陳順治 唐 壹

中交二航局第一工程有限公司

1 引言

港池干開(kāi)挖施工工藝是將大部分疏浚所需進(jìn)行工作轉(zhuǎn)換成干開(kāi)挖這種低成本高效率的方式來(lái)完成，可實(shí)現(xiàn)成本和工期的優(yōu)化。本文以某集裝箱碼頭項(xiàng)目的成功實(shí)施為例，詳細(xì)介紹了臨海深大基坑降水干開(kāi)挖港池的施工工藝及技術(shù)要點(diǎn)，為類(lèi)似項(xiàng)目提供參考。

2 工程概況

碼頭港池設(shè)計(jì)長(zhǎng)1350m，頂部寬325m，底部寬250m，頂部標(biāo)高+3.5m，底部標(biāo)高-17m，港池北側(cè)是地連墻碼頭，地下連續(xù)墻埋深32.5m（底標(biāo)高-29.0m），開(kāi)挖深度20.5m，干開(kāi)挖總方量約600余萬(wàn)方。港池開(kāi)挖平面圖及臨海側(cè)圍堰截面圖如圖1、圖2。

圖1 港池開(kāi)挖平面圖

圖2 臨海側(cè)圍堰截面圖

3 工程地質(zhì)情況

港池地質(zhì)大體分為3層：

（1）港池0m～1350m區(qū)域標(biāo)高+3.5m～+1m為粉細(xì)砂層或砂夾泥層，為松散地層，砂質(zhì)粉土或粘質(zhì)粉土夾有少量細(xì)砂，厚度不等。

（2）港池0m～1350m區(qū)域標(biāo)高+1m～-8.5m為較密實(shí)的粉細(xì)砂層，粉沙或砂礫，非常密實(shí)，厚度不等，中間偶爾會(huì)遇到1m～2m厚的黏土層，粉質(zhì)黏土夾有少量的細(xì)沙，厚度不等。

（3）港池0m～700m區(qū)域標(biāo)高-8.5m～-43.5m為較為密實(shí)的砂卵石層，非常密實(shí)，砂卵石，少量粉土填充，中間-10m～-16m標(biāo)高有1～4m厚的粉質(zhì)黏土層。

（4）港池700m～1350m 區(qū)域標(biāo)高-8.5m～-43.5m 為較為密實(shí)的砂卵石層，非常密實(shí)，砂卵石，少量粉土充填。

4 氣候及水文情況

項(xiàng)目地處紅海邊上，全年干旱少雨，年降水量約為22.8mm，該地區(qū)盛行北風(fēng)和西北風(fēng)，最大風(fēng)速約為16m/s。最高天文潮位+2.20m，最低天文潮位-0.10m，平均水位+1.1m。

5 港池開(kāi)挖設(shè)計(jì)

5.1 開(kāi)挖區(qū)域及分層劃分

結(jié)合港池四周降水井施工計(jì)劃將干開(kāi)挖施工劃分成四個(gè)區(qū)域M1（0m～300m），M2（300m～600m），M3（600m～900m），M4（900m～1350m），其中在M1和M2設(shè)置兩道圍堰作為阻水和降水平臺(tái)。港池開(kāi)挖完成后，繼續(xù)M2區(qū)域第二道圍堰開(kāi)挖，第一道圍堰最后疏浚（如圖3）。

圖3 港池開(kāi)挖區(qū)域劃分圖

每區(qū)分級(jí)降水、分層開(kāi)挖，開(kāi)挖前先將水位將至開(kāi)挖層底標(biāo)高以下。港池靠近地連墻區(qū)域預(yù)留30m 保護(hù)區(qū)，待前墻和錨墻施工完成后墻后開(kāi)挖標(biāo)高控制在+0.0m，先施工拉桿再施工胸墻，胸墻施工完成后將30m 保護(hù)區(qū)采用干開(kāi)挖挖至-17.0m（如圖4）。

