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木兰溪防洪工程淤泥筑堤施工探讨摘要福建莆田木兰溪下游防洪工程是在南方滨海淤泥软基地带进行大规模河道裁弯取直的工程,工程地质复杂,技术难度大.基于工程地质的特殊性,在实施大规模河道裁弯取直开挖新河道的过程中,如何利用新挖河道的大量淤泥质土进行筑堤、保护环境、少占耕地、节约投资、实现土方平衡成为工程建设中主要技术问题之一.文中阐述了工程建设中利用淤泥土进行堤防填筑施工的实践,总结了利用河道淤泥质土筑堤的施工经验.关键词福建木兰溪防洪工程淤泥土施工技术研究一．木兰溪防洪工程概况木兰溪发源于福建泉州戴云山脉,流经德化、永春、仙游、莆田市区,迂回于南北洋,至三江口注入兴化湾,流域面积1732km2,河长105km,平均比降15%.木兰溪上游地处山区,下游的木兰陂至三江口26km为感潮河段,受潮汐影响显著,河段河床平均比绛2%.木兰溪是福建省现有惟一流经省辖城市未设防的大河,下游河段地处滨海南北洋平原,地势平坦,河道弯曲,抗灾能力低,河道安全泄量不到1000m3/s,抗洪能力不足2年一遇,超过1000m3/s洪水即漫滩形成洪灾.下游河道蜿蜒曲折；从木兰陂至三江口河段大体分为4段:(1)木兰陂至郑坂约4·2km,河道弯曲不大,一般河宽为100m;(2)郑坂至港利约12km,该河段平面形态为单股蜿蜒型,有10处反向大弯,该段弯多、弯密、弯急,一般河宽仅70~100m,河道深6~7m,该段行洪断面小,冲淤变化大,河道演变剧烈,一旦发生流量大于1000m3/s的洪水,加上潮水顶托,就漫溢成灾,是木兰溪治理的重点河段;(3)港利至桥兜约5·5km,该段河面逐渐开阔,宽达250~300m,河道逐渐加深,一般深6~8m,最深处达14m,两岸已建有海堤防护,水位受洪潮交替影响;(4)桥兜至三江口约4·3km,该河段河面宽敞,约300m,河道深7~10m,最深达19m,两岸也已建有海堤防护,水位主要受潮位控制.1957年开始规划治理木兰溪下游,经多次研究论证、分析比较,最后确定裁弯取直河道两岸筑堤的治理方案.根据木兰溪防洪工程规划设计,工程范围为濑溪至三江口河段；分四期实施:一期工程黄厝至港利,原河道长8·7km,改河后河长3·6km,投资1·93亿元;二期工程木兰陂至黄厝,原河道长7·3km,改河后河长5·1km,投资3·8亿元;三期工程港利至三江口,河道长9·8km,投资1·4亿元;四期工程濑溪至木兰陂,河道长7·2km,投资1·6亿元.（现为华林段，投资4亿以上，2014年动工，在建设中。）一期工程于2000年开工建设,2003年底全部完工,并通过验收.接下来还有华亭段·白塘段·江东水闸·宁海大闸待开工建设。另仙游段（仙榜段·盖尾段）也在建设中。二．工程地质状况工程区地表均为全新统的长乐组海积!冲洪积层所覆盖,残积层(基岩)之上总沉积厚度最大约23m.由于受海潮和河水携带物质的差异及地壳升降等因素的影响,沉积物中层次多,夹有众多的小薄层互层或透境体,砂中含泥量多,淤泥中常含有砂,是海陆交互相和滨海相沉积物的主要特点.地质条件自上而下依次为以下几层：(1)耕植土层:褐色,组成为粘土,粉质粘土夹植物根系等,厚约0·2~0·6m.(2)粘土层(粉质粘土、粘质粉土):褐色、坚可塑~可塑,主要成份为粘粒,也可见铁锰质结核,厚约1·5~3·0m,一般约2·0m左右,标贯约2~6击.(3)淤泥质土∀:灰色,软塑~流塑,主要由粘粒组成,含少量有机质,含水量约35%,局部地带可有两层,厚0·5~4·7m,或夹在淤泥∀之下,或夹粉细砂薄层.(4)淤泥∀:灰色、流塑,主要成份由粘粒组成,含少量有机质,偶见贝壳,底部含少量细砂,厚约4·4~9·5m.