水沖法在軟土地區(qū)深基坑工程中的應(yīng)用

閆紅民，江 嘯

（1.江蘇方洋集團(tuán)有限公司，江蘇 連云港 222065；2.江蘇方洋水務(wù)有限公司，江蘇 連云港 222065）

水沖法在軟土地區(qū)深基坑工程中的應(yīng)用

閆紅民1，江 嘯2

（1.江蘇方洋集團(tuán)有限公司，江蘇 連云港 222065；2.江蘇方洋水務(wù)有限公司，江蘇 連云港 222065）

在深厚軟土地區(qū)，深基坑支護(hù)及開挖方案的選擇顯得尤為重要，以東港污水處理廠一期工程為例，介紹了水沖法在深基坑工程中的應(yīng)用。該工程水沖法利用廠區(qū)周邊充沛的河塘水，采用水力沖刷的方法開挖深基坑，經(jīng)濟(jì)和社會效益明顯。

水沖法；軟土地區(qū)；深基坑；效益分析

0 引言

連云港市沿海區(qū)域海淤深厚，承載力極差，透水性極低。在該種地質(zhì)條件下，進(jìn)行深基坑支護(hù)及開挖方案設(shè)計時需綜合考慮，過于保守將造成工程投資浪費，過于冒險又會產(chǎn)生重大安全隱患。如何在保證質(zhì)量、安全的前提下，又不失經(jīng)濟(jì)和社會效益，將是該地區(qū)深基坑方案選擇時的重點。本文以連云港市徐圩新區(qū)東港污水處理廠一期工程為例，淺談水沖法在軟土地區(qū)深基坑工程中的應(yīng)用。

1 工程概況

圖1 二沉池平面及剖面圖

東港污水處理廠采用高程±0.00 m相當(dāng)于國家高程系+4.400 m。基坑周邊自然地面高程為+ 3.700 m，自然地面相對標(biāo)高為－0.700 m。二沉池底板坡度為1∶10，最深處標(biāo)高為－4.000 m，中心處底板厚度為1.5 m，最大開挖深度4.90 m，開挖深度及土層示意如圖2所示。

圖2 二沉池開挖土層示意圖

根據(jù)《連云港市深基坑工程管理辦法》[1]第二條之規(guī)定：“深基坑是指開挖深度超過3 m（含3 m）及雖未超過3 m、但地質(zhì)條件和周圍環(huán)境特別復(fù)雜的基坑”，故該二沉池應(yīng)視作深基坑工程。

2 工程地質(zhì)

按土層的地質(zhì)年代、成因類型、巖性及工程地質(zhì)特性；根據(jù)施工影響深度，將場地土在勘察深度范圍內(nèi)自上而下劃分為三個工程地質(zhì)層。

（1）素填土層：灰黃色，稍濕，以黏性土為主，可塑狀態(tài)為主，夾少量塊石，均勻性較差。場區(qū)普遍分布，厚度為1.00～1.50 m，平均1.25 m，壓縮性不均且較高，工程性能較差。

（2）黏土層：灰黃色，可塑，土質(zhì)均勻，切面光滑，干強(qiáng)度高，韌性高。場區(qū)普遍分布，厚度為1.40～1.80 m，平均1.63 m，壓縮性較高，工程性能較差。

（3）淤泥層：淺灰色，流塑，土質(zhì)較均勻，中下部夾薄層粉土，干強(qiáng)度高，韌性中等，有輕微淤臭味。場區(qū)普遍分布，厚度為14.60～14.80 m，平均14.70 m，壓縮性高，工程性能極差。

3 深基坑支護(hù)及開挖方案的選擇

二沉池深基坑在進(jìn)行方案設(shè)計時，前后形成過兩套方案。

（1）方案一使用滿堂式深攪樁對二沉池進(jìn)行地基加固，并配合機(jī)械開挖土方。該方案無法避免機(jī)械或人工開挖，機(jī)械會對工程樁產(chǎn)生影響甚至破壞，而人工開挖則工期較長，最重要的是該方案中產(chǎn)生的地基加固費用驚人，造價高昂。