圖4 港池分層降水開(kāi)挖斷面圖

5.2 不同地層開(kāi)挖方式

對(duì)于不同地層特性設(shè)計(jì)挖機(jī)開(kāi)挖方式以減少修筑道路的影響和提升開(kāi)挖效率。不同地層開(kāi)挖方式如圖5。

5.2.1 粉質(zhì)黏土夾砂卵石層開(kāi)挖。

對(duì)于粉質(zhì)黏土層夾砂卵石層，由于粉質(zhì)黏土層不適合修筑自卸車(chē)道路，選擇自卸車(chē)道路修筑在砂卵石層層上，挖機(jī)可正鏟或反鏟開(kāi)挖進(jìn)行裝車(chē)，前期由于降水的影響，自卸車(chē)只能位于挖機(jī)后方，挖機(jī)倒退的方式開(kāi)挖上料。降水完成后最優(yōu)方式是自卸車(chē)在挖機(jī)前方，挖機(jī)反鏟開(kāi)挖上料。

5.2.2 粉質(zhì)黏土層開(kāi)挖

主要分布在M1和M2區(qū)域（CH0～700m），粉質(zhì)黏土層較厚且不適合修筑道路，所以此區(qū)域開(kāi)挖將一個(gè)斷面5m～7m高度整體開(kāi)挖，挖機(jī)先修筑一個(gè)3m 左右高臺(tái)階，對(duì)于臺(tái)階和后側(cè)的土進(jìn)行同時(shí)向后退方向開(kāi)挖，自卸車(chē)道路位于底部的砂卵石層上。

5.2.3 砂卵石層開(kāi)挖

對(duì)于砂卵石層開(kāi)挖，比較適合道路修筑，最優(yōu)方式是反鏟開(kāi)挖，自卸車(chē)在挖機(jī)前方上料。

圖5 不同地層開(kāi)挖方式

5.3 邊坡設(shè)計(jì)

每層開(kāi)挖邊坡需按設(shè)計(jì)坡比開(kāi)挖到位，港池南側(cè)和西側(cè)-1.5m以上位置是小于1：5坡比的自然散坡護(hù)岸，-1.5m以下是柔性沙坡，坡比為1：2.5，兩道圍堰設(shè)置1：2坡比開(kāi)挖，地連墻保護(hù)土體按1：3坡比開(kāi)挖（如圖6、圖7）。

圖6 港池開(kāi)挖邊坡設(shè)計(jì)

圖7 港池開(kāi)挖邊坡設(shè)計(jì)

5.4 道路設(shè)計(jì)

5.4.1 道路布置原則

結(jié)合地形主干道盡量寬，厚路基減少維護(hù)，循環(huán)路增加通行效率。

5.4.2 道路布置說(shuō)明

將在M1和M2，M3，M4區(qū)分別布設(shè)施工道路，做到互不影響。港池外的主道路寬度設(shè)計(jì)15m寬，雙向兩車(chē)道，進(jìn)入港池內(nèi)的道路設(shè)計(jì)寬8m。港池內(nèi)根據(jù)分區(qū)分段情況布設(shè)支路向池內(nèi)主道路輻射，形成循環(huán)路。隨開(kāi)挖層加深道路按1：10 放坡修筑（如圖8）。

圖8 道路平面布置圖

5.4.3 道路修筑維護(hù)說(shuō)明

港池外主干道主要位于港池四周和去棄土區(qū)的道路，需要在松散的沙漠狀原地面上修筑，道路設(shè)計(jì)15m 寬，雙向兩車(chē)道，路基厚度50cm，采用30mm～60mm級(jí)配碎石和馬兒土修筑，5%～10%含水率，鏟車(chē)攤鋪，壓路機(jī)壓實(shí)，壓實(shí)后灑水養(yǎng)護(hù)，經(jīng)過(guò)太陽(yáng)暴曬后，道路具有較好的承載力，能滿(mǎn)足后八輪自卸車(chē)載重承載力要求，道路中間放置空油桶作為中央隔離帶，道路外側(cè)邊緣用原狀土堆成邊坡防止自卸車(chē)沖出道路外側(cè)。

港池內(nèi)開(kāi)挖道路主要采用開(kāi)挖的原狀砂卵石土進(jìn)行修筑，寬度8m，雙向單車(chē)道，路基厚度50cm，黏土層上路基厚度1m，道路兩側(cè)使用原狀土堆防護(hù)，防止自卸車(chē)沖出道路。

開(kāi)挖過(guò)程中始終安排設(shè)備進(jìn)行道路的維護(hù)，每天換班后對(duì)道路進(jìn)行灑水，所有道路交叉路口設(shè)置旗手進(jìn)行車(chē)輛指揮。

