要求，一般情况下建基面和边坡均不应欠挖。3.1.2半挖半填段：覆盖层清基→渠堤渠基翻压→翻压土料回填→土料开采运输→改性土料制备→摊铺→碾压→取样+检测3.2操作要点3.2.1全挖段：⑴周边截流沟开挖及处理正式开挖之前，在开口线外侧开挖临时截流沟，防止地表水流入开挖作业面，减少对开挖边坡的冲刷和浸蚀。临时截流沟的布置尽量与渠道永久截流沟结合，并结合现场地形汇水条件布置向渠外排水的通道。排水通道之间的截流沟底坡应平顺，当地形条件复杂时可采取一定的挖填措施处理。为保证截流沟的汇水作用，渠道开挖线与截流沟之间的坡顶可做成倾向截流沟一侧的缓坡，以免坡顶积水。因膨胀土遇水易失稳，截流沟必须做好铺砌及防渗漏处理。如无设计要求，可采用土工膜加混凝土的方式进行处理。⑵表层土清除采用挖掘机开挖，自卸车直接运至指定地点堆放或用推土机将地表附属物和表层有机耕作层清除拢堆、挖掘机装车、自卸车运至指定地点堆放。⑶土方开挖采用反铲挖掘机开挖、自卸汽车运输，推土机在指定的堆放区推平。土方开挖按照从上到下分层分段依次进行，一次工作面开展不大，按长度200m分段，开挖层一次小于3m。对同一个断面、同一开挖层来说，由中间同时向左右两岸开挖，以利于层间排水。同一区段内开挖面平行下降，不能平行下挖时，则两者高差不大于一个开挖梯段。可利用的开挖土料，根据土方平衡方案分区堆放，不同性质的土料不得混杂。开挖过程中预留保护层，保护层的厚度根据后续工程安排和土质情况而定，本开挖段属于中、强膨胀土渠段，预留保护层厚度按50cm（垂直基面厚度）。对于过水断面以上的渠道开挖，当自上而下开挖至一级马道后，停止开挖，进行保护层开挖及边坡的工程防护措施施工，开始换填、砌石联拱植草或其他护坡结构、永久排水设施施工等。在完成工程防护措施后，再进行下一级马道间开挖或过水断面的开挖施工。⑷排水土方分层开挖过程中，在存在上层滞水渗流的区域逐层开挖临时排水沟，底部开挖临时导渗沟，及时排除渗水或雨水。有层间滞水或地下水处开挖断面排水示意图周边截流沟地面线临时排水沟设计开挖线第1层开挖线周边截流沟地面线临时排水沟设计开挖线第1层开挖线第2层第3层第4层第5层第n层渠道轴线导渗沟或集水井马道支沟＞3.0m地面线上图所示，开挖时的排水系统采用明挖临时排水沟、导渗沟结合集水井的排水方式。首先在距离开挖断面两侧不小3.0m的距离平行于渠道轴线开挖临时排水沟，用于汇集边坡层间滞水和雨水；在靠近渠道轴线的位置开挖临时导渗沟，其底部高程低于临时排水沟底，用于汇集地下水和边坡层间滞水；临时排水沟与导渗沟之间通过开挖支沟联通，在导渗沟适当的位置开挖集水井，井内布置水泵，当施工期降雨形成地面径流或出现层间滞水、渗水时，水流通过临时排水沟、支沟汇集到导渗沟的集水井内，用水泵抽排至附近自然沟渠。随着开挖的进行，排水沟和导渗沟应不断加深，并灵活布置排水沟、导渗沟、集水井的位置，使沟底始终低于开挖底面，确保开挖面无明水。⑸临时防护由于膨胀土的特殊性质，在开挖过程中尽量减少大气环境的影响时间。临时防护主要有预留保护层和覆盖两种。在开挖过程中，为减少大气环境对渠道设计基面的影响，在开挖时不是采用一次挖到设计断面的方式，而是在建基面上预留一定厚度的土层作为保护层。这样即使保护层面受到影响，但在一定时段内可以对建基面起到保护作用。除预留保护层外，在降雨期、高边坡地带或保护层开挖完成后进行换填施工之前，还必须进行坡面的覆盖防护。覆盖防护主要采取防雨布、塑料布等覆盖。覆盖时，采取上部膜压下部膜的方法，相邻块的搭接不小于1.0m，用土袋压盖，要做到全面覆盖不留死角，以减少大气环境影响。坡顶的防护范围较坡脚的防护范围适当加大，坡顶尽量覆盖至周边截流沟边。⑹保护层开挖保护层是为了保护建基面不受大气环境的影响而临时预留的土层。在进行基面的下步施工前，需要开挖保护层至设计建基面。