含水量约为50%~70%.(5)含泥中、细砂:浅灰色,饱和,松散,粒度较均匀,以石英为主,含泥量约占10%,最大可达25%,厚约0·3~4·6m,最厚达10·7m,标贯约5~10击.呈透镜状或楔形状,局部含卵石.(6)淤泥夹砂:褐色,饱和,松~稍密,级配良好,砂粒均为中、细砂.为互层状,层厚0·5~2cm,系为海陆交互沉积形成,厚约0·5~4·5m,呈透镜状.(7)淤泥:局部地段与上部淤泥之间有一层厚约0·3~4·0m的含泥中、细砂层,灰色,流塑,偶见贝壳,厚约0~6m.含水量约为68%,常呈透镜状.(8)淤泥质土(2):深灰色,饱和,流塑~软塑,主要由粘粉粒组成,其中常夹有薄层、微层的细中砂、粉细砂,厚度0·2~6·1m,含水量约40%~45%.(9)砂卵石层:黄褐色、褐色,稍密,饱和,卵石岩性主要为弱风化凝灰熔岩,粒径一般为2~5cm,粒间充填中粗砂及少量粘土,厚约6~12m,随原始地形坡度起伏.(10)残积土层:位于砂卵石层之下,为基底母岩的全风化土,标贯击数大于13.淤泥质土∀和淤泥∀是构成新河开挖边坡的主要土层;含泥中、细砂,淤泥夹砂层为新开河道底面的最主要土层;淤泥、淤泥质土在河底之下,主要影响堤的压缩沉降.三.淤泥筑堤施工技术问题的提出一期工程是木兰溪下游河道治理的关键工程,其中新挖河段2044m,旧河道整治段1556m,左岸新建防洪堤3569m、右岸3922m新建排涝涵闸3座,改造1座.新河道开挖土方约126万m3,旧河整治切滩土方约35万m3,工程总开挖土方约161万m3,其中:淤泥质土达120万m3以上;河道开挖过程中产生的淤泥质土具有高含水率、高压缩性、低强度、高灵敏度等特点,根据&堤防施工规范∋要求,淤泥不宜用于筑堤,如果开挖中产生的淤泥不能利用,就需要征用土地133多hm2进行外弃堆放.为少占用耕地,减少对周边生态环境的影响,经比较设计选用土堤型式,提出利用河道开挖中产生的淤泥质土,经过必要的技术处理后用于堤防填筑.四.淤泥、淤泥质土筑堤施工技术措施及其工艺设计单位对地基条件较差的堤段采用堤基打设塑料排水带、表层铺中粗砂垫层和加筋土工布加强堤基地基处理以提高地基固结,增强堤身的整体性等一系列综合技术措施.因此,研究和控制淤泥施工成为工程建设的关键技术之一.主要施工技术措施如下：1主河槽开挖分区分段分层；主河槽土方采用跳跃式和分层开挖,分类利用填筑堤防.堤防设计根据主河槽地质条件和可利用防渗体填筑土方量,将防洪堤断面分为防渗体和堤身两大部分.为满足软化淤泥地带的开挖施工和土方分类利用,经反复论证试验,最后确定采用基坑排水降低地下水位、跳跃式和分层开挖措施,即工程设立4个抽水泵站,每个泵站配置2台强力式(12英寸)15kW抽水机,每个泵站抽水量约1600m3/d,从河槽轴线开挖一条深至设计高程的集水沟进入泵站的集水坑,然后抽至场外原有河沟排出.根据河槽地貌投入PC-200挖掘机5台,佳友200长臂反铲3台,D85推土机6台,80型东方红推土机3台,59kW推土机2台,东风IQ-140自卸汽车30台,20t斯太尔4部,小型翻斗车18台;采用跳跃式和分层开挖,所谓跳跃式即垂直于轴线每6m为一个开挖段,每个开挖段自河道轴线至边坡顶线止,开挖一个6m段,预留一个6m段能保持在原地面运土,每个开挖段分三层开挖,第一层0~1�5m,土质为粘土,开挖后直接运上土堤防渗体填筑,第二层1·5~4m,第三层开挖至保护层面,第三层开挖采用接力法,挖掘机停放在第三层面上,后退开挖把土方传给停放于预留6m段地面上(即原地面),然后装车运上土堤内层及临时堆土区填筑.由于地质软弱,停放于第三层面上的挖掘机采用12mm厚的钢板垫链或采用第一层干土换填第三层表面,确保施工安全.