5.5 設(shè)備配置

以高峰期土方最大開(kāi)挖量為6 萬(wàn)方/天示例，設(shè)備考慮兩個(gè)臺(tái)班，每個(gè)臺(tái)班10小時(shí)。

5.5.1 挖掘機(jī)配備

挖掘機(jī)生產(chǎn)效率按下式計(jì)算：

式中：

q——斗容量，取1.2m3；

K充——鏟斗充盈系數(shù)，取0.90；

K松——土的可松系數(shù)，松散土層取0.90，黏土層取0.8，砂卵石層取0.70；

K時(shí)——時(shí)間利用系數(shù)，取0.75；

T——挖掘機(jī)工作循環(huán)時(shí)間，松散土層取15S，黏土層取16S，砂卵石層取17s。

則一臺(tái)1.2m3的挖掘機(jī)每小時(shí)的生產(chǎn)率為：

①松散土層。

每天按1臺(tái)班10小時(shí)計(jì)，兩個(gè)臺(tái)班20小時(shí)

挖機(jī)數(shù)量：N=60000÷3480.4=18臺(tái)，則取18臺(tái)1.2m3的單斗反鏟挖掘機(jī)進(jìn)行土方開(kāi)挖。

②黏土層。

每天按1臺(tái)班10小時(shí)計(jì)，兩個(gè)臺(tái)班20小時(shí)。

挖機(jī)數(shù)量：N=60000÷2916=21臺(tái)，則需21臺(tái)挖機(jī)。

③砂卵石層。

每天按1臺(tái)班10小時(shí)計(jì)，兩個(gè)臺(tái)班20小時(shí)。

挖機(jī)數(shù)量：N=60000÷2401.4=25臺(tái)，則需25臺(tái)挖機(jī)。

5.5.2 自卸車(chē)的配備：

自卸車(chē)考慮兩個(gè)臺(tái)班，每個(gè)臺(tái)班10小時(shí)。

自卸車(chē)生產(chǎn)率P裝可按下式計(jì)算：

式中：

V——車(chē)箱堆裝容量，按平均15m3計(jì)；

T——工作循環(huán)時(shí)間，內(nèi)棄土區(qū)運(yùn)距按平均3km 計(jì)算，取22min；

K松——時(shí)間利用系數(shù)，取0.75；

則自卸車(chē)生產(chǎn)率P裝=15×60×0.75÷22=30.68（m3/h）

每天運(yùn)土量：P=10×2×30.68=613.6 m3/d

則每臺(tái)挖掘機(jī)應(yīng)配套的自卸車(chē)數(shù)量為：

①松散土層。

總共須要自卸車(chē)數(shù)量為：

若T——工作循環(huán)時(shí)間，外部棄土區(qū)運(yùn)距按平均25km計(jì)算，取55分鐘計(jì)算，則需要配備自卸車(chē)：N車(chē)=14輛?？偣残枰孕盾?chē)數(shù)量為：N車(chē)=18×14=252輛。

②黏土層。

N車(chē)=P挖÷P裝=145.8÷30.68=4.75 臺(tái)?？偣岔氁孕盾?chē)數(shù)量為：N車(chē)=21×4.75=100輛。

若T——取55分鐘計(jì)算，則需配備自卸車(chē)：N車(chē)=11輛?？偣残枰孕盾?chē)數(shù)量為：N車(chē)=21×11=231輛。

③砂卵石層。

N車(chē)=P挖÷P裝=120.07÷30.68=3.91 臺(tái)?？偣岔氁孕盾?chē)數(shù)量為：N車(chē)=25×3.91=98輛。

若T——取55分鐘計(jì)算，則需配備自卸車(chē)：N車(chē)=9.5輛。總共需要自卸車(chē)數(shù)量為：N車(chē)=25×9.5=238輛。

6 施工困難點(diǎn)及處理方式

港池開(kāi)挖深度超過(guò)20m，高峰期日均開(kāi)挖方量6 萬(wàn)余方，現(xiàn)場(chǎng)施工設(shè)備400 余臺(tái)，白夜交替，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)組織、交通管控難度大，風(fēng)險(xiǎn)高，主要困難點(diǎn)幾處理方式如下。

6.1 地質(zhì)影響

6.1.1 黏土層

+1m～-8.5m地層，中間偶爾會(huì)遇到1m～2m黏土層；針對(duì)黏土層的開(kāi)挖，在開(kāi)挖過(guò)程中應(yīng)避免直接開(kāi)挖到這層對(duì)下層開(kāi)挖道路修建帶來(lái)困難。具體措施如下：