（2）方案二的核心為水沖法開挖配合局部地基加固。該方案第一階段開挖頂部2.1 m范圍（見圖2），該段底板坡度約1∶10，直接放坡開挖，無需采取支護(hù)措施[2]；緊接著進(jìn)行大面積底板施工，兩條管道及中心下沉區(qū)域底板暫不施工，留施工縫。第二階段，開挖兩條管道及中心下沉區(qū)域土方，該區(qū)域采用攪拌樁支護(hù)且內(nèi)部有格柵式加固（見圖3陰影區(qū)域）。第三階段，施工剩余部分底板。

圖3 二沉池底板施工分區(qū)平面示意圖

考慮到現(xiàn)場地質(zhì)情況、工程造價、對工程樁的保護(hù)、場地條件、施工工期等多方面因素，該工程最終決定采用以水沖法開挖為核心，配合局部地基加固的深基坑方案[3]。

4 水沖法施工工藝

4.1 水沖法適用范圍

為保證經(jīng)濟(jì)效益，水沖法施工場地及周邊需同時具備下列條件：

（1）基坑及周邊有足夠的沖挖空間。

（2）施工場地附近存在天然河塘或類似的施工水源。

（3）施工場地附近需要有充足的場地空間作為沉淀池。

4.2 水沖法簡述

水沖法是通過高壓水槍形成密實的高速水柱，用其切割、粉碎土體的一種工法。該工法以水作為土的載體，將待開挖土體沖刷成泥漿，再用泥漿泵抽排至指定場地內(nèi)沉淀，所析出的水可以重復(fù)利用，沉淀下來的泥土晾干后可作為場內(nèi)回填土或外運。

水沖法施工具有以下優(yōu)異性：

（1）水沖法以水作為載體，且設(shè)備輕便，對軟土尤其是流塑狀的淤泥有較好的適用性。

（2）水沖法操作簡單、施工方便，施工效率較人工開挖提高很多，可一定程度上縮短工期。

（3）水沖法施工在軟土地基基坑開挖過程中能有效地保證工程樁的質(zhì)量。

（4）水沖法施工是一種清潔的施工方式，對環(huán)境不產(chǎn)生污染和破壞，且水源可以循環(huán)利用，符合建設(shè)節(jié)約型環(huán)保社會的要求。

4.3 施工工藝流程

施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→提升泵從水源（清水池）抽取施工用水→提升泵送水至增壓泵→增壓泵將水增壓成高壓水→高壓水槍沖刷土體→形成泥漿水→泥漿泵將泥漿水排至沉淀池，如圖4所示。

圖4 施工工藝流程

4.4 施工準(zhǔn)備

4.4.1 施工資源安排

廠區(qū)周邊存在若干天然河塘，為水力沖挖施工提供了優(yōu)良資源。

（1）施工水源（清水池）：直接利用場地西南側(cè)河塘中的水作為施工用水源。

（2）沉淀池：場地南側(cè)存在廢棄河塘（近似80 m×60 m），可以作為天然沉淀池，待泥漿沉淀后，池內(nèi)上層清水亦可用作施工用水，以達(dá)到水資源的循環(huán)使用。

4.4.2 施工主要機(jī)械設(shè)備

該機(jī)組主要由泥漿泵輸泥系統(tǒng)、清水沖挖系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、運輸系統(tǒng)等部分組成。

（1）提升泵：1用1備，額定功率7.5 kW，流量160 m3/h，口徑150 mm，揚程11m。

（2）增壓泵：1用1備，額定功率15 kW，80-50-200B型，口徑65 mm，壓力0.6 MPa，流量60 m3/h，揚程50 m。

（3）泥漿泵：1用2備，額定功率15 kW，流量190m3/h，口徑150 mm，揚程25 m。

（4）配電設(shè)備：低壓啟動漏電保護(hù)配電柜380V。

4.4.3 施工人員組織

（1）為了滿足工期要求，本工程采用24 h全天候不間斷作業(yè)，三班人員輪流作業(yè)。每套設(shè)備每班3人，其中2名工人操縱水槍負(fù)責(zé)沖土，1名工人負(fù)責(zé)管道疏通、清除障礙及線路維護(hù)。

