1、渠道开挖及换填施工方案 编号：南水北调中线一期工程总干渠黄河北羑河北段（中线建管局直管和代建项目）鹤壁段施工标(合同编号：NHB-工程-03/2009-004)渠道膨胀岩（土）开挖、换填施工方案（修改后）.编 制： 审 核： 批 准： 中国水利水电第十二工程局有限公司南水北调中线干线鹤壁段标施工局 2011 年 10月8日1、 概 述1.1工程概况鹤壁段第三施工标段，设计桩号为169+600175+432.8，渠段长度5.8328km 。本标段的主要建筑物有：引水渠、淇河倒虹吸退水闸、淇河倒虹吸、刘庄分水口等建筑物；穿渠建筑物有：盖族沟排水渡槽、冯岗沟排水渡槽及公路桥、生产桥等建筑物。渠道摃填
2、主要工作：渠道土方开挖、排水砂垫层及系统排水管网安装、水泥土填筑和粘性土填筑。1.2土石方主要工程量及工程完成面貌1、施工面貌情况到目前为止，现场施工面貌情况见表1.2-1。各换填段工程施工面貌表1.2-1序号换填段桩号开挖工程量量(m3)备 注设计量已开挖开挖量1169+600169+778210991167064439272170+500170+800516556116604399952快速通道公路桥(170+427.7170+587.7)3170+800171+160423356158345265011自来水管道(170+937.7)4172+896173+921125000012200
3、0030000大盖族沟水泥路(173+229.6)5173+921174+31436477535140013375铁路(174+167.7)6174+314174+904474219373166101053供热管道(174+385.7)、侯小屯公路桥(174+718.25)7174+904175+432.835381935381908合计35937162740398853318渠道174+212.8175+432.8段（1.2km），2010年1月底已经按膨胀岩（土）处理措施布置设计断面开挖完成，由于渠道地下水位超过渠底高程，安阳段膨胀岩（土）施工发生滑坡现象，通知暂停换填施工，等设计的处理方
4、案。2、渠道换填工程量渠道换填按设计共7段。具体如下：(1) 淇河南段(169+600169+778)：为粘性土换填，换填深度5.6m；(2) 快速通道段(170+500170+800)：为中膨胀土换填，水泥土全断面换填(一级马道以下)；(3) 自来水管道段(1 70+800171+160)：下部(渠底及渠底以上3.0m内)为水泥土换填，以上部分为粘性土换填，渠底扩大换填断面；(4) 大盖族沟段(172+896173+921)：下部(渠底及渠底以上3.0m内)为水泥土换填，以上部分为粘性土换填，渠底部分扩大换填断面；(5) 冯岗沟段(173+921174+314)：下部(渠底及渠底以上3.0m
5、内)为水泥土换填，以上部分为粘性土换填；(6) 侯小屯段(174+314174+904)：下部(渠底及渠底以上3.0m内)为水泥土换填，以上部分为粘性土换填；(7) 侯小屯段(174+904175+324.8)：下部(渠底及渠底以上3.0m内)为水泥土换填，以上部分为粘性土换填；渠道换填工程量见表1.2-2。渠道换填工程量表表1.2-2序号渠 段渠道长(m)换填工程量(万m3)备 注粘性土水泥土1 169+600169+7781788.82 170+500170+8003005.933 170+800171+1603601.522.834 172+896173+92110254.859.075
6、 173+921174+3143931.641.36 174+314174+9045902.531.967 174+904175+432.8528.82.261.738 合计1.3工程地质条件桩号HZ169+600HZ172+980为上粘性土为主，下膨胀泥岩双层结构段（淇河段），以挖方为主，一般挖深917m，最大挖深约19m。组成渠坡岩性上部为黄土状中粉质壤土（alplQ2 3）和重粉质壤土（alplQ2），局部为卵石透镜体；中下部主要为卵石（glQ1）和上第三系泥灰岩、粘土岩、砂砾岩（N1L）。渠底板主要位于上第三系泥灰岩、粘土岩、砂岩（N1L）和卵石（glQ1）中。勘探期间地下水位一般高于
