姜 海，孙海波，孟佳佳

(淮安市水利局，江苏淮安 223005)

古黄河水利枢纽工程土方施工组织与平衡的探讨

姜 海，孙海波，孟佳佳

(淮安市水利局，江苏淮安 223005)

本文结合古黄河水利枢纽工程土方施工的实践，对粉砂土的施工组织与调配平衡进行了探讨，对土方工程施工中的经验和教训进行了分析总结。

土方工程;导流河;基坑;施工降排水;经验教训

1 工程概况

古黄河水利枢纽工程位于涟水县南门大桥下游约3km的古黄河上(桩号42+150)，工程新建节制闸、水电站、公路桥三结合的枢纽工程一处，主要作用是抬高区间水位，保障区域供水安全，兼顾南北交通和水能利用。其中节制闸设计流量230m3/s，校核流量500m3/s，闸上控制水位8.3m，闸下设计水位6.2m，5孔，每孔净宽8m;水电站选用6台套低水头竖井贯流式水轮发电机组，设计流量60m3/s，装机容量840kW;交通桥长114.52m，宽26m，南连淮安区侧234省道，北接涟水侧327省道。工程批复概算总投资2.04亿元，其中征地移民工程投资0.24亿元。

古黄河为流域性河道，具有泄洪、排涝、灌溉和供水功能，为确保施工期不断流，开挖导流河1条，设计流量180m3/s，长1020m，底宽40m，口宽约 110m，河底高程4.0m。总土方约70万m3。工程于2011年3月10日开工，计划2013年10月完成主体工程。

2 地质概况

工程场区大地构造单元属扬子准地台，苏北断坳的北缘。场地地貌分区属徐淮黄泛平原区，地貌类型为堤内滩地。地质勘探揭示，钻探深度范围内的土层可分为5个工程地质层：

a.1层：根据土层的地质成因及力学强度，细分为三个亚层。1-1层为杂填土，成分复杂，层底标高11.89～11.04m，层厚2.2m。1-2层为素填土，以黄灰色砂壤土为主，为人工填筑而成，层底标高10.88～3.06m，层厚8.9～0.9m。1-3层为粉质壤土夹粉质砂壤土，软 ～可塑状，层底标高 6.79～5.24m，层厚4.9～2.4m。

b.2层：轻粉质砂壤土。灰色，稍密～中密状，层底标高2.12～－0.3m，层厚7.3～2.4m。

c.3层：以黏性土为主，细分为三个亚层。3-1层为黏土，青灰色或灰色，软～可塑状，局部上部夹腐植物及贝壳片，层底标高0.65～－0.85m，层厚2.5～0.7m。3-2层为淤泥质黏土，灰色或灰黑色，流塑状，层底标高－0.92～－2.75m，层厚8.2～1.4m。3-3层为粉质黏土，灰色或黄灰色，可塑状，层底标高－2.90～－10.08m，层厚8.2～1.4m。

d.4层：重粉质砂壤土(局部夹粉质壤土)。灰黄色，局部灰色，中密 ～密实状，层底标高 －4.90～－8.05m，层厚3.3～0.8m。

e.5层：以黏性土为主。较深，未钻透。

地基土中，1-2层素填土主要为砂壤土，该层结构松散，防渗抗冲能力差，极易发生渗透破坏;2层轻粉质砂壤土砂性较大，透水性较强，易发生渗流破坏。

3 施工概述

土方工程采用立体开挖方法进行施工，分层开挖，工作面随着开挖深度的下降而下降，岸坡采用挖掘机修整到位，局部进行人工修整。

3.1 导流河降排水

对导流河开挖造成影响的潜水含水层集中在1-2及2层地质层上。涌水量渗透系数按7.12×10－4cm/s计算。

导流河施工以明沟排水方法为主，采用截、疏、集、抽的排水方法。截，是开挖龙沟，截住水流;疏，是利用龙沟，疏干土体内积水;集，是利用龙沟，收集雨水和土壤渗水;抽，是在闸塘底部设置机塘，将积水用水泵抽走。