（2）配置電工2人，由于處于濕作業(yè)階段，電工須24 h巡查，發(fā)現(xiàn)問題，及時解決。

（3）人工清理基坑底的難度較大，需視現(xiàn)場情況配備足夠的人工及時輔助修坡、清底。

4.5 施工方法及操作要點

4.5.1 水力沖挖方式

水沖法施工時，基坑內(nèi)將有大量泥漿，容易將坑側(cè)土體浸泡軟化，進(jìn)而引發(fā)邊坡滑移失穩(wěn)。因此，沖挖施工應(yīng)采用“先中央、后四周、分層沖挖”的方式，盡量減少基坑周邊的浸泡時間，保證基坑穩(wěn)定[4]。

4.5.2 水沖法施工

在基坑中心，使用挖掘機(jī)挖出3 m×3 m×1.5 m左右的土坑，布置泥漿泵，作為沖土?xí)r的工作面。所有工作準(zhǔn)備好后，打開高壓水槍開始沖挖。土體被沖刷成泥漿后，泥漿在坑底部匯集，由泥漿泵抽至指定的沉淀池沉淀。沉淀析出的上層水可以再次抽至清水池循環(huán)利用。如圖5所示。

圖5 水沖法施工

在高壓水沖刷土體時需注意高壓水槍噴出的高壓水一般要達(dá)到0.6 MPa，高壓水與所開挖的挖土面應(yīng)成30°～60°；要根據(jù)現(xiàn)場土質(zhì)情況分層挖土（分層厚度不大于1 m），避免挖土面角度太大、太陡，引起挖土面的滑坡，對工程樁產(chǎn)生破壞。

4.5.3 泥漿外排

一般情況下，水力沖挖1 m3土用水量為3～4 m3，泥漿的含泥量在30%左右。為了使泥漿順利外排，需保證泥漿泵口部向下且不會接觸挖土面基底（防止堵塞）。本工程采用浮筒法，即在泥漿泵兩邊設(shè)置兩個直徑600 mm、長900 mm兩頭成尖狀的鐵制浮筒，四周封閉，通過鋼支架將浮筒和泥漿泵連接成為一個整體，保證泥漿泵口部向下且不下沉，如圖6所示。

圖6 浮筒法

4.5.4 坡面安全及標(biāo)高控制措施

水力沖挖施工基坑內(nèi)有大量泥漿，容易將坑側(cè)土體浸泡軟化，進(jìn)而引發(fā)邊坡滑移失穩(wěn)；同時，高壓水槍壓力很大，坡面標(biāo)高難以控制，很容易出現(xiàn)超挖現(xiàn)象。為了避免上述問題，現(xiàn)場采取以下兩項措施[5]：

（1）土方分層開挖時，每層基坑坡角和坡面預(yù)留土臺（見圖7），在下一道沖挖工序時挖走。此土臺具有兩個作用：一是壓坡角；二是將泥漿和坡面土體阻隔。

圖7 水力沖挖時預(yù)留護(hù)坡土臺示意

（2）基坑底留20 cm土體供人工清理[6]。

5 效益分析

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

（1）水沖法造價。水沖法利用場地河塘中的水作為施工用水，且設(shè)備簡單，造價較低。二沉池、污泥濃縮池水沖法開挖量約為8 000 m3，采用機(jī)械挖土不可行，此部分土方只可采取人工挖土或者水沖法挖土。人工挖土的單價約為75元/m3，而水沖法挖土的單價約為28元/m3，采用水沖法挖土相比較人工挖土可以節(jié)約8 000×（75－28）=376 000元。

（2）基坑支護(hù)及開挖總造價。本工程中，原先地基滿堂加固配合機(jī)械開挖的施工方案不僅對工程樁的保護(hù)不利，其支護(hù)及開挖總造價更是高達(dá)1 450萬元；而以水沖法開挖為核心、配合局部地基加固的支護(hù)及開挖方案總造價約240萬元，僅為原方案的1/6。