7、渠底板23m或在渠底板附近。桩号HZ172+980HZ175+432.8为软弱厚层膨胀泥岩层状结构段（王老屯段），以挖方为主，挖深一般1117m，最大挖深22m左右。渠坡岩性主要由上第三系泥灰岩、粘土岩（N1h）组成，渠底板亦位于该层中。2、 设计变更及技术要求2.1设计变更情况根据渠道169+600169+778段实际岩层揭露情况，2010年12月初，根据设计通知单调整了该段的换填方案（见：鹤设-2010-15）：卵石层及以上边坡采用原设计换填方案，即换填5.6m厚粘性土，卵石层以下泥灰岩采用一般弱膨胀岩换填方案，即边坡换填1.4m，渠底换填1m厚粘性土。具体详见（鹤设-2010-15）设计
8、通知单。施工时严格按照施工图纸进行施工。2011年5月30日设计下发了现阶段及挖深小于15m的中膨胀岩渠坡处理方案（鹤设-2011-06），并进行了设计技术交底。本标段各段膨胀岩处理方案详见下表，具体内容详见现阶段及挖深小于15m的中膨胀岩渠坡处理方案（鹤设-2011-06）。 2011年6月16日设计下发了现阶段及挖深小于15m的中膨胀岩渠坡处理补充要求（鹤设-2011-08）：鹤壁段膨胀岩换填施工图桩号173+921175+433段，确定施工图换填1.0m不变，按加强方案处理。具体详见（鹤设-2011-08）设计通知单。渠道分段换填统计表表2-1序号起止桩号施工图备 注1 169+6001
9、69+778NZS(HB3)X001-3-01p-04p2 170+500170+800根据渠道开挖情况，由设计定方案3 170+500170+800NZS(HB3)X001-4-01b-02b4 170+800171+160NZS(HB3)X001-3-01p-04p5 172+896173+921NZS(HB3)X001-3-01p-04p6 173+921174+314NZS(HB3)X001-3-01p-04p7 174+314174+904NZS(HB3)X001-3-01p-04p8 174+904175+432.8NZS(HB3)X001-3-01p-04p2.2土方填筑施工技术
10、要求2.2.1一般要求(1)填筑材料应是经过补勘且合格试验符合设计要求的料场取得的土料，或是从渠道本身开挖获得的合格土料。填筑材料不应含有冰、树根、表土、杂质以及任何其他由监理工程师确定为不合格的材料。(2)对土料场应经常检查所取土料的土质情况，土块大小，土料含水量等是符合填筑要求。(3)土料开采，应在料场严格控制土料的含水量，土料的含水量应在最优含水量的-2%+3%之间。(3)渠道换填工程开工前，按照土工试验规程（SL237-1999）进行土料核查和相应的土工试验，室内击实试验(取得最大干密度和最优含水量参数)、并根据室内击实试验进行现场碾压试验和施工工艺试验，确定换填土施工技术参数(形成碾
11、压试验报告)，并经监理、设计批准。(4)技术复核要求1)原土复核换填土料、开挖利用料填筑施工前应进行土性指标复核，试验内容：土料的膨胀性（自由膨胀率试验）、矿物成分和化学分析试验（粘土矿物成分、易溶盐含量、有机质含量等）、土料的颗粒组成、溯、液限试验、天然含水率、天然密度复核等。2)室内标准击实试验：试验项目包括：最优含水量、最大干密度试验；3)击实后土试验：膨胀量、膨胀力、压缩系数、压缩模量、抗剪强度、渗透系数等参数试验。2.2.2设计技术要求1、粘性土换填技术要求(1)填筑土料要求使用非膨胀性粘性土，其自由膨胀率40%；(2) 土料的粘粒含量15%30%，其塑性指数717，有机质含量5%，
12、水溶盐含量3%；(3)土料含水量为最优含水量的-2%+3%。(4)粘性土换填应分层填筑、碾压，压实分层厚度不大于30cm(试验确定)，填筑土料的压实度不小于100%，干密度不小于1.70g/cm3。2、水泥土换填技术要求(1)水泥土材料使用粘性土料，其技术指标符合粘性土技术要求；(2)水泥使用p.o42.5， 其水泥掺量为4%（重量比）；(3)水泥土的压实度不低于0.98。2.2.2施工要求(1)工程开挖前，结合永久性排水做施工区的临时排水工作和做地下水的降水工作，保证地下水降至建基现以下50cm，确保土方填筑在干燥环境下施工。(2)做好开挖边坡的防护工作，开挖面预留不小于30cm保护层，清降
