土方吹填施工技術(shù)在龍頭寨大型基坑工程的應(yīng)用

苑 萩

（江西省水利水電建設(shè)有限公司，江西南昌 330028）

1 工程概況

龍頭寨工程位于江西黎川縣宏村鎮(zhèn)境內(nèi)、撫河一級(jí)支流黎灘河上游龍安河上，壩址以上控制流域面積 67.12km2，水庫(kù)正常蓄水位 272.0m，死水位245.0m，總庫(kù)容 3046萬(wàn) m3，設(shè)計(jì)灌溉面積 25000畝，電站裝機(jī)3×1700kW，設(shè)計(jì)多年平均發(fā)電量1470萬(wàn)kW·h，電站年利用小時(shí)數(shù)2882。是一座以發(fā)電為主，兼有灌溉、養(yǎng)殖等綜合利用的水利工程。工程主要由大壩、引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房及升壓變電站組成。

根據(jù)設(shè)計(jì)勘察資料，從地面至EL3.5～5.0m為粉質(zhì)壤土及粉細(xì)砂，厚約 24.47～34.4m；EL3.5～5.0m至 EL-5.0m為卵石層，厚約 8.5～10.0m；EL-5.0至EL-20m為砂卵石，厚約15.0m，以下為砂巖，滲透系數(shù)為5.0×10-4cm/s。地下水位在地面以下1.0～2.0m。

2 土方開挖施工技術(shù)方案比較及選擇

電站廠房土方開挖方量任務(wù)重，又要避開梅雨季節(jié)，根據(jù)施工總進(jìn)度安排，經(jīng)土方挖填平衡計(jì)算，為了選擇適合的開挖方案，我們對(duì)以下幾種方案進(jìn)行了比較。

2.1 機(jī)械開挖方案

按照常規(guī)的土方工程施工方法，采用反鏟挖裝或裝載機(jī)挖裝自卸汽車運(yùn)至渣場(chǎng)，渣場(chǎng)采用推土機(jī)平倉(cāng)。該方案優(yōu)點(diǎn)是施工設(shè)備易于組織、產(chǎn)量高、工藝成熟、質(zhì)量有保證。缺點(diǎn)：臨時(shí)道路修筑和維護(hù)量大、成本高，受降雨影響嚴(yán)重，具以往類似工程施工經(jīng)驗(yàn)，每降一天雨，要影響2～3天，工期很難保證。

2.2 挖泥船吹填方案

工程具備小型挖泥船作業(yè)條件?；娱_挖擬定將小型挖泥船解體吊入基坑后重新組裝，采用挖泥船直接進(jìn)行水下開挖，在四周和底部預(yù)留 5.0m保護(hù)層，采用機(jī)械開挖。該方案的優(yōu)點(diǎn)是施工不受降雨影響。缺點(diǎn)是挖泥船必須解體進(jìn)出基坑，準(zhǔn)備工作復(fù)雜、時(shí)間長(zhǎng)、成本高，需不斷補(bǔ)水以防止擱淺，用水量大，對(duì)地基擾動(dòng)大，質(zhì)量很難保證。

2.3 沖挖機(jī)組吹填方案

沖挖機(jī)組吹填施工是利用高壓水切割土層，打成泥（沙）漿，再用泥漿泵抽至指定棄土場(chǎng)的新型開挖方法。以前主要在農(nóng)田水利和疏浚工程中運(yùn)用。該開挖方法主要適用于粉細(xì)沙、中粗砂、砂質(zhì)粘土及粘土地層。根據(jù)地質(zhì)勘察資料顯示土方開挖主要為粉細(xì)沙和粉質(zhì)壤土，比較適合。該方案優(yōu)點(diǎn)是受降雨影響較小，生產(chǎn)均衡連續(xù)，對(duì)施工道路要求不高、成本較低，工期有保證。缺點(diǎn)是邊坡成型質(zhì)量較差、需水量較大。

針對(duì)以上各種方案優(yōu)缺點(diǎn)，并結(jié)合工程實(shí)際情況進(jìn)行綜合比較分析，明顯沖挖機(jī)組吹填方案優(yōu)于其他兩種方案。因此開挖擬定采用沖挖機(jī)組吹填方案。為了保證邊坡成型質(zhì)量，擬定在邊坡四周預(yù)留保護(hù)層，采用機(jī)械和人工配合修坡。