黏土層對(duì)降水的影響，由于黏土層保水性較強(qiáng)，對(duì)降水的快慢有影響。當(dāng)開(kāi)挖至黏土層表面含水較多則開(kāi)挖表面排水溝，把表面未滲透的水引導(dǎo)集中明排水。

對(duì)于黏土層對(duì)施工道路的影響則分以下幾點(diǎn)。

（1）若黏土層每層開(kāi)挖的中間層，則直接挖到黏土層以下。

（2）若黏土層在開(kāi)挖下一層的表面，本層開(kāi)挖不能完全挖完黏土層則本層開(kāi)挖的時(shí)候減小開(kāi)挖厚度在黏土層上方預(yù)留50cm作為下一層開(kāi)挖的施工道路。

（3）如開(kāi)挖黏土層太厚則采用挖機(jī)翻土把黏土層翻起來(lái)放在兩側(cè)，中間開(kāi)挖至砂卵石層作為施工道路。

（4）對(duì)于黏土層的開(kāi)挖，自卸車(chē)主要選擇后八輪運(yùn)土，對(duì)道路適應(yīng)性較強(qiáng)，增加運(yùn)輸安全性。

6.1.2 硬層

硬層主要出現(xiàn)在港池M1，M2區(qū)域-9m～-10m標(biāo)高位置，厚度在0.5m～1m不等。

（1）硬層對(duì)降水的影響，硬層和黏土層一樣也具有相對(duì)隔水性，屬于隔水層，在降水的時(shí)候需要打引滲井提前降水，或在挖到硬層后使用破碎錘在硬層上開(kāi)口使硬層上的水下滲。

（2）硬層對(duì)開(kāi)挖的影響主要是硬層的硬度較硬，呈板結(jié)裝，面積較大，厚度較厚，標(biāo)慣值在50以上，又不像混凝土一樣具有脆性，挖機(jī)破碎頭一鑿一個(gè)洞，并沒(méi)有破碎開(kāi)，所以使用挖機(jī)破碎頭進(jìn)行硬層破碎效率極差。當(dāng)開(kāi)挖至硬層時(shí)，使用帶松土勾的推土機(jī)破硬層，前期采用小松D355和D455進(jìn)行破硬層施工，可以破除50cm 厚的硬層，但遇到較厚硬層時(shí)破碎效果較差，出現(xiàn)履帶打滑情況，后期采用更大更重的CAT D10N 推土機(jī)，破碎效果好，可以輕松破碎1m 厚板結(jié)的卵石層大大增加了破碎效率。

6.2 交通影響

（1）主干道車(chē)流量大，與支路道路設(shè)計(jì)成循環(huán)路，增加單向通行效率，主干道和支路點(diǎn)都設(shè)置人工交通指揮點(diǎn)，指揮車(chē)輛匯入主干道避免交通擁堵。

（2）主干道易出現(xiàn)車(chē)輛超速，出現(xiàn)安全事故，主要是通過(guò)增加減速帶，道路中央設(shè)置隔離帶，控制車(chē)速不超過(guò)30km/h，增大道路車(chē)輛行駛安全性。道路兩側(cè)設(shè)置1m高沙坡，防止車(chē)輛沖出道路。

7 結(jié)語(yǔ)

（1）開(kāi)挖前需對(duì)施工區(qū)域地質(zhì)情況充分分析，有利于對(duì)開(kāi)挖方式的設(shè)計(jì)以及開(kāi)挖設(shè)備的選型。

（2）針對(duì)不同的地質(zhì)條件下進(jìn)行開(kāi)挖效率的分析，有利于設(shè)備選型以及道路布置設(shè)計(jì)。

（3）場(chǎng)內(nèi)道路布置，主干道盡量寬，路基修筑承載力滿(mǎn)足最大承載要求，避免道路維護(hù)頻繁影響道路通行，場(chǎng)內(nèi)設(shè)置循環(huán)路，單向通行提升運(yùn)輸效率。

（4）交叉道路設(shè)置交通指揮點(diǎn)，主干道需設(shè)置減速帶，道路中間設(shè)置中央隔離帶，道路兩側(cè)設(shè)置1m 高沙坡防護(hù)，增大道路行駛的安全性。