13、保护层后，加强坡面防护和覆盖，防止雨水冲涮或太阳暴晒。(3)做好施工规划，划分施工段，对清理好的坡面，及时进行换填覆盖，避免岩(土)面长期在大气环境下暴露。(4)对换填结束的渠段，做好防护工作，防止雨水冲涮。对换填结束的渠，应及时进行渠道混凝土衬砌。(5)水泥土换填渠段与按原设计换填渠段连接处按1:3放坡连接；由于施工的需要，对于不能进行全断面换填施工的连接处按1:3放坡连接。3、 施工总平面布置及施工规划3.1施工总平面布置3.1.1施工道路布置1、渠道开挖、填筑施工道路以现有的贯通道为主要的施工道路，在渠道两侧均设施工道路。2、下基坑道路(1)下基坑道路按施工单元划分长度，每300m设一处
14、坡道，下坡道路布置见施工平面图(渠-HT-02)。(2)下基坑道路路面宽4.0m，坡度不大于10%，随土层填筑路面逐步上升。3.1.2施工用电换填作业区的临时用电从就近的穿渠建筑物作业区的配电箱接出，在换填作业区配置配电箱，用电采用绝缘橡胶电缆连接、架空敷设。考虑夜间施工作业，在土料场，换填作业面上、下游侧等部位各设一台3KW的镝灯进行照明。另在作业面各布置35盏碘钨灯进行照明。3.1.3施工用水本工程施工用水仅是坡面湿润和填筑分层表面湿润洒水，路面防尘洒水。施工供水采用洒水车供水。3.1.4水泥土搅拌系统按中线局的要求，水泥土拌制采用“厂拌法”，拌制场的场地拟选在郭庄土料临时堆放场(渠-HT
15、-03)。(1)对原堆存在的土方倒运至弃土场，腾出场地用设备安装；(2)该场地已经堆土，地基预压，满足设备安装、运行要求；(3)该堆存在土方，底部是清基表土，为不可利用的土料。3.1.4.1场地选择要求拌制场符合如下要求：(1)距施工区的平均距离最近，减少运输费用，降低施工成本；(2)保证水泥土自拌制开始至碾压完成时间，在4小时之内；(3)减少土方在运输过程中的水份损失；(4)地基密实，满足设备安装、运行安全。3.1.4.2水泥土拌制规划1、施工强度(1)施工工期1)按施工计划，水泥土换填在明年汛前完成(6月底)，根据一有的施工条件，拌制设备从采购、安装、调试完成时间约一个月时间；2)设备保证
16、正常运行后，进行碾压施工，约10天时间，编写碾压试验报告及批准时间约5天，需15天时间；3)水泥土正常换填施工时间约在2011年10月15日；4)有效施工时段：鹤壁市地处北方，11次年2月底为冰冻期，无法进行土方施工；5)施工工期：今年10月有半个月的施工时间，加上明年4个月的时间，总时间约138天。考虑雨天，按每月25天的作业时间考虑，有效的施工时间为115天。(2)施工强度1)按设计图计算，水泥土换填工程量约22.82万方。2)压实方换算成松散方压实干密度取1.77g/mm3、松散方干密度1.58g/mm3计算。加上超填削坡方量0.9万方，为26.5万方。按1.5%计算损耗，共水泥土拌制量
17、26.86万方。3)强度计算日平均施工强度2335m3，日高峰强度2800m3，月平均强度7.0万方，月高峰强度8.4万方/月。2、施工设备(1)拌制设备选用按每天产量2800m3选择配套设备，作业时间按12小时计算，233m3/h，选用600型稳定土搅拌机。其额定生产能力：粘性土额定生产能力600t/h，水泥土容重按1.77t/m3计算，生产效率取0.8系数，生产能力271m3/h。按生产能力和生产成本考虑，系统内配置1台稳定土拌和机，采用4斗皮带输送机，料斗面上加1010cm筛网的振动筛。(2)碎土机碎土设备配置2台液压碎土。(3)水泥罐按计算水泥日最大用量189t，系统内配置2个100t
18、散装水泥罐。(4)上料设备上料设备选用ZL500型装载机，拌制系统内配置1台装载机。3、系统场地规划(1)拌制系统：系统全长55m，宽14.5m，规划长度80m，宽度25m，占地面积2000m2；(2)场内道路：长100m，路面宽度6.0m，占地面积600m2；(3)碎土、存土场：场内布置2台移动碎土机，皮带机输送堆土，场地占用面积15080=12000m2。熟料临时放场2030=600m2。(4)土料翻晒场：按日用量3000m3、晒土厚度0.2m计算，15000m2。(5)其他用地：包括值班、办公、变压器等，占地约200m2。(6)水泥土拌制场30400m2(45亩)。水泥土拌制系统平面布置