3 土方吹填施工技術(shù)應(yīng)用

3.1 工程應(yīng)用簡(jiǎn)述

根據(jù)總進(jìn)度計(jì)劃，電站廠房土方開挖擬定布置3條吹填管線，設(shè)計(jì)總生產(chǎn)能力1.5萬(wàn)m3/d，單條管線生產(chǎn)能力5000m3/d。排泥管線根據(jù)地勢(shì)、土層的吹挖難易程度和吹填設(shè)備最佳有效控制范圍等情況布置，擬在右側(cè)高漫灘布置2條排泥管線，在河床布置1條排泥管線，每條管線配置6套吹填沖挖機(jī)組設(shè)備，其中1套作為備用和調(diào)節(jié)漿液濃度。由于基坑吹填工作面距渣場(chǎng) 5.5km，根據(jù)輸送設(shè)備的技術(shù)參數(shù)每條輸送管線按四級(jí)接力設(shè)計(jì)，采用封閉式遠(yuǎn)地串聯(lián)方式接力。由于電站廠房基坑開挖深度大，一級(jí)接力泵按高度與水平距離經(jīng)驗(yàn)公式折算，布置在距離工作面 300m范圍以內(nèi)，往后每級(jí)按 1.50km布置。吹填主要依靠高壓水切割土層，形成適宜的砂漿或泥漿利用泥漿泵抽排，以達(dá)到開挖的目的。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)最宜泥漿泵抽排的砂漿或泥漿濃度為15%～35%，砂性土為上限，粘性土為下限。廠房主要為砂性土，取 30%。按高峰開挖強(qiáng)度計(jì)算，每天需水量約為5.0萬(wàn)m3，為滿足吹填需要擬定在電站廠房上、下游各布置一個(gè) 2000m3的蓄水池向沖挖機(jī)組供水。

電站廠房吹填采取分區(qū)、分層開挖。為保證邊坡成型質(zhì)量，防止建基面不被擾動(dòng)，電站廠房四周邊坡及底板預(yù)留保護(hù)層，邊坡保護(hù)層厚度以下級(jí)馬道外邊至邊坡開口線，底板保護(hù)層厚度為3.0m。根據(jù)電站廠房開挖圖及吹填管線布置，廠房開挖擬定分3個(gè)區(qū)同時(shí)進(jìn)行，每條排泥管線負(fù)責(zé)一個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)控制4000～5000m2的開挖范圍。吹挖采取從上至下分層進(jìn)行，分層厚度 3.0～5.0m。邊坡保護(hù)層開挖同吹挖同步進(jìn)行，采用推土機(jī)卸土、集渣，反鏟配合人工修坡，渣料直接排泥管線運(yùn)至渣場(chǎng)。底板保護(hù)層開挖采用反鏟挖裝，自卸汽車運(yùn)至渣場(chǎng)。

3.2 土方吹填施工技術(shù)工藝

3.2.1 基本資料收集及分析

基本資料主要分兩類。一類是與生產(chǎn)、生活有關(guān)的人員、設(shè)備及當(dāng)?shù)胤?、法?guī)、交通、供應(yīng)、治安等施工組織資料；另一類為是與工程直接相關(guān)的水文、氣象、地形、地質(zhì)的自然資料。

土質(zhì)是決定吹填工程質(zhì)量與生產(chǎn)效率的關(guān)鍵性因素之一，因此施工前應(yīng)對(duì)挖土區(qū)的水文地質(zhì)資料進(jìn)行仔細(xì)研究和分析，了解土壤類別、結(jié)構(gòu)及物理力學(xué)指標(biāo)，并通過(guò)試生產(chǎn)了解其吹填特性、固結(jié)特性及滲透特性等，以此作為設(shè)備選型、制定施工方案和編制施工進(jìn)度計(jì)劃的依據(jù)。

3.2.2 施工準(zhǔn)備

（1）測(cè)量控制網(wǎng)及原始地形復(fù)測(cè)。施工前先按設(shè)計(jì)及規(guī)程規(guī)范要求，對(duì)業(yè)主提供測(cè)量控制網(wǎng)進(jìn)行加密，建設(shè)符合要求的施工控制網(wǎng)，然后進(jìn)行原始地形進(jìn)行復(fù)測(cè)，計(jì)算工程量，為施工方案編制、進(jìn)度安排及計(jì)量提供依據(jù)。

（2）施工道路布置。吹填開挖設(shè)備主要為特種水泵和排泥管線，設(shè)備質(zhì)量輕，組裝簡(jiǎn)單，人工即可完成裝拆及搬運(yùn)。因此，吹填施工對(duì)施工道路要求不高，只要修筑能滿足人員及反鏟行走的簡(jiǎn)易道路即可。

（3）供水系統(tǒng)建設(shè)。吹填開挖主要是利用水作為開挖動(dòng)力和輸送介質(zhì)，進(jìn)行土方開挖和運(yùn)輸?shù)模虼顺渥愕乃词沁M(jìn)行吹填開挖的重要條件之一。

