杨庄闸塘土方开挖及降排水方案报监理.doc

船闸主体土方开挖施工方案一、 工程概况1.1概述船闸主体工程建设规模为232304m，上、下闸首平面尺寸分别为41.622.6m、41.630.5m，闸室平面尺寸为 23023m，上、下闸首开挖底高程分别为-1.66m、-0.35m，闸室底标高为0.65m，本次基坑开挖范围为上、下闸首、闸室主体范围内的土方开挖，设计采用天然放坡大开挖方式。开挖土方量约42万m3。工程主体位于现有麦田地为主的耕地上，两边包括部分拆迁民房，下游停泊锚地区有一大片树林，工程施工前需要清除现有耕地、拆迁民房以及砍伐树林，并保持干地一段时间才能进行大范围土方开挖，对工程前期施工进度影响较大。基坑开挖平面布置见图1.1.基坑开挖剖面图见图1.2、图1.31.2水文地质情况1.2.1、气候条件淮安市属的亚热带季风气候，受季风环流影响，四季分明，温暖湿润，气候年际变化显著。雨量充沛，区域年均降雨量为950毫米，主要集中在夏秋两季。多年最大月降雨量为255毫米。1.2.2、基坑土质及评价拟建船闸位于京杭运河与盐河交汇处的杨庄，并与淮安大桥邻近交叉，工作区域上属河湖平原地貌，除河流及沟渠外，其余地形、地势均较平坦。工程所属区域范围内基本上为耕地、民房和树林。基坑坐落在：素填土层、粘土层、（淤泥质）粉质粘土层软粉质粘土层以及粉土层上。场区地层总体上分布较为稳定，按照其分布、厚度、埋深以及工程特性，土层工程地质性质可划分为差、一般、稍好、较好四个等级，各主要土层评价如下： 1b层 素填土：棕黄色灰黄色，表层以粉质粘土为只要成分，中下部以粉土为主，结构性较差，含有植物根系和少量砖块碎石。局部地段填土较厚，达7.8m。 1-1层 粉质粘土、粘土：灰黄色，可塑状态，中等偏高压缩性，局部夹有粉土薄层。层顶面埋深为1.08.2m，层厚0.76.0m，断续分布。1-2层（淤泥质）粉质粘土：灰黄色，灰色，软塑流塑状态，高孔隙比，高压缩性，局部夹有粉土薄层，土质较差，土性欠均匀。埋深较浅，厚度不大，间断零星分布。 1-3层 粉土：灰黄色，饱和，稍密状态，结构松散，夹有多层粉质粘土薄层，局部较厚，土质较差，标贯击数低。全线连续分布，层顶面埋深1.013.2m，厚度不均，大多为0.59.6m。为古黄河黄泛时期主要沉积层，沉积时代较新。1-3a层 （淤泥质）粉质粘土：灰黄色，可塑状态，局部软可塑，中等偏高压缩性，局部分布，粉性较重。呈透镜体状分布于1-3层粉土中，分布范围较小1-4层 软粉质粘土：灰黄色，软塑为主，中等偏高压缩性，局部夹有粉土薄层。局部零星分布。2-1层 粘土 灰黄色，可塑状态，中等压缩性，层间夹有粉土、粉砂透镜。全线连续分布，层顶面埋深5.016.8m,层厚0.68.5m。2-2层（淤泥质）粉质粘土、粘土 灰色，黄灰色；流塑，局部软塑，高含水量、高孔隙比、高塑性、高压缩性、低强度。为主要软土层。主要在闸室和下游引航道连续分布，层顶面埋深7.921.9m，厚度0.711.4m。其他地段局部分布，且埋藏较深。2-3层 粉砂 局部为粉土，灰黄色，稍密中密状态，上部结构松散，局部夹有少量粉质粘土薄层，分选性较差，主要矿物成分为石英和长石。全线连续分布，层顶面埋深9.024.3m，层厚0.57.0m，厚度变化较大。2-4层 细砂 局部为粉砂，灰黄色，中密为主，局部密实状态，分选性中等偏差，主要矿物成分为石英和长石。闸室和下游引航道连续分布，层顶面埋深14.420.4m,层厚0.73.0m。基坑开挖深度10m15m之间，其中船闸主体基坑底埋深为13m15m之间（上、下闸首开挖底高程分别为-1.66、-0.25m，闸室开挖底高程为0.65m）。基坑中上部主要由素填土、粉土及粉质粘土组成，其中有部分为软塑流流塑状态的（淤泥质）粉质粘土层，其中1-3粉土层，由于渗流水动力作用及开挖时施工扰动的影响，可能产生滑塌和渗透变形。