水沖法在軟土地區(qū)深基坑工程中的應用

閆紅民，江 嘯

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

水沖法在軟土地區(qū)深基坑工程中的應用

閆紅民1，江 嘯2

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

在深厚軟土地區(qū)，深基坑支護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，進行深基坑支護及開挖方案設計時需綜合考慮，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，自然地面相對標高為－0.700 m。二沉池底板坡度為1∶10，最深處標高為－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)境特別復雜的基坑”，故該二沉池應視作深基坑工程。

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 深基坑支護及開挖方案的選擇

二沉池深基坑在進行方案設計時，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行地基加固，并配合機械開挖土方。該方案無法避免機械或人工開挖，機械會對工程樁產(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，無需采取支護措施[2]；緊接著進行大面積底板施工，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、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，以達到水資源的循環(huán)使用。

4.4.2 施工主要機械設備

該機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）配電設備：低壓啟動漏電保護配電柜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)。每套設備每班3人，其中2名工人操縱水槍負責沖土，1名工人負責管道疏通、清除障礙及線路維護。

（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，進而引發(fā)邊坡滑移失穩(wěn)。因此，沖挖施工應采用“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，使用挖掘機挖出3 m×3 m×1.5 m左右的土坑，布置泥漿泵，作為沖土時的工作面。所有工作準備好后，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到0.6 MPa，高壓水與所開挖的挖土面應成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，進而引發(fā)邊坡滑移失穩(wěn)；同時，高壓水槍壓力很大，坡面標高難以控制，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 水力沖挖時預留護坡土臺示意

（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）基坑支護及開挖總造價。本工程中，原先地基滿堂加固配合機械開挖的施工方案不僅對工程樁的保護不利，其支護及開挖總造價更是高達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），假設采用50人進行人工挖土。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)的機械開挖，當工程基礎采用樁基礎時，上部機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，且基坑支護費用高昂；若采用人工開挖，又會嚴重影響工期，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)深基坑工程的應用中兼具良好的經(jīng)濟和社會效益，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，建筑地基基礎設計規(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、軌交機場聯(lián)絡線等。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、歷史文化名城保護等相關規(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、機場聯(lián)絡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充，對一些線路稀疏地區(qū)、空白地區(qū)也有進一步完善。

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，機場聯(lián)絡線起自虹橋樞紐，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，江蘇方洋集團有限公司副總裁。