保护层开挖采用人工配合挖掘机进行。在测量人员的指挥下，用挖掘机在坡面上每隔10m开挖出样槽。由有经验的挖掘机操作人员按样槽进行保护层开挖，挖掘机开挖方向垂直于渠道轴线，由上至下顺坡进行开挖。土料拢集于坡下后，装车运至指定地点。开挖时距离设计建基面还需要预留5～10cm的薄土层，目的是为了避免超挖。预留的薄土层开挖前，将挖掘机斗齿前焊接一块厚约20mm的钢板作为“刮板”，长度同挖掘机斗宽，宽度约为15cm，前缘与斗齿齐平，开挖方向垂直于渠道轴线，沿坡长自上而下将预留的薄土层刮除，人工用平头铁锹将坡面遗留的松土清除并拢堆。在坡面上钉木桩，每5m作为一个断面，按坡度放样，在桩位上固定尼龙线，人工对坡面进行适当整理，直至坡面坡度符合规范要求。每一段保护层开挖后、下道工序施工前，坡面要进行覆盖。3.2.2半挖半填段⑴土料检验及生产性工艺试验在施工之前需要对可利用料进行复查，然后对土料进行检测。通过室内试验，取得土料的自由膨胀率、粘粒含量、塑性指数等物理试验资料，进行击实试验，取得最优含水量、最大干密度参数。根据室内试验取得的参数，进行现场碾压施工工艺试验，选择碾压机械的类型，选择相应的施工碾压参数，如铺土厚度、碾压遍数等；研究填筑的施工工艺与措施等。⑵料场覆盖层清除在土料开采之前，首先进行料场的植被清理和表层土清除，采用推土机将各种树根、杂草、垃圾、废渣以及其它障碍物等清除拢堆，挖掘机装车、自卸汽车运输至指定区域堆放；挖掘机开挖表层腐殖土、有机层，自卸汽车运至指定的表层土堆放区堆放。⑶渠堤渠基翻压渠堤清基后，采用挖掘机进行50cm翻压土料开挖，开挖集堆，再用推土机将土料推运出渠堤基面以外，必要时挖掘机要翻甩两次。开挖边界一边要比渠堤基面超宽2米以上。然后，采用平地机将开挖后的基面刮平，并将浮土刮干净，平地机刮不干净的采用人工清理。对堤基范围内的坑、沟、槽、井等按设计要求处理。⑷土料开挖运输土料开挖和运输采用挖掘机挖装、自卸汽车运输。开挖前要进行规划，减少水土流失，解决开挖排水问题。渠道中心开挖同全挖段类似，做好临时排水沟，修好运输通道。开采面尽量做到同层、齐头并进、彼此联通，不得随意开展工作面。有积水时，应开挖排水沟；出现地下水时，要超前开挖导渗沟和集水坑降水。根据开挖的地势、土层厚度、土质及含水量情况，采取不同的开采方式。⑸土料制备为保持含水量均匀、消除大块粒径，开采后需要对土料进行拢堆和翻松，对局部含水量偏低的土料进行洒水调整，对含水量超标的进行翻松晾晒。一般采用五铧犁和旋耕机翻松、晾晒，必要时可采用路拌机。调整含水量的场地视现场实际情况而定，一般在填筑现场附近或直接在取土面进行。⑹土料运输摊铺土料运输采用挖掘机装料、自卸车运输的方式。一般采用进占法铺料，推土机摊铺压平。为保证碾压机械的工作面、确保边角压实度，铺土边线在水平距离上要进行超填。在铺料过程中，严格按照碾压试验确定的参数控制。为保证层间结合，在铺料过程中需要进行层间洒水。⑺碾压采用碾压试验选取的机械进行碾压，一般采用凸块振动碾。碾压遍数按照碾压试验参数控制。碾压结束后取样检测压实度，合格后进行下一层的填筑。⑻削坡在渠道渠底开挖完成后，人工配合挖掘机进行削坡。由有经验的挖掘机操作人员按样槽进行削坡，削坡方向垂直于渠道轴线，由上至下顺坡进行。土料拢集于坡下后，装车运至临时堆放场，经加水、破碎后可以重新利用。削坡时应预留5～10cm的薄土层，在下道工序施工前再削除。预留的薄土层削坡时，将挖掘机斗齿前焊接一块厚约20mm的钢板作为“刮板”，长度同挖掘机斗宽，宽度约为15cm，前缘与斗齿齐平，开挖方向垂直于渠道轴线，沿坡长自上而下的将预留的薄土层刮除，人工用平头铁锹将坡面遗留的松土清至挖掘机附近，随“刮板”拢堆。在坡面上钉木桩，每5m作为一个断面，按坡度放样，在桩位上固定尼龙线，挂线后进行钉桩加密，人工进行坡面整理，直至坡面坡度符合规范要求。