恶劣气候条件影响下大型沟槽开挖的高效施工方法应用研究

恶劣气候条件影响下大型沟槽开挖的高效施工方法应用研究

陈晓航

广东省建筑工程机械施工有限公司广东广州510500

摘要：在湛江地区高温多雨恶劣的气候条件下组织排水管道施工，因为工期紧、任务重，需要科学组织、周密部署，方能优质、高效、安全的完成施工任务。

关键词：沟槽；排水管道；放坡开挖

1.工程概况

由广东省建筑工程机械施工有限公司中标承建的徐闻生态工业集聚区基础设施建设工程，位于湛江市徐闻县城与下桥镇中段，207国道西侧。本工程施工内容包含道路工程、排水工程、电力电信管线等分项工程。本工程雨水、污水管道所设计为钢筋混凝土管，管道总长4687.5m，规格DN400-1350，管道埋深1.85-5.89m沟槽土石方开挖数量约206000m³。

2.管沟施工重难点分析

由于本次管沟工程节点工期仅有4个月，单月土石方挖运量超过5000m³。但沟槽开挖深，工程量大，施工段较多，土方挖运困难，因此，土方挖运进度是影响排水工程节点工期，乃至整个工程进展的关键。土方挖运影响因素较多，从本工程的实际情况分析，其影响因素主要有以下几点：

2.1天气影响

湛江地区属沿海地区，台风、雨水较多，特别是台风季节和雨季，每月几乎有约8~11天都在下雨。按我司在该地区类似工程的施工经验，每下一天雨，几乎会影响三天土方不能外运。

2.2开挖机械的工况和运输车辆的数量

只有储备充足的工况良好的开挖机械和运输车辆，方能保证管沟工程的正常产能输出。

2.3弃土场影响

如果没有稳定长期的弃土场，可能导致废弃土方无法出场，或者由于弃土场距离遥远，大大降低工效、增大土石方运输成本。因此，距离近、容量大、稳定可靠的弃土场对口衔接，对本工程的沟槽土方开挖影响至关重要。

2.4土石方挖运顺序及车辆行走路线

土方开挖顺序，车辆行走路线是否安排合理会大大影响每天出土方量。

2.5管沟土方开挖和管沟支护结构施工配合

2.6基坑降排水措施。

3.施工对策

针对本工程管沟基坑深度大、土方挖运的难度较大等特点，为了保证本工程土方挖运能顺利进行，我司拟采用以下主要措施。

3.1雨季施工措施

本工程基坑开挖跨越雨季，因此，我司制定了详细的雨季施工措施，施工过程中，认真落实各项雨季措施，投入足够的设备与人员，保场区干爽、道路畅通，将降雨对土方开挖的影响降至最低。

3.2弃土场选择

根据我司以往类似工程的施工经验，弃土场选择影响土方开挖进度的关键因素，选择稳定长期的弃土场不仅能缩短运距、降低运输成本，而且能保证土方堆放的场所，确保基坑土方能及时运出。施工准备期间，我司就安排专人在项目周边走访、调查，综合评估，初步落实了土方的弃土场，该弃土场位于市郊区（湖光农场外），可回填土方量应满足各施工段堆土要求，完全满足基坑开挖时间要求。

3.3科学组织工序间的交叉衔接

结合施工进度计划安排，着重研究深基坑土方开挖与支护结构的衔接，使管沟基坑支护结构施工与基坑土方开挖紧密配合，充分利用时间与空间，避免土方开挖与支护结构施工相互影响，确保安全，同时保证每层土方开挖的有效作业时间。

3.4择优组织土方运输队伍

土方运输队伍选择与管理，土方运输队伍的施工能力决定了土方挖运的速度，因此，我司十分重视土方运输队伍的选择。

就本工程的土石方运输，经过详细的市场调研，项目部通过筛查公司在湛江地区的合格分供商名录，在其中优中选优，挑选2个成熟可靠的土方运输队伍。选定的运输队伍在公司其他项目均与我司保持有良好的合作经历，自有运输车辆不少于30辆，挖掘机不少于6台，完全满足本工程的施工需要。

3.5内部组织管理

鉴于本工程土方挖运的重要性和时间紧迫性，项目部特指定一名项目副经理全面负责土方挖运工作，处理在土方挖运过程中的内外关系协调与管理，与政府相关职能部门保持沟通联系，在满足湛江市和徐闻县安全文明施工相关规定的前提下，争取政府职能部门的理解与支持。

4.沟槽分级开挖施工要点

4.1定位放线

施工前施工现场要具备“三通一平”，根据建设单位提供的拟建建筑物定点进行降水井及开挖边线的测量放线工作。测量放线前要对资料进行检查，复核测量基线、基点，然后放测拟建建筑物的外轮廓线，然后确定基坑开挖边线。

4.2土方开挖原则

应按“时空效应”原理，遵循先撑后挖的原则，“盆式、分块、分层、对称”地进行土方开挖施工，坑内土体挖除后一般应控制在36～48h内形成支撑，开挖面围护无支撑的暴露长度不大于30m。

采用机械挖土为主，人工配合清土；在各层挖土时，各部位的土方采用人工翻挖到一定远的距离再由挖机挖出，防止挖机碰撞，造成支撑立柱失稳、地面受损和桩身断裂，避免引起质量、安全事故。

4.3开挖机械选型

本工程根据各路段的管沟基坑土方施工主要选用：PC2004台、PC100或R200（1.0m3）3台、小松PC400（2m3）3台，自卸汽车（15～20t）30～40台。