19、见附图(渠-HT-04)。4、供水、供电规划(1)供电系统功率163kw，考虑碎土机及其他用电，配置总功率不小于300kw，拌制场供电利用预制场变压器，原215KVA换成500KVA变压器。(2)供水施工用水主要用于土料拌和用水，考虑一般土内含水量能满足要求，部分土还需要翻晒，按日最大拌和强度3000m3计算，每立方用量按10kg考虑，日用量30m3。供水主要由梁预制接入。3.2施工总体规划3.2.1施工流程(1)渠道换填施工总流程见图3-1。(2)流程图说明1)流程图为未开挖渠道段的施工流程，已开挖成型的渠道参考执行；2)纯粘性土换填、纯水泥土换填的渠道段，执行相应部分的流程。3.2.2施工
20、规划1、施工段规划(1)根据不同地质条件下设计换填断面、施工现状及复杂的地下水条件，对膨胀岩(土)进行分段施工。(2)水泥土换填施工，由于其程序的复杂性及地下水的情况，先进行换填试验段的施工，通过现场试验，熟悉施工程序、方法和地下水处理。(3)具体分段如下：1)试验段：175+100175+2002)第一段：169+600169+778.33)第二段：170+500170+8004)第三段：170+800171+1605)第四段：172+896173+9216)第五段：173+921175+1007)第六段：175+200175+432.82、施工段划分(1)划分原则：根据水泥土换填的技术要求
21、，按每个施工验收单元组织施工，每100m为一个施工段。(2)每施工段的施工顺序：清基、验收下基坑道路填筑水泥土换填粘性土换填下基坑道路及超填部分挖除进入下一单元施工。4、总体施工布局渠道水泥土换填及粘性土换填施工根据现场的施工状况，大部分渠道已经全断面挖除，其中道路、桥梁及渡槽部分，可以进行换填施工的渠段侯小屯段，其桩号为175+077175+432.8(与汤阴标相接段)。施工总体规划如下：(1)试验段设在175+100175+200，段长100m；(2)试验段完成后即进行第六段(175+200175+432.8)段施工，按单元依次往北施工。(3)在进行第六段施工的同时，进行侯小屯道路开挖和清
22、基工作，开挖完成 后即由试验段往南依次施工。(4)淇河南(169+600169+778.3)段在淇河倒虹吸进口渐变段和退水闸施工完成后，进行粘性土换填施工。(5)与渠道交叉建筑物的渠段，在相应的交叉建筑物施工完成(下部结构)后进行施工。图3-1：渠道换填施工总流程4、 施工进度计划4.1施工进度计划渠道膨胀岩(土)换填施工进度计划见附图：施工进度计划网络图。4.2施工进度计划编制说明（1）11月底至次年2月底为冰冻期，不能进行土方换填施工。但施工工期紧，11月份根据气候情况，利用气候较好的部分时间进行土方换填施工。（2）在进行施工进度计划编制时，考虑到目前渠道开挖状态。利用已开挖完成的渠道段进
23、行换填试验（175+100175+200）。（3）试验段完成后，由试验段分别往南、往北分两个工作面依次换填。（4）施工计划编制时，当交叉建筑物在工期完成（对换填没有影响的前提下），如有影响时，工期相对调整。4.3施工主要节点工期及影响工期的因素1. 水泥土拌制系统（1） 完成控制时间：2011年10月10日；（2） 完成节点工期的主要内容：设备采购、进场和安装调试；（3） 影响因素：保证设备进场和安装场地具备安装条件。2. 碾压试验（1） 完成控制时间：2011年10月16日；（2） 主要完成内容：现场试验内容（见碾压试验方案）、试验报告及批准；（3） 影响因素：拌制系统具备生产条件、室内试验
24、工作完成。3. 试验段（1） 完成控制时间：2011年10月31日；（2） 主要完成内容：水泥土换填、粘性土换填（施工工艺试验）；（3） 影响因素：渠道的排降水工作完成、完成清基及验收工作。4. 175+200175+432.8段：水泥土完成时间2011年11月30日。主要影响因素：侯小屯西公路桥。5. 174+314175+100段：水泥土完成时间2012年3月15日。主要影响因素：侯小屯小路土方开挖。6. 173+921174+314段：水泥土完成时间2012年3月30日。主要影响因素：冯岗沟渡槽吊装、热力管道改线及铁路改线。7. 172+896173+921段：水泥土完成时间2012年5