5.2 節(jié)約工期

二沉池單個基坑土方約為2 500 m3，水沖法挖土效率約為200 m3/（套·d），人工挖土效率約為2 m3/（套·d），假設(shè)采用50人進(jìn)行人工挖土。采用水沖法挖土的工期為2 500 m3÷200 m3/（套·d）=13 d，而采用人工挖土所需要的工期為2 500 m3÷ [2 m3/（套·d）×50套]=25 d，可見水沖法挖土比人工挖土節(jié)省12 d。

5.3 社會效益

水沖法挖土為清潔無污染施工方法，不產(chǎn)生噪聲、廢氣和廢油等環(huán)境污染，水可以循環(huán)利用，節(jié)約能源符合可持續(xù)發(fā)展方針和節(jié)約型社會建設(shè)的要求，具有良好的社會效益。

6 結(jié)語

連云港市大部分地區(qū)海淤深厚，對于深基坑的土方開挖若采取常規(guī)的機(jī)械開挖，當(dāng)工程基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)時，上部機(jī)械行駛往往會對工程樁造成較大的擾動與破壞，不能保證工程樁的質(zhì)量，且基坑支護(hù)費用高昂；若采用人工開挖，又會嚴(yán)重影響工期，并且成本同樣很高。水沖法在本工程中可以有效保護(hù)工程樁、縮短工期，并且極大地降低了工程造價，在軟土地區(qū)深基坑工程的應(yīng)用中兼具良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益，在滿足適用范圍的條件下，值得推廣。

[1]連云港市城鄉(xiāng)建設(shè)局.連云港市深基坑工程管理辦法[Z]. 2015-02-13.

[2]《工程地質(zhì)手冊》編委會.工程地質(zhì)手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1992：870.

[3]閆懷瑞，閻長虹，丁倩文.深厚軟土地區(qū)基坑開挖主要工程地質(zhì)問題與對策[J].地質(zhì)評論，2015，1：149-154.

[4]劉國彬，王衛(wèi)東.基坑工程手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009：121-130.

[5]GB 50007—2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[6]JGJ 79—2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

上海擬建軌交崇明線 從浦東金橋至崇明陳家鎮(zhèn)

近日，《上海市軌道交通近期建設(shè)規(guī)劃（2017-2025）》在“上海環(huán)境熱線”披露，其中規(guī)劃有9條線路，全長約285km，不僅有軌交崇明線，還有1號線莘莊站延長線、通往國際旅游度假區(qū)的21號線、軌交機(jī)場聯(lián)絡(luò)線等。環(huán)評對這一規(guī)劃已有初步結(jié)論，稱其符合國家相關(guān)政策，與上海市城市總體規(guī)劃、土地利用總體規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)、歷史文化名城保護(hù)等相關(guān)規(guī)劃基本協(xié)調(diào)。

其中，19、20、21號線一期和13號線西延伸均為地下線，1號線西延伸為地面線。23號線、嘉閔線、機(jī)場聯(lián)絡(luò)線以及崇明線部分為高架線，部分地面線。9條上海軌道交通規(guī)劃線路是對現(xiàn)有以及在建軌道交通的補(bǔ)充，對一些線路稀疏地區(qū)、空白地區(qū)也有進(jìn)一步完善。

另外，9條軌道交通線路中，除了地鐵列車外還將包括鐵路城際列車，從目前規(guī)劃看，機(jī)場聯(lián)絡(luò)線起自虹橋樞紐，終至上海東站，采用非地鐵列車的可能性較大。通往崇明陳家鎮(zhèn)的崇明線，如果仍然選擇目前長江隧橋預(yù)留通道開行，或也將采用新型交通模式，非目前地鐵A型車或C型車。

TU753

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1009-7716（2016）05-0230-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.05.064

2016-02-01

閆紅民（1970-），男，河南商丘人，本科，高級工程師，江蘇方洋集團(tuán)有限公司副總裁。