土方吹填施工技術在龍頭寨大型基坑工程的應用

苑 萩

（江西省水利水電建設有限公司，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境內、撫河一級支流黎灘河上游龍安河上，壩址以上控制流域面積 67.12km2，水庫正常蓄水位 272.0m，死水位245.0m，總庫容 3046萬 m3，設計灌溉面積 25000畝，電站裝機3×1700kW，設計多年平均發電量1470萬kW·h，電站年利用小時數2882。是一座以發電為主，兼有灌溉、養殖等綜合利用的水利工程。工程主要由大壩、引水系統、發電廠房及升壓變電站組成。

根據設計勘察資料，從地面至EL3.5～5.0m為粉質壤土及粉細砂，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 土方開挖施工技術方案比較及選擇

電站廠房土方開挖方量任務重，又要避開梅雨季節，根據施工總進度安排，經土方挖填平衡計算，為了選擇適合的開挖方案，我們對以下幾種方案進行了比較。

2.1 機械開挖方案

按照常規的土方工程施工方法，采用反鏟挖裝或裝載機挖裝自卸汽車運至渣場，渣場采用推土機平倉。該方案優點是施工設備易于組織、產量高、工藝成熟、質量有保證。缺點：臨時道路修筑和維護量大、成本高，受降雨影響嚴重，具以往類似工程施工經驗，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條件。基坑開挖擬定將小型挖泥船解體吊入基坑后重新組裝，采用挖泥船直接進行水下開挖，在四周和底部預留 5.0m保護層，采用機械開挖。該方案的優點是施工不受降雨影響。缺點是挖泥船必須解體進出基坑，準備工作復雜、時間長、成本高，需不斷補水以防止擱淺，用水量大，對地基擾動大，質量很難保證。

2.3 沖挖機組吹填方案

沖挖機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的新型開挖方法。以前主要在農田水利和疏浚工程中運用。該開挖方法主要適用于粉細沙、中粗砂、砂質粘土及粘土地層。根據地質勘察資料顯示土方開挖主要為粉細沙和粉質壤土，比較適合。該方案優點是受降雨影響較小，生產均衡連續，對施工道路要求不高、成本較低，工期有保證。缺點是邊坡成型質量較差、需水量較大。

針對以上各種方案優缺點，并結合工程實際情況進行綜合比較分析，明顯沖挖機組吹填方案優于其他兩種方案。因此開挖擬定采用沖挖機組吹填方案。為了保證邊坡成型質量，擬定在邊坡四周預留保護層，采用機械和人工配合修坡。

3 土方吹填施工技術應用

3.1 工程應用簡述

根據總進度計劃，電站廠房土方開挖擬定布置3條吹填管線，設計總生產能力1.5萬m3/d，單條管線生產能力5000m3/d。排泥管線根據地勢、土層的吹挖難易程度和吹填設備最佳有效控制范圍等情況布置，擬在右側高漫灘布置2條排泥管線，在河床布置1條排泥管線，每條管線配置6套吹填沖挖機組設備，其中1套作為備用和調節漿液濃度。由于基坑吹填工作面距渣場 5.5km，根據輸送設備的技術參數每條輸送管線按四級接力設計，采用封閉式遠地串聯方式接力。由于電站廠房基坑開挖深度大，一級接力泵按高度與水平距離經驗公式折算，布置在距離工作面 300m范圍以內，往后每級按 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，以達到開挖的目的。根據以往施工經驗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%。按高峰開挖強度計算，每天需水量約為5.0萬m3，為滿足吹填需要擬定在電站廠房上、下游各布置一個 2000m3的蓄水池向沖挖機組供水。

電站廠房吹填采取分區、分層開挖。為保證邊坡成型質量，防止建基面不被擾動，電站廠房四周邊坡及底板預留保護層，邊坡保護層厚度以下級馬道外邊至邊坡開口線，底板保護層厚度為3.0m。根據電站廠房開挖圖及吹填管線布置，廠房開挖擬定分3個區同時進行，每條排泥管線負責一個區，每個區控制4000～5000m2的開挖范圍。吹挖采取從上至下分層進行，分層厚度 3.0～5.0m。邊坡保護層開挖同吹挖同步進行，采用推土機卸土、集渣，反鏟配合人工修坡，渣料直接排泥管線運至渣場。底板保護層開挖采用反鏟挖裝，自卸汽車運至渣場。

3.2 土方吹填施工技術工藝

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、生活有關的人員、設備及當地法律、法規、交通、供應、治安等施工組織資料；另一類為是與工程直接相關的水文、氣象、地形、地質的自然資料。

土質是決定吹填工程質量與生產效率的關鍵性因素之一，因此施工前應對挖土區的水文地質資料進行仔細研究和分析，了解土壤類別、結構及物理力學指標，并通過試生產了解其吹填特性、固結特性及滲透特性等，以此作為設備選型、制定施工方案和編制施工進度計劃的依據。

3.2.2 施工準備

（1）測量控制網及原始地形復測。施工前先按設計及規程規范要求，對業主提供測量控制網進行加密，建設符合要求的施工控制網，然后進行原始地形進行復測，計算工程量，為施工方案編制、進度安排及計量提供依據。

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

（3）供水系統建設。吹填開挖主要是利用水作為開挖動力和輸送介質，進行土方開挖和運輸的，因此充足的水源是進行吹填開挖的重要條件之一。

（4）供電系統建設。吹填施工主要為各種水泵和施工照明用電，用電負荷較大，布置比較分散。根據吹填管線布置、用電點及負荷分布情況，施工供電擬分四個點進行供電，電源從農網“T”接。