25、月14日主要影响因素：大盖簇沟、渤海大桥吊装和水泥路开挖（173+229.6）。8. 170+800171+160段：水泥土完成时间2012年5月29日。主要影响因素：自来水改线。9. 170+500171+800段：水泥土完成时间2012年11月16日。主要影响因素：快速通道公路桥。10. 169+600169+778.3段：粘性土换填完成时间2012年3月31日。主要影响因素：淇河倒虹吸进口渐变段及退水闸进口段施工完成。4.4主要分项施工强度指标（1）土方开挖：30万方/月（2）水泥土换填：4.9万方/月（3）粘性土换填：13.1万方/月5、 渠道土(石)方开挖5.1概况南水北调中线干线黄
26、河北羑河北鹤壁段施工标膨胀岩（土）换填施工，根据设计要求，开挖前应先做好地表永久排水。由于在设计变更前，渠道大部开挖工作已经完成，且经过一年多时间闲置，没有发现边坡失稳现象，说明膨胀岩边坡具有一定的稳定性，地下水主要对换填土的影响较大。地下水降水措施在开挖后进行比较好，且具有针对性。5.2渠道降、排水措施5.2.1渠坡排水及防护1.排水沟施工膨胀岩（土）换填施工前先做好两侧排水沟施工。按设计断面开挖排水沟，保证排水沟土方密实，浇筑8cm混凝土。2.渠坡防水及防护（1）渠顶道路做成流向排水沟横向坡，坡度为1%，防止地表水流入渠道内，对边坡造成损坏。（2）开挖成形的渠坡做好防护，在进行换填施工前，
27、采用彩条布做临时防护，防止日晒和雨淋，造成膨胀岩被风化。5.2.2地下水降水措施鹤壁段施工标为膨胀岩地层条件，地下水类型比较复杂，根据原先渠道开挖情况，地下水对渠道开挖影响较小，主要对渠道换填有较大的影响。因此对地下水的处理方法，在渠道开挖后进行比较好，根据地下水的类形选择降水方案。5.2.2.1降水方案（1）孔隙水地下水类型为孔隙水，地下水出露为大面积，出露均匀分布。原则上采用管井降水，降水效果不明显的采用轻型井点降水。（2）裂隙水降水地下水为裂隙水类型，为集中渗水点出露，则采用引排方案。5.2.2.2降水措施1.管井降水措施（1）管井降水设计1）管井间距30m，共设3排，分别设在左右岸马道
28、和渠道中心线。管井深度马道上15m，渠道中心10m。2）排水管直径D200mm，钻孔直径300mm。3）排水管采用PVC管壁厚1.5mm，管上打设10mm排水孔，排水孔间、排距100mm，梅花型布孔，排水管外包双层过滤丝布。4）排水管与孔壁间采用5mm以下机制砂回填，机制砂洁净砂，机制砂采用清水清洗，石粉含量不大于5%。（2）管井施工1）钻孔采用300型地质钻机打孔，钻至设计孔深后，捞除孔内积渣。2）PVC管采用手提电钻打孔，包好过滤布，下放钻孔内，管长不足时，可采用管接头。3）排水管下设完成后，灌入机制砂。灌砂时，由管外壁均匀灌入，并摇动管子，保证砂下到孔底和砂子密实。（3）排水1）采用0.
29、4Kw潜水泵排水，换填结束后撤除排水。2）渠道中心管将地下水降至建基面以下0.5m后，即可取消排水，并对管井进行处理。3）管顶部加盖后，铺设排水砂垫层。（4）管井处理1）马道管井处理：撤除排水后，管内采用520mm碎石回填；2）渠道中心排水井处理：撤除潜水泵，在管内填入520mm碎石，管口接50mm的排水管，排水管接入渠道系统排水网。处理完后，即进行水泥土填筑、压实。2.轻型井点降水（1）降水设计1）针对管井降水效果不明显的渠道段，采用局部的轻型井点降水方法。2）井点管间距3.0m，排距3.0m，管深度不小于3.0m。每50个井点为一组进行降水（井点管根据现场实际情况布置）。3）井点管采用20mmPVC管，支管35mmPVC管，总管采用50mm的PVC管，井点管汇集到支管后再连接至总管。4）降水管要求挖槽埋设，排水砂垫层以下（详见5.2-1、5.2-2）。（2）降水1）降水总管接至填筑区以外，连接真空泵降水；2）降水管安装完成后即可降水，至渠底水泥土换填完成，撤消降水，把总近接入系统排水管。图5.2-1：轻型井点降水布置图图5.2-2：轻型井点降水剖面图图5.2-3：埋管详图3、裂隙水处理措施（1）裂隙水主要为集中点出露，在地层中不相互连通，且出露点较少的特点，无法进行大范围降水，所以采用引排措施。（2）在集中渗水点挖