（4）供電系統(tǒng)建設(shè)。吹填施工主要為各種水泵和施工照明用電，用電負(fù)荷較大，布置比較分散。根據(jù)吹填管線布置、用電點(diǎn)及負(fù)荷分布情況，施工供電擬分四個(gè)點(diǎn)進(jìn)行供電，電源從農(nóng)網(wǎng)“T”接。

（5）排泥管敷設(shè)及接力泵安裝。排泥管按材質(zhì)不同分為鋼管、聚氨脂橡膠管、高分子聚錄乙烯塑料管和尼龍管。排泥管線線路敷設(shè)應(yīng)選擇在遠(yuǎn)離居民區(qū)、平坦、空曠地區(qū)，并盡量少占用農(nóng)田，保證地方交通安全減少線路長(zhǎng)度。施工前，安排測(cè)量人員對(duì)管線沿線地形進(jìn)行測(cè)量并合適的排泥管線走向及接力設(shè)備定位進(jìn)行標(biāo)識(shí)，方便管線架設(shè)施工。排泥管線布置應(yīng)平坦順直，避免死彎，出沙口伸出淤區(qū)圍堰坡腳的距離不小于5m，并應(yīng)高出排泥面0.5m以上。輸送管線以每級(jí)接力泵起始按新舊、磨損輕重依次敷設(shè)，接頭應(yīng)緊固嚴(yán)密，整個(gè)排泥管線和接頭不得漏砂、漏水，一旦發(fā)現(xiàn)泄露，應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)或更換。輸送管線支架必須牢固，水、陸排泥管連接采用柔性接頭。

（6）渣場(chǎng)規(guī)劃。棄土區(qū)圍堰局部加高培厚按原設(shè)計(jì)采用粘土分層回填，泄水口采用堰內(nèi)埋管，退水渠采用反鏟進(jìn)行清淤，縱坡控制，以不淤積為宜。

3.2.3 測(cè)量放樣

沖挖機(jī)組開挖放線：在每層開挖前測(cè)量隊(duì)采用全站儀，按照吹填施工方案要求放樣，預(yù)留保護(hù)層，并在特征點(diǎn)、拐點(diǎn)插上醒目的標(biāo)志。在開挖過(guò)程中測(cè)量隊(duì)嚴(yán)重控制分層高度及開挖邊線，防止沖挖機(jī)組開挖過(guò)程中擾動(dòng)邊坡和建基面。

邊坡保護(hù)層開挖測(cè)量放線：邊坡保護(hù)層開挖采用全站儀，按照設(shè)計(jì)開挖邊線放樣，預(yù)留 30cm保護(hù)層，進(jìn)行人工修坡、平整。

3.2.4 沖挖機(jī)組開挖施工

每套沖挖機(jī)組由一臺(tái)6PNT泥漿泵一臺(tái)15kW離心泵和兩把高壓水槍組成。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)每套沖挖機(jī)組最佳控制范圍 30m，測(cè)量放線后，現(xiàn)場(chǎng)按照沖挖機(jī)組的最佳有效控制范圍進(jìn)行布泵，并鋪設(shè)軟式排泥管與增壓罐相連接。

泥漿泵布置到位后開始采用高壓水槍圍繞泥漿泵進(jìn)行沖挖，進(jìn)行沉泵。當(dāng)泵沉至分層高程時(shí)停止沉泵，開始向四周沖土、打砂，并根據(jù)開挖需要來(lái)回移動(dòng)泥漿泵，當(dāng)所有沖挖工作面聯(lián)通后，即完成一層開挖，然后重復(fù)以上工作進(jìn)行下層開挖。

為防止泥漿泵堵塞，在沉泵的過(guò)程中砂漿濃度不宜過(guò)高，當(dāng)泥漿泵沉到相應(yīng)高程后，逐步使砂漿調(diào)整至正常濃度。原則上每臺(tái)泥漿泵配置兩把高壓水槍，兩個(gè)打砂手，一個(gè)主手，一個(gè)副手。主手負(fù)責(zé)泥漿泵吸入口角度、砂漿濃度調(diào)整，并負(fù)責(zé)引導(dǎo)砂漿進(jìn)入泥漿泵吸入口。副手負(fù)責(zé)沖土、打砂，將沖挖的泥沙趕至泥漿泵附近，監(jiān)控邊坡穩(wěn)定。

3.2.5 邊坡修正及保護(hù)層開挖

邊坡保護(hù)層開挖同沖挖機(jī)組開挖同步進(jìn)行，邊坡保護(hù)層開挖采用推土機(jī)卸土、集渣，形成毛坡，利用沖挖機(jī)組沖挖輸送。邊坡開挖先采用推土機(jī)按測(cè)量放線在坡面推出一個(gè)20m寬的標(biāo)準(zhǔn)坡面，然后按標(biāo)準(zhǔn)坡面向兩側(cè)擴(kuò)挖，形成整段毛坡面。同時(shí)采用反鏟配合人工分段對(duì)坡面進(jìn)行進(jìn)一步整平和修理，已達(dá)到設(shè)計(jì)要求，完成一段及時(shí)采用大棚膜對(duì)坡面進(jìn)行防護(hù)。