1.2.3、水文地质条件闸室区地下水主要为孔隙潜水，含水层土性为全新统黄泛沉积的冲洪积相粉土层，该水层近地表分布，厚度410m，期间夹有粉质粘土薄层，粉质粘土夹层不连续。上部多数范围内分布1-1层粘土层，下部隔水层为全新统2-1层粘土层。依据初步设计阶段勘察本区域上游（以一线船闸为上下游分界）地下水潜水水位埋深为0.81.5m，标高12-13m。下游地下水潜水水位埋深1.5-2.5m，标高10-11m左右。上下游水位落差2m。勘察期间盐河上游水位标高12.0m，下游水位标高9m。说明地下水水位与地表水水力联系密切，上游地表水水位与地下水水位基本齐平，下游则地下水水位高于地表水，地下水出渗地表水。表2-1 各土层物理力学性能指标一览表岩土层号天然含水率 W(%) （g/cm3）天然空隙比e液性指数IL压缩 系数a1-2 （MPa-1）压缩模量Es1-2 （MPa）快剪固结快剪承载力特征值垂直渗透系数cm/s内粘聚力C （Kpa）内摩擦角（0）内粘聚力C （Kpa）内摩擦角（0）1b素填土26.81.890.820.630.355.01901-1粘土31.91.890.910.450.464.3225.59.323.915.81001-3粉土27.91.910.810.760.258.8910.226.96.127.41102.0E-041-4软粉质粘土35.21.870.960.930.523.9520.09.116.09.61002.4E-052-1粘土31.21.890.890.510.434.4914.19.813.710.41302.4E-062-2淤泥质粉质粘土38.21.801.071.120.722.6810.06.913.711.3804.5E-062-3粉土29.31.900.850.910.424.816.528.85.328.31308.0E-03 图1.1 船闸主体开挖平面布置图 图1.2 船闸主体开挖纵剖面图 图1.3：闸塘土方开挖横向断面图（单位：m）二、开挖区域划分根据现场施工条件情况及今后施工总体计划安排，拟将基坑开挖大体上先后顺序划分为上闸首开挖、闸室开挖和下闸首开挖三块区域，并将选用下闸首开挖作为试验段，确定相关参数后随即展开大面积开挖，原设计开挖坡度为1：3，现场施工按边坡稳定计算（见4.4基坑边坡稳定验算分析）采用1：2边坡进行大开挖。同时在标高+5.0m处设置5m宽平台，其中闸室区域为了主体施工物资运输方便，闸室+5.0m处平台设置成8m宽。三、土方开挖施工流程其工艺流程如图3.1所示。测量放样场地清理场地平整到12.5m开挖至设计标高以上25cm人工挖除25cm保护层土方至设计标高基坑边坡监控、降排水开挖第一级土方到5.0m施工便道修筑和边坡修整图3.1 土方开挖工艺流程图四、施工方法4.1施工准备开挖前应做好以下准备工作：（1）施工前对施工区域内的地形、地貌、道路等情况进行全面了解，清除各类障碍物、垃圾等，初步平整场地，进行施工现场布置。（2）测量放样，准确定出基坑中心线、开挖边线及堆土区的位置，并用石灰线和标杆作出醒目标志。（3）在开挖边坡和受开挖影响的高压铁塔处设置沉降位移观测点，用全站仪加强观测。（4）合理布置土方运输车辆的行车路线，修筑基坑道路、运输道路、临时堆土场道，创造好的运输条件。（5）在施工区域内设置排水沟、截水沟，疏通并排除地表水，使施工场地无积水，阻止雨水顺坡流入基坑。基坑顶部边缘外1.5m处砌筑一顶宽1m，底宽0.6m，高（深） 0.6m的排水沟，每隔50米设置一集水坑，作为坑内积水集中排水处，用水泵将水排向基坑外。在每级平台坡脚处布置截水沟，基坑底四周再开挖设置一条宽0.5m，高（深）0.5m的排水沟，每隔50米设置一集水坑，同时在软土层上采用铺设土工布、袋装土压坡防护。