⑼防护与排水渠道边坡保护层开挖后、基础换填之前，坡面必须覆盖，减少大气环境的影响。在换填时，将换填部位的坡面防护膜逐层、逐段掀起，坡面上部的覆盖物仍然保留；换填后对坡面适当保护，防止形成雨淋沟。换填时，根据设计要求对坡面或渠底渗水采取封堵或引流的方式。4.主要机械设备土方开挖的机械为常规组合。在清表阶段，采用的机械有推土机、液压反铲挖掘机、轮胎式装载机和自卸汽车；开挖阶段，以液压反铲挖掘机和自卸汽车为主，在土料指定堆放区以推土机和装载机组合进行平整。设备的配置数量主要根据施工强度确定。⑴在覆盖层清除阶段，机械配置主要有液压反铲挖掘机5台、自卸汽车20台、推土机5台、装载机2台；⑵翻压阶段主要有液压反铲挖掘机3台、推土机3台、平地机1台、洒水车1台；⑶开挖运输主要机械包括液压反铲挖掘机6台、自卸汽车30台，推土机6台；⑷摊铺碾压阶段机械主要有推土机3台、凸块振动碾2台；⑸削坡阶段机械设备主要有液压反铲挖掘机（含刮板）3台、自卸汽车6台。⑹改性土土料制备阶段主要有改性土拌合机1台、破碎机1台、旋耕机1台、装载机2台和洒水车2台；5.施工进度计划本分部全挖段分两个阶段开挖，第一阶段开挖一级马道以上部分，开挖后及时施工马道以上渠坡防护工程，第二阶段开挖一级马道以下部分，开挖后及时施工马道以下渠坡防护工程。本开挖段考虑到汛期排水较为困难，汛前及汛期主要开挖一级马道以上部分，汛后进行一级马道以下部分开挖工作。控制性工期为全挖段渠道土方开挖日期2011年6月8日，开挖段计划完工日期2011年12月30日。本分部半挖半填段也分两个阶段开挖，第一阶段清基翻压阶段，第二阶段渠道开挖、渠堤及改性土填筑阶段。控制性工期为完成翻压回填日期2011年8月10日前，渠道开挖、渠堤及改性土填筑完工日期2012年3月30日。进度计划见附图。6.质量要求和验收6.1全开挖段(1)施工过程中随时检查周围排水设施的有效性，边坡两侧截渗沟不得积水。(2)在土方开挖过程中，要随开挖进度及时测量校正开挖平面的尺寸和标高，按施工图要求检查开挖边坡的坡度。(3)施工过程中，需要随着开挖层面的下降布置排水沟和集水井，及时将上层滞水和渗水抽至渠顶临时截流沟内；要及时收集天气情报，预备塑料布或防雨布，及时覆盖坡面、路口及开挖区路腿等部位，防止雨雪侵蚀产生滑坡等地质灾害。⑷为保持坡面稳定，在渠道土方开挖时必须预留保护层。保护层开挖尽量避免超挖，要由经验丰富的挖掘机操作人员进行，不得欠挖。如果不慎超挖，不得擅自进行补坡、人工拍坡处理，要视情况决定是否进行处理。⑸在进行坡面整理时，要按照坡度进行钉桩挂线；挂线时将线拉紧，防止拉线下垂造成超挖。⑹施工中，膨胀土渠坡若不慎雨淋、泡水、失水干裂，应将其挖除，不得欠挖，不得补坡或人工拍坡。⑺土方开挖工程完成后，进行以下各项的质量检查和验收：1)按施工图纸要求检查开挖面尺寸、标高；2)边坡的坡度复测检查；3)坡顶临时截流沟底的坡度检查；4)坡面进行检查清理后，应保证无积水或渗水，基面土壤无扰动。6.2半挖半填段质量控制要点：弱膨胀土填筑施工过程中容易出现的质量问题有：含水量不均、漏压、弹簧土、剪切破坏等。需要采取以下措施预防：⑴填筑时采用进占法施工。填土时运输车辆在同一工作面反复碾压，容易造成土料剪切破坏及弹簧土。⑵边坡结合面处理。渠道改性土换填时边坡结合面是关键部位之一。填筑前在已开挖的渠坡上用推土机逐层“开蹬”，高度为一层土料松铺厚度。对边角接头处大型机械碾压不到、易漏压的地带，需由人工采用蛙夯或冲击夯夯实。⑶土料质量。由于土区含水量、粒径不均匀，在料区分布上一般上层偏干、下层偏湿，在填筑前必要时可对土料进行翻松、破碎、拌合均匀，以免在填筑时因土料含水量或粒径问题影响碾压质量。雨季施工应特别注意天气变化，避免土料受到雨淋；降雨时应停止施工，对已