（5）排泥管敷設及接力泵安裝。排泥管按材質不同分為鋼管、聚氨脂橡膠管、高分子聚錄乙烯塑料管和尼龍管。排泥管線線路敷設應選擇在遠離居民區、平坦、空曠地區，并盡量少占用農田，保證地方交通安全減少線路長度。施工前，安排測量人員對管線沿線地形進行測量并合適的排泥管線走向及接力設備定位進行標識，方便管線架設施工。排泥管線布置應平坦順直，避免死彎，出沙口伸出淤區圍堰坡腳的距離不小于5m，并應高出排泥面0.5m以上。輸送管線以每級接力泵起始按新舊、磨損輕重依次敷設，接頭應緊固嚴密，整個排泥管線和接頭不得漏砂、漏水，一旦發現泄露，應及時修補或更換。輸送管線支架必須牢固，水、陸排泥管連接采用柔性接頭。

（6）渣場規劃。棄土區圍堰局部加高培厚按原設計采用粘土分層回填，泄水口采用堰內埋管，退水渠采用反鏟進行清淤，縱坡控制，以不淤積為宜。

3.2.3 測量放樣

沖挖機組開挖放線：在每層開挖前測量隊采用全站儀，按照吹填施工方案要求放樣，預留保護層，并在特征點、拐點插上醒目的標志。在開挖過程中測量隊嚴重控制分層高度及開挖邊線，防止沖挖機組開挖過程中擾動邊坡和建基面。

邊坡保護層開挖測量放線：邊坡保護層開挖采用全站儀，按照設計開挖邊線放樣，預留 30cm保護層，進行人工修坡、平整。

3.2.4 沖挖機組開挖施工

每套沖挖機組由一臺6PNT泥漿泵一臺15kW離心泵和兩把高壓水槍組成。根據以往經驗每套沖挖機組最佳控制范圍 30m，測量放線后，現場按照沖挖機組的最佳有效控制范圍進行布泵，并鋪設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行沖挖，進行沉泵。當泵沉至分層高程時停止沉泵，開始向四周沖土、打砂，并根據開挖需要來回移動泥漿泵，當所有沖挖工作面聯通后，即完成一層開挖，然后重復以上工作進行下層開挖。

為防止泥漿泵堵塞，在沉泵的過程中砂漿濃度不宜過高，當泥漿泵沉到相應高程后，逐步使砂漿調整至正常濃度。原則上每臺泥漿泵配置兩把高壓水槍，兩個打砂手，一個主手，一個副手。主手負責泥漿泵吸入口角度、砂漿濃度調整，并負責引導砂漿進入泥漿泵吸入口。副手負責沖土、打砂，將沖挖的泥沙趕至泥漿泵附近，監控邊坡穩定。

3.2.5 邊坡修正及保護層開挖

邊坡保護層開挖同沖挖機組開挖同步進行，邊坡保護層開挖采用推土機卸土、集渣，形成毛坡，利用沖挖機組沖挖輸送。邊坡開挖先采用推土機按測量放線在坡面推出一個20m寬的標準坡面，然后按標準坡面向兩側擴挖，形成整段毛坡面。同時采用反鏟配合人工分段對坡面進行進一步整平和修理，已達到設計要求，完成一段及時采用大棚膜對坡面進行防護。

3.2.6 渣場吹填維護及平整

吹填時要求分倉吹填，布置成長條形，并且要求分層吹填，每次吹填層厚不宜超過1.0m。每倉吹填完成后，應間隔一段時間，待初步排水固結后，再進行下一層吹填施工，為加快邊坡排水及邊坡穩定，沿坡腳挖設排水溝。

3.3 吹填施工技術工程效果

邊坡保護層通過采用推土機開挖、反鏟配合人工修坡，排泥管線運送渣料的綜合開挖措施，有效的保證了邊坡的成型質量，克服了吹填施工邊坡成型差這一難題。經現場統計從吹填施工到結束總共歷時112天，其中降雨天氣44天，吹填施工除受強降雨、機械檢修、設備故障、深井降水等事件影響外，基本是連續施工。

引進吹填施工技術給項目帶來的效益。以機械開挖為例，按照招標文件采用機械開挖，運距在5.5km，每方土包括挖、裝、卸、平整（含臨時道路修筑）的綜合單價為12.65元/m3，而吹填開挖每方土的綜合單價為10.5元/m3，每方可節約成本2.15元/m3，開挖70.2萬m3，總共可節約成本150.9萬元。另外根據現場統計吹填施工期間共有44天降雨，如采用機械開挖在雨天無法施工，而采用吹填施工基本不受影響，給工程施工創造44天的工期。

土方開挖通過引進吹填施工工藝即保證了工期，又降低了施工成本，取得良好的經濟和社會效益。

4 結 論

隨著我國今年水電事業的蓬勃發展，施工技術水平和基礎處理水平不斷提高，沖挖機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行了結合，具有作業連續，施工強度穩定等特點。沖挖機組吹填技術以前主要在農田水利和疏浚工程中運用，證明了沖挖機組吹填技術在大型土方基坑開挖中應用是可行性的，具有較大的市場前景。該方法只要土質合適，水源及電源充足均可使用，但在確定使用該方法時應做好以下工作。

（1）調查水源，吹填施工主要依靠水來完成挖土和運土，需水量很大，因此在開挖區附近必須要有充足的水源。

（2）調查電源，吹填施工主要利用各種水泵完成土方開挖和運輸，用電量較大，采用自備電源費用較高，不穩定，因此吹填區附近應有充足的電源。

（3）土質是決定是否可采用吹填的關鍵因素之一，在決定施工方案之前必須先對施工區域的水位地質進行細致勘察，了解土層結構及各項指標，并進行認真研究分析后，確定方案。

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