3.1.1 龙沟开挖

导流河工程基本上为平地开河，采用陆上土方机械施工，即利用挖掘机配合运土车开挖成型，其开挖深度最深达到14m左右。俗话说“龙沟不成河不成”，为保证施工机械正常作业以及雨后尽快恢复施工，必须同时开挖龙沟爽水。

龙沟位置主要依据土源去向等进行设计布置。该工程除了上下游施工围堰向北出土以外，其余开挖的大部分弃土单向往南运至弃土场，故龙沟布置贴近北坡。为使河道能开挖到底，龙沟底高程必须低于河底1.0m以上，从高程9.0m起至3.0m，主龙沟须分三次开挖才能满足施工要求，每次开挖深度宜2.5m左右。由于下层土料含水量大，为加快爽水增加效果，使土料含水量不至过大，沿垂直河道方向每隔50m左右布置一条支沟，在开挖期间确保主龙沟底要低于开挖面1m以上，支沟底高程比主龙沟底高程要略高，以确保施工场地无积水。

龙沟断面设计：导流河土质以1-2层砂壤土、2层粉土为主，龙沟设计断面为主龙沟底宽4m，支沟底宽2.0m，坡比1∶2，主龙沟最终高程比河底深1.0～1.5m。

3.1.2 机塘设置

设主机塘4个，头尾各设置1个，中间段两个。机塘与主龙沟及支沟相通，用来排除该段施工期渗水、雨水等，排除的积水流入古黄河，集水坑底面积为20m2左右，坑底高程始终低于龙沟底1m。

3.1.3 排水设备选择

排水设备主要用来排除施工期间的渗水，在4个机塘处各布设2台4吋泵，平时1台4吋泵排渗水，1台下雨时备用，可以满足施工排水要求。并预留4台2吋流动泵备用。

3.2 基坑降排水

主要以深井降水为主，明沟排水为辅。

3.2.1 深井布置

水电站及节制闸基坑降水采用深井降水，其主要目的是降低承压水头，确保基坑开挖中承压水上覆盖土层厚度满足压重要求。根据深井影响半径在水电站及节制闸基坑四周设置深水井，共布置21口φ40cm深井，井底高程－11.0m，井口高程4.0m，井深15m，井间距约15m，抽排水历时4个月。

3.2.2 机塘设置

设主机塘2个，靠上下游围堰各设置1个，用以排除主体工程闸塘施工期间的渗水、雨水等，排除的积水流入古黄河，上、下游集水坑面积约120m2，坑底高程低于河底1.5m，边坡为1∶5。

4 土方平衡

4.1 导流河土方平衡

导流河开挖总土方量为68.5万m3(包括上下游预留坝土方3万m3)。土方去向为：ⓐ结合填筑上下游围堰土方约10万m3;ⓑ西南侧Ⅰ号弃土场临时堆土土方量为26万m3;ⓒ东南侧Ⅱ号弃土场临时堆土土方量为26万m3;ⓓ中隔岛上游围堰附近Ⅵ号临时堆土土方量约3万m3;ⓔ中隔岛下游围堰附近Ⅶ号临时堆土土方量约3万m3;ⓕ枢纽工程建成后，导流河开挖土方除了部分用于建筑物右侧回填外，其余基本用于导流河回填。详见弃土场布置图。

弃土场布置图

4.2 基坑土方平衡

基坑开挖陆上土方约18.6万m3，下游孤岛水下土方3.2万m3。土方去向为：ⓐ西北侧Ⅲ号弃土场临时堆土土方量为10万m3，部分回填建筑物，部分垫高管理所用地;ⓑ东北侧Ⅳ号弃土场临时堆土土方量为8.6万m3，部分回填建筑物，部分填平鱼塘;ⓒ孤岛水下方3.2万m3弃土弃至导流河内;ⓓ上下游围堰水上方用于建筑物回填，水下方约4万m3弃土弃至东北侧Ⅴ号弃土场。详见土方平衡计算表。

土方平衡计算表

4.3 土方平衡方案优化

导流河围堰填筑土方原方案从Ⅵ、Ⅶ号弃土场及古黄河北侧滩面取土，优化后土方基本上从Ⅵ、Ⅶ号弃土场取土，北侧取土量大大减少。

基坑开挖土方约5万m3直接用于公路地基填筑，未堆放在原Ⅲ号弃土场内;由于围堰填筑土方基本上从Ⅵ、Ⅶ号弃土场取，基坑开挖约3万m3土堆放在Ⅵ、Ⅶ号弃土场，未堆放在原Ⅳ号弃土场。