完成以上若干个6m段开挖后回头开挖预留的6m段,从河轴线处往顶坡线后退开挖,同样分层开挖和采用接力法,这样既确保淤泥开挖安全又有利于土质分类利用.2堤防分区分层填筑；根据土堤填筑分区标准断面图∋设计要求,结合现场实际,堤身填筑以堤前第一层开始,即在砂垫层边线堤前坡脚部分防渗槽先填筑粘土层30cm,按压实度不小于0·92碾压密实,第二层在上部继续分层填筑加厚30cm并按压实度不小于0·92碾压密实,直至将加筋土工布锚固,然后汽车尚可垂直堤轴线方向卸料,铺筑首层粘土,用小型80型东风红推土机把土料往堤轴线内坡脚方向慢慢推铺(注意不损坏土工布).首层土料铺筑厚度控制在碾压后60cm,并用推土机先往返几遍整平压实,再用12t压路机沿堤轴线平行方向振动碾压,并经检测符合压实度要求后,再填筑各层土料,每层厚度控制在30cm以内,土块粒径小于10cm,填筑时防渗体粘土与内填土料分区同步填筑碾压,防渗体压实度控制不小于0·92,内填土压实度控制不小于0·80,逐层分区检测压实度.纵向堤基高低不平,填筑时先从低处铺填至相邻层面齐平,然后按分段(或单元桩号)作业面填筑,相邻作业面均衡上升,段与段之间不可避免出现高差时,作斜面处相接,堤度采用1)3~1)5,在新层填筑前,上一层层面采用推土机履带对压光面作刨毛处理,保证层间粘结.在雨季施工时,填筑层表面保持i=0·02的横向坡度,保持表面不积水,能在停雨后的最短时间内继续施工.根据现场碾压试验,粘土用于防渗体填筑,含水率在25%左右,压实性能较差的淤泥土用于填筑堤身背水侧和堤内部或用于临时堆土区,含水率在27%左右,即用手抓一把捏紧松手不开,在离地1·2m左右，左中右沉降速率0·80的压实度要求,防渗体的干密度不小于设计要求的14·5kN/m3,堤身内填土和临时堆土区填土的干密度不小于设计要求的12kN/m3.为保证施工压实度质量要求,采用100~200m一段,严格分层填筑,就地采用59kW堆土机后装犁进行翻晾晒的办法,每3~5d翻一次,一般15~25d可达到最优含水量的效果.3实施施工安全监测,严格控制施工速率；为确保加荷与地基强度增长相适应,及时准确掌握地基是否处于临界强度工作状态,本工程按地基状况布置了16个监测断面,300m堤段布设一个,地质较差的堤段断面间距约150m,适时进行堤基地面沉降、堤脚边桩位移、堤基深层分层沉降、开挖边坡测斜、堤身孔隙水压力和工程区地下水位等项目监测,以沉降、位移、孔隙水压力等施工监测成果严格控制堆土加载速率,及时分析异常状态,发布警报,沉降量控制在不大于20mm/d,堤基无排水带的沉降量控制在不大于10mm/d,边桩水平位移控制在不大于5mm/d,监测的频度按沉降变化具体情况确定,初始每日一次,特殊断面每日两次,加载中、后期沉降变化较小,3~7d一次.5效果分析；通过监测复核,本工程完成断面填筑后约5~6个月,孔隙水压力基本消失,位移、沉陷趋于稳定.原位测试室内试验从现场监测、原位抗渗试验表明,淤泥通过分区分段分层开挖利用,分区、分层填筑、严格控制施工速率等施工措施后,可用于填筑防洪堤、堤防是能满足设计要求的,同时还可为工程节省投资.五结语木兰溪防洪工程是福建省重点工程,中央国债项目,是在软基上进行大规模河道裁弯取直工程,全国不多,福建首例,工程地质复杂,技术难度大.在实施大规模河道截弯取直,开挖新河道过程中为最大限度地减少弃土弃渣对周边环境的污染,通过施工技术工艺的研究,将淤泥质土用于填筑防洪堤,消纳了大量淤泥质土,百万方的淤泥质土实现土方平衡,节省投资.经过设计、施工、监理、监测等参建单位的共同努力,木兰溪改河段新河道开挖堤防填筑已顺利通过验收,经济效益和环境效益十分显著.参考文献