3.2.6 渣場(chǎng)吹填維護(hù)及平整

吹填時(shí)要求分倉(cāng)吹填，布置成長(zhǎng)條形，并且要求分層吹填，每次吹填層厚不宜超過(guò)1.0m。每倉(cāng)吹填完成后，應(yīng)間隔一段時(shí)間，待初步排水固結(jié)后，再進(jìn)行下一層吹填施工，為加快邊坡排水及邊坡穩(wěn)定，沿坡腳挖設(shè)排水溝。

3.3 吹填施工技術(shù)工程效果

邊坡保護(hù)層通過(guò)采用推土機(jī)開挖、反鏟配合人工修坡，排泥管線運(yùn)送渣料的綜合開挖措施，有效的保證了邊坡的成型質(zhì)量，克服了吹填施工邊坡成型差這一難題。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)從吹填施工到結(jié)束總共歷時(shí)112天，其中降雨天氣44天，吹填施工除受強(qiáng)降雨、機(jī)械檢修、設(shè)備故障、深井降水等事件影響外，基本是連續(xù)施工。

引進(jìn)吹填施工技術(shù)給項(xiàng)目帶來(lái)的效益。以機(jī)械開挖為例，按照招標(biāo)文件采用機(jī)械開挖，運(yùn)距在5.5km，每方土包括挖、裝、卸、平整（含臨時(shí)道路修筑）的綜合單價(jià)為12.65元/m3，而吹填開挖每方土的綜合單價(jià)為10.5元/m3，每方可節(jié)約成本2.15元/m3，開挖70.2萬(wàn)m3，總共可節(jié)約成本150.9萬(wàn)元。另外根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)吹填施工期間共有44天降雨，如采用機(jī)械開挖在雨天無(wú)法施工，而采用吹填施工基本不受影響，給工程施工創(chuàng)造44天的工期。

土方開挖通過(guò)引進(jìn)吹填施工工藝即保證了工期，又降低了施工成本，取得良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

4 結(jié) 論

隨著我國(guó)今年水電事業(yè)的蓬勃發(fā)展，施工技術(shù)水平和基礎(chǔ)處理水平不斷提高，沖挖機(jī)組吹填施工是一種新型的土方工程施工方法，它有效的將開挖和填筑進(jìn)行了結(jié)合，具有作業(yè)連續(xù)，施工強(qiáng)度穩(wěn)定等特點(diǎn)。沖挖機(jī)組吹填技術(shù)以前主要在農(nóng)田水利和疏浚工程中運(yùn)用，證明了沖挖機(jī)組吹填技術(shù)在大型土方基坑開挖中應(yīng)用是可行性的，具有較大的市場(chǎng)前景。該方法只要土質(zhì)合適，水源及電源充足均可使用，但在確定使用該方法時(shí)應(yīng)做好以下工作。

（1）調(diào)查水源，吹填施工主要依靠水來(lái)完成挖土和運(yùn)土，需水量很大，因此在開挖區(qū)附近必須要有充足的水源。

（2）調(diào)查電源，吹填施工主要利用各種水泵完成土方開挖和運(yùn)輸，用電量較大，采用自備電源費(fèi)用較高，不穩(wěn)定，因此吹填區(qū)附近應(yīng)有充足的電源。

（3）土質(zhì)是決定是否可采用吹填的關(guān)鍵因素之一，在決定施工方案之前必須先對(duì)施工區(qū)域的水位地質(zhì)進(jìn)行細(xì)致勘察，了解土層結(jié)構(gòu)及各項(xiàng)指標(biāo)，并進(jìn)行認(rèn)真研究分析后，確定方案。

[1]胡利文.港區(qū)陸域吹填工程真空預(yù)壓軟基處理技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用[A].港口工程分會(huì)技術(shù)交流文集[C].2005

[2]中華人民共和國(guó)水利部.水利工程水利計(jì)算規(guī)范SL 104-95[S].北京∶中國(guó)∶水利水電出版社，1996

[3]徐國(guó)英 萬(wàn)賽銀 喻青云.泥漿泵吹填土方在廿四聯(lián)圩填塘壓浸工程中的應(yīng)用.中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品.2004，（14）

[4]袁成銘.大面積吹填砂荷載對(duì)地基壓縮沉降計(jì)算方法的探討(上)[J].水運(yùn)工程.1985，（04）