4.2土方开挖方法施工前，先将闸塘区地坪标高进行平整，将开挖线以内的地坪标高削低1m左右，将地表的植物及表层的部分素耕土挖除，场地清理完成后，规划进行施工便道的修筑。4.2.1、试验段开挖试验段的开挖，目的对本工程的整体开挖进行探索试验，以便确定开挖的有关参数等情况，其开挖方法采用分层开挖，见“试验段分级开挖断面图”。4.2.1.1试验区开挖：试验段开挖范围：长106m宽93m，平面位置见图图4.2.1-1。4.2.1-1试验段平面位置图拟在试验段设置4个点同时进行开挖，在南北方向各布置2台PC200挖掘机，东西方向各布置1台PC320挖掘机，并修筑临时便道与主道连接，每台挖掘机配置6辆5t的运泥车。现场配置一台PC120的小型挖掘机进行边坡修整。开挖顺序从中间向两边进行，汽车直接装运，沿已施工后的临时道路行走，开挖过程中，如果汽车行走困难的话，再考虑适当铺垫钢板。分两级向下开挖(分层开挖详见图4.2.2-23)。施工时，先用推土机对原地面进行降土，当地面整平至+12.5m时，开始进行临时便道修筑，临时便道分别从下导航墙中心通向闸塘位置；第一级按1:2放坡到+5m，并设置宽5米宽的平台，由于此层恰好有约4m后的1-3粉土层，渗透系数较大，拟在坡脚位置设置一条宽0.5m，高 0.5m的排水沟，并每隔50m设置集水井一处，及时将渗透出的水抽排出基坑。平台以下土质较好，位于2-3层粉土（砂）中，该层为承压水，所以拟根据现场开挖情况在+5m平台四周设置降水深井。一直开挖至设计基底标高以上25cm，设计基底标高以上25cm保护层土方在封底前采用人工跟进突击挖除，第二级开挖坡比按1:2控制，基底两侧各留1米工作平台，在挖土过程中始终保持地下水位在基坑面以下0.50m。开挖后的边坡用土工布或植草皮等方法进行边坡防护。4.2.1.2边坡监测土方开挖过程必须做好排水工作，以及边坡观测管理工作，一但发现监测数据异常或开挖面有裂缝的异常情况出现，根据现场发生情况的程度判断，迅速采取撤离施工人员、施工设备或坡顶卸载等措施，经过2-3天的观测，如果发现现场情况变好，才继续开挖，否则，视现场情况还须要进一步采取施工木桩和增加井点等排水措施。参考类似工程深基坑监测警戒值 表-6监测项目监测警戒值深层侧向位移（测斜）日变量5mm， 累积变量100mm围护墙顶水平位移日变量5mm， 累积变量100mm围护墙顶垂直位移日变量10mm，累积变量200mm基坑外地下水位日变量300mm，累积变量1000mm4.2.1.3工效分析开挖土方量约10.6万m3，考虑6台反铲同时开挖，每台反铲配6台汽车，每天完成产量4320m3，实际时间需要25天，考虑下雨等影响，考虑1.2的富余系数，约需25*1.2=30天（1个月）完成。临时道路做法详见图4.2.2-4、5。4.2.2上闸首、闸室开挖闸体主基坑按照“放坡开挖+深井降排水+明沟降排水”的总体方案，闸体基坑土方开挖采用1.0m反铲挖掘机挖、5t自卸汽车运输的工艺分层开挖，纵向方向开挖深槽，横向方向分块开挖的方法。先挖下闸首试验段基坑中部的土方，然后向两侧边坡推进，开挖施工设备布置在基坑的两侧作业。即根据闸塘深度与土质情况,并经土坡稳定计算确定：分两级向下开挖，第一级按1:2放坡到+5m，并设置宽5米宽的平台，由于此层恰好有约4m厚的1-3粉土层，渗透系数较大，拟在坡脚位置设置一条宽0.5m，高0.5m的排水沟，并每隔50m设置集水井一处，及时将渗透出的水抽排出基坑。平台以下土质较好，闸室、闸首部分基础位于2-3层粉土（砂）中，该层为承压水，所以拟根据现场开挖情况在+5m平台四周设置井点降水。一直开挖至设计基底标高以上25cm，设计基底标高以上25cm保护层土方在封底前采用人工跟进突击挖除，第二级开挖坡比按1:2控制，基底两侧各留1米工作平台，在挖土过程中始终保持地下水位在基坑面以下0.50m。