经土方平衡方案优化后，可减少约8万m3弃土堆放占地，减少临时占地面积约3.33hm2，节省了征地相关费用及征迁难度。

5 经验教训

随着水利工程规模扩大、投资增多、地位及重要性增加等因素影响，不良土质条件下土方开挖和复杂土方平衡技术变得越来越重要。科学合理的开挖方案可确保工程工期和施工过程中的人身安全，并为工程节省大量资金。

5.1 导流河开挖经验

对于粉砂土地区开挖导流河，该工程总结了三个方面的经验。

5.1.1 开挖超级龙沟

导流河施工方法为：纵向分段、横向带坡、竖向分层开挖。竖向共分为3层，自上而下每层开挖深度逐渐减少，开挖的龙沟随着渗流量的增加逐步加大。第1层龙沟规模为小沟级、第2层为中沟级、第3层为大沟级。

排水龙沟布置结合河道开挖施工，自导流河北侧河底脚附近向南侧开挖，开挖的龙沟大而深、连续不断。由于粉砂土容易产生流沙，淤积严重，需要经常对龙沟进行疏浚，一般为2～3天拓浚一次，保证龙沟成型爽水。随着开挖面的加宽以及纵、横向龙沟的形成，土体中的含水量减少，河道即可开挖成型。

5.1.2 合理组织机械

a.根据土质情况，合理选择施工机械。该工程选择了挖掘机装土、自卸运土车运土、推土机整理弃土场3种类型机械组合施工。

b.根据施工机械性能，确定机械组合。在工程开工前，通过短期试挖迅速摸清土质、运距、机械性能、工作效率等各方面的情况，确定挖机与自卸运土车按最佳搭配比例，保证机械高效使用，不发生挖机或自卸车窝工的状况。高峰期出动挖掘机17台、推土机4台、自卸车130多台，平均每天完成土方开挖1.2万m3，高峰时达2万m3，保证了导流河开挖进度。

5.1.3 合理安排开挖顺序

根据开挖的不同高程，确定开挖顺序。在土壤渗水层以上为挖、装、卸连续作业;第2、3层用挖掘机接龙2～3次开挖，中间临时堆土爽水。

在青坎以下渗水层开挖时，由于土壤中的水分含量大，土体难以成型，运土车无法运土。采用挖机接龙的方法将下层土方送至上层部位爽水，爽干土体中的水分后再运至弃土场，由北向南渐次开挖至设计河底高程4.0m。在开挖河道过程中，始终将开挖龙沟放在第一位，并不间断地抽排积水，保证挖掘机干地施工。

5.2 闸塘开挖工程中的教训

5.2.1 没有认真复核各弃土场的容量

导流河开挖堆放在中洲岛的弃土可用于上下游围堰填筑，基坑开挖时也有部分弃土可以堆放在中洲岛的弃土场内，由于对数量未进一步核实，增大了其他弃土场的土方占地面积。

5.2.2 没有对基坑土方挖填实施动态平衡分析

在土方施工过程中，并不是所有土方都要全部一次性取上来进行堆放，而是可以有的先取结合设计要求使用，有的后取进行部分回填，剩余的运往弃土场堆放。如：对回填的水泥土、公路路基等部位边开挖边回填，实际弃土量远少于开挖量。如将这些因素考虑到土方平衡分析中，可以进一步降低弃土场的土方量，减少临时占地。

Discussion on Ancient Yellow River Water Conservancy Project Earthwork Construction Organization and Balance

JIANG Hai，SUN Hai-bo，MENG Jia-jia
(Huai’an Municipal Water Conservancy Bureau，Huai’an 223005，China)

In the paper，earthwork construction practice of ancient Yellow River Water Conservancy Project is utilized to discuss silt construction organization and deployment balance，in addition，experience and lessons in earthwork construction are analyzed and summarized．

earthwork project;diversion river;foundation pit;construction water dropping and drainage;experience and lessons

TV61

B

1005-4774(2014)04-0013-03