据第一、二层开挖的总方量进行调配施工机械及现场劳动力的安排以及生产能力。

管沟土方开挖共分2层开挖完成。

本工程雨水管道总长约2298m、污水管道总长约2389.5m，挖土平均度深约1.85m-5.89m，基坑土方量约206000m³，基坑土方开挖施工时，如昼夜作业，平均每车每天出土150方，30台车装运计4500m³。根据现场场地情况及扰民、民扰处理情况以及夜间施工可能性估测，平均每天完成土方量计3500m³。每月实际工作时间按长期统计数据的平均值18d计，则3500*18*4=250000>206000m³，可以满足工期要求。

（1）第1层挖土：现场有足够的作业面，土量根据各路段管沟分层方量，不分施工区块，组织安排挖机同时作业，开挖时将有支撑的部位提前安排挖出，为支撑施工拆入施工提供工作面，第１层土方施工流向详见第一层土方开挖流向平面示意图。

（2）第2层土方开挖按“时空效应”原理、采用“盆式”挖土方式，为支撑提前施工争取时间；2层土方开挖分区示意图详见第2层土方区块划分及开挖流向平面示意图。

4.4挖土分层厚度

各路段管沟基坑各层的挖土时，分层控制：第一层土从自然地面至第一层底面约1.9~3.0m一次开挖，第二底面至大面积基坑底面共分为一层开挖，每层按其各层厚度的一半分两次开挖，每次的挖土层厚度不得超过3m。基坑土方开挖竖向分层示意图如下：

现场沟槽放坡示意图

4.5土方施工要点

1）挖土时，分层、对称开挖，分层厚度控制在3m内，挖土部位临时边坡按1：1.25控制；

2）挖土机械在支撑上行走时，支撑顶面覆土300mm或用铺设钢板，

对支撑底部掏空部位严禁车辆行走；

3）管沟基坑开挖期间，地面荷载限载20kPa，基坑挖土中严禁挖土机随意碰撞支撑立柱；

4）挖土部位的临时边坡面上避开支撑桩，防止边坡土对支撑施加侧向力造成破坏；

5）在挖土施工过程中随时提取挖土信息及有关数据，与现场及时取得联系，随时根据现场实际情况调整挖土施工。

6）夜间作业，机上及工作地点必须有充足的照明设施；在危险地段应设置明显的警示标志和护拦。

7）对管沟基坑挖土合理分段，方开挖到设计的管沟基底标高部位，垫层随挖随浇；每段内开挖在长度范围时，及时浇筑垫层，避免管沟地基土暴露时间过长。

4.6信息化施工及监测

信息化施工和时空效应原理指导管沟开挖施工，加强监测工作能可靠而合理地利用土体自身在管沟基坑开挖过程中控制土体位移的潜力而达到保护环境的能目的，在保护管沟基坑安全同时保护环境安全，本管沟基坑施工设置的监测内容有：

1）坑外土体变形监测（土体测斜）；

2）边坡及支撑轴力、边坡及支撑两端的差异沉降监测；

3）边坡及支撑的水平和竖向变形监测；

4）管沟基坑坑底回弹监测；

5）地下管线水平位移及沉降监测；

6）邻近地面建筑物沉降、倾斜、裂缝监测；

7）周边道路路面沉降监测；

8）坑内外地下水位监测；

9）承压水头监测。

根据环境保护变形控制指标，加强深基坑环境监测，尤其是根据围护结构位移、支撑轴力、建筑物沉降等数据综合分析，具有积极现实意义。基坑开挖其核心是如何控制围护结构水平位移和对坑外土体的扰动，从而有效控制周边建筑物沉降；本沟槽沟槽开挖和铺管施工阶段，根据监测数据就切实可行的运用时间和空间效应对位移的控制，制定技术措施，调整施工方案，以确保基坑施工和周边环境的安全。

时空参数调整：严格按照“分层开挖、先撑后挖”的原则。

挖土速度调整：根据本工程开挖深度、日出土量，加快施工进度对控制基坑变形具有显著效果，现场结合挖土和支撑速度及围护变形情况，合理调整和加快挖土的速度，挖土期间动态调整，以减少基坑变形。

挖土“先撑后挖”方案调整：深基坑施工过程中，结合基坑变形情况，可将常规挖土完成支撑面具备支撑施工的方法调整为先沿支撑位置抽条开槽，施工支撑可有效控制围护结构位移。

5.实施结果

徐闻生态工业集聚区基础设施建设工程雨污水管铺设在2017年3月3日开工，2017年6月27日完工。比计划工期提前7天完成。该工程不仅提前完工，且在土方全面施工期间，安全文明施工状态运行良好，周边居民零投诉，并成功获评2017年度湛江市房屋市政工程安全生产文明施工示范工地。

6.结论

管沟基坑挖土的核心是分段、平面分块、竖向分层；先撑后挖。

基坑施工参数是对开挖分步和每步开挖实际尺寸、开挖时限、支撑时限等各道工序进行量化管理，并结合各个时间节点的实际情况，采用不同的时空效应施工参数动态调整，从而顺利完成施工任务。

通过本工程的实践，我们深刻体会到基坑施工“施工参数”的重要性，并由此总结出一套在复杂恶劣气候条件影响下、如何高效组织大方量沟槽开挖较为实用的施工方法，可供同类施工参考。