根据水文地质资料，闸塘开挖的土方中软弱层为 1-2层、1-4层、2-2层，其中1-2层、1-4层两层分布很少，基本为夹层，2-2层只在基坑底部有部分涉及，所以整个开挖面土质情况均较好。当地面整平至+12.5m时，开始进行临时便道修筑，临时便道分别从上、下导航墙中心及闸室中间通向闸塘位置，第一级土方分三层开挖，详见图4.2.2-2、4.2.2-3：土方开挖示意图。每层土方采取铺筑钢板供车辆行走的方法，土方开挖到平台+5m后，在+5m位置将原有的施工便道翻修至挖掘面，并开始施工排水沟，并降排水，降排水到设计深度后，继续开挖闸体的土方，此时下部主体土方进一步减少，普通反铲不能挖除的盲角，采用长臂反铲一次直接开挖到底，下闸首开挖至0.00m，闸室开挖到0.90m，上闸首开挖到-1.41，各预留25cm土体进行人工挖除的方式降低对基底的扰动。开挖时两边开挖深沟散水，保证基底不积水、不积淤泥。当开挖到基底时，再次翻修临时便道，并加厚加宽，形成闸室主体施工时的永久便道。开挖后的边坡用土工布或植草皮等方法进行边坡防护。 图4.2.2-1 闸塘分块开挖示意图图4.2.2-2：+5m平台以上土方开挖示意图4、+5m平台下分两次开挖，上、下闸首、闸室分别开挖至-1.41m、+0m、+0.95m图4.2.2-3：+5m平台下土方开挖示意图8m石渣道渣土基图4.2.2-4：临时施工便道示意图图4.2.2-5：临时施工便道施工照片4.3施工设备配置使用标准臂反铲挖泥装车，长臂反铲整理边坡， 5t轻型自卸车运土。配置设备生产能力计算分析：1）.设备参数：反铲拟用斗容1.0m3，5t轻型自卸车运土。2）. 反铲配置及装车速度：1.0m3标准臂反铲，开挖同时进行装车，每斗有效容量按0.8m3计，装车速度40秒完成1斗的装车，每4分钟完成1台车的装土（与下面所采用的汽车容积有关），因此，每台反铲每1小时可以开挖及装车15台。3）.运输汽车:采用5t轻型自卸车，相当于4m35m3,从开挖区到弃土区，平均距离按2km内计算，行速1015公里/小时，装车10分钟，往程15分钟，卸车5分钟，回程5分种，因此，每台车完成1趟运土所需时间30分钟，每天平均有效10小时计算，每天可装土106030=20次，每台车实际运土量：80 m3100 m3/每天。4）.生产效率计算：闸塘总土方量42万m3，按配备6台挖机计算，每台挖机配置6台车，可以满足挖机全效率施工，每天按10小时工作时间，每天开挖量为: 15*4.8*10*6=4320m3,挖完整个闸塘需要420000/4320=97.2天，再考虑下雨等影响，考虑1.2的富余系数，约需97.2*1.2=117天（4个月）完成。4.4基坑边坡稳定验算分析此部分计算利用理正进行验算，选上、下闸首、闸室各一个断面，计算得出任意断面边坡安全系数大于等于1.3，满足船闸水工建筑物设计规范（JTJ307-2001）中关于边坡稳定安全系数的要求。边坡稳定计算采用瑞典条分法，总应力模式计算，上、下闸首、闸室计算图形如下：上闸首基坑（顶面标高13.5m） 支护方案 -天然放坡支护- 基本信息 -规范与规程建筑基坑支护技术规程 JGJ 120-99基坑等级二级基坑侧壁重要性系数01.00基坑深度H(m)15.060放坡级数 3超载个数 0- 放坡信息 -坡号台宽(m)坡高(m)坡度系数112.0002.0001.50025.0006.0002.00030.0007.0602.000- 土层信息 -土层数 6坑内加固土 否内侧降水最终深度(m)15.500外侧水位深度(m)2.000- 土层参数 -层号土类名称层厚重度浮重度粘聚力内摩擦角粘聚力内摩擦角 (m)(kN/m3)(kN/m3)(kPa)(度)水下(kPa)水下(度)1素填土2.2019.19.011.6015.8011.6010.002粘性土2.8019.09.025.5015.8025.5015.803粉土3.1019.49.510.003.0010.0027.404粘性土7.2019.09.025.5026.9014.1010.405粉砂2.5019.39.06.1026.906.1028.806粘性土10.0019.79.0-13.709.80- 基坑外侧花管参数 -基坑外侧花管排数1序横向间距纵向间距入射角钻孔直径有效长度发挥抗拉力号(m)(m)()(mm)(m)系数(kN)10.5001.00090.01005.0001.000100.000- 设计结果 - 整体稳定验算 -天然放坡计算条件: 计算方法：瑞典条分法应力状态：总应力法基坑底面以下的截止计算深度: 0.00m基坑底面以下滑裂面搜索步长: 5.00m条分法中的土条宽度: 1.00m天然放坡计算结果: 道号整体稳定半径圆心坐标圆心坐标 安全系数R(m)Xc(m)Yc(m)12.7564.82244.13417.774218.8187.82638.35616.042324.8477.82237.96415.81043.3565.85227.71615.30551.6529.50024.76314.70261.55212.89623.31715.79271.30422.44215.75015.987闸室基坑（顶面标高13.5m）- 支护方案 -天然放坡支护- 基本信息 -规范与规程建筑基坑支护技术规程 JGJ 120-99基坑等级二级基坑侧壁重要性系数01.00基坑深度H(m)12.550放坡级数 3超载个数 0- 放坡信息 -坡号台宽(m)坡高(m)坡度系数15.0002.0001.50025.0006.0002.00030.0004.5502.000- 土层信息 -土层数 6坑内加固土 否内侧降水最终深度(m)13.000外侧水位深度(m)2.000- 土层参数 -层号土类名称层厚重度浮重度粘聚力内摩擦角粘聚力内摩擦角 (m)(kN/m3)(kN/m3)(kPa)(度)水下(kPa)水下(度)1素填土2.2019.19.011.6015.8011.6010.002粘性土2.8019.09.025.5015.8025.5015.803粉土3.1019.49.510.003.0010.0027.404粘性土7.2019.09.025.5026.9014.1010.405粉砂2.5019.39.0-6.1028.806粘性土10.0019.79.0-13.709.80- 整体稳定验算 -天然放坡计算条件: 计算方法：瑞典条分法应力状态：总应力法基坑底面以下的截止计算深度: 0.00m基坑底面以下滑裂面搜索步长: 5.00m条分法中的土条宽度: 1.00m天然放坡计算结果: 道号整体稳定半径圆心坐标圆心坐标 安全系数R(m)Xc(m)Yc(m)12.7564.82232.11415.26426.20919.16428.60029.550311.4454.23529.46512.28942.8039.81128.29712.94151.58114.56922.97216.10661.46117.54020.97917.16871.32518.1959.49715.521深基坑支护设计 （顶面标高16.5m）- 支护方案 -天然放坡支护- 基本信息 -规范与规程建筑基坑支护技术规程 JGJ 120-99基坑等级二级基坑侧壁重要性系数01.00基坑深度H(m)18.060放坡级数 3超载个数 0- 放坡信息 -坡号台宽(m)坡高(m)坡度系数116.0005.0002.00025.0006.0002.00030.0007.0602.000- 土层信息 -土层数 6坑内加固土 否内侧降水最终深度(m)15.500外侧水位深度(m)2.000- 土层参数 -层号土类名称层厚重度浮重度粘聚力内摩擦角粘聚力内摩擦角 (m)(kN/m3)(kN/m3)(kPa)(度)水下(kPa)水下(度)1素填土5.2019.19.011.6015.8011.6010.002粘性土2.8019.09.025.5015.8025.5015.803粉土3.1019.49.510.003.0010.0027.404粘性土7.2019.09.025.5026.9014.1010.405粉砂2.5019.39.0-6.1028.806粘性土10.0019.79.0-13.709.80- 基坑外侧花管参数 -基坑外侧花管排数1序横向间距纵向间距入射角钻孔直径有效长度发挥抗拉力号(m)(m)()(mm)(m)系数(kN)10.5001.00090.01005.0001.000100.000- 设计结果 - 整体稳定验算 -天然放坡计算条件: 计算方法：瑞典条分法应力状态：总应力法基坑底面以下的截止计算深度: 0.00m基坑底面以下滑裂面搜索步长: 5.00m条分法中的土条宽度: 1.00m天然放坡计算结果: 道号整体稳定半径圆心坐标圆心坐标 安全系数R(m)Xc(m)Yc(m)12.7674.35955.17119.90621.48811.92749.27424.79134.10613.27643.53116.34243.04817.55039.66519.88151.6529.50024.76314.70261.55212.89623.31715.79271.322.44215.75015.9874.5不良地质预防措施4.5.1透水砂层及流沙层及管涌措施基坑开挖时，可能存在局部不良砂层地质，在一定动水条件下易产生塌方、管涌、流砂等不良地质现象。必须采取相应的预防措施，同时配以适当的坑内降水措施来确保基坑施工安全和周围环境的安全第1-3层土为粉土，饱和，稍密状态，为黄泛时期沉积形成，结构松散，土质较差，标贯击数低，开挖时受地表水和地下水动力影响容易产生滑塌和渗透变形为了保证边坡稳定及基坑的干燥施工要求，如果开挖过程发生这些情况，计划备用以下一些措施进行处理：（1）土工布过滤及砂袋反压因此，比较简单的处理措施采用土工布过滤隔离其中的细颗粒，采用砂袋反压边坡，保持其不坍塌，结果见图4.7：图4.8 透水砂层流砂处理措施1（2）打入木桩（竹）、木板抗滑如果局部流砂层或者流塑性淤泥较厚的话（超过2米），单靠土工布加砂袋反压保证边坡稳定，可能会不足以稳定，此时可考虑采用在坡脚处打入木桩（竹）、木板等以增加抗滑能力，见图4.8：图4.9 透水砂层流砂处理措施24.5.2 开挖过程监测土方开挖过程必须做好降排水以及边坡观测管理工作，一但发现监测数据异常或开挖面有裂缝的异常情况出现，根据现场发生情况的程度判断，迅速采取撤离施工人员、施工设备或坡顶卸载等措施，经过2-3天的观测，如果发现现场情况变好，才继续开挖，否则，视现场情况还须要进一步采取施工木桩和增加井点等排水措施。参考类似工程深基坑监测警戒值 表4-10监测项目监测警戒值深层侧向位移（测斜）日变量5mm， 累积变量100mm围护墙顶水平位移日变量5mm， 累积变量100mm围护墙顶垂直位移日变量10mm，累积变量200mm基坑外地下水位日变量300mm，累积变量1000mm4.5.3 抢险物资和设备成立闸塘土方开挖应急小组，负责日常基坑维护巡视和预警机制，一旦出现异常，立即动员抢救措施。救援车辆和应急物资由项目部物资部和综合部负责。 表4-11 抢险物资和设备设备名称型号规格数量（）砂包袋只5000木桩根800现场备用车吉普车1履带挖掘机PC200/2206排水泵3KW10排水泵7.5KW6泥浆泵15KW2五、弃土和土方周转本工程土方开挖量约为42万m，回填土方约19.5万m，详见下表：土方平衡调配表表7-3：盐河航道整治工程杨庄船闸闸塘土方平衡表 序号部位开挖回填围堰方外调土方合计备注水上水下合计墙