深大基坑沖土泵送開挖的施工組織設計要點

危 鼎 周建民 周海貴 趙國偉 許國棟 青長江 龔扎力根白音

1. 中國建筑第八工程局有限公司 上海 200120；

2. 蕭山奧博投資有限公司 浙江 杭州 310000

杭州奧體中心工程位于杭州市蕭山區錢江世紀城，基坑開挖面積約150 000 m2，土方量約2 000 000 m3，基坑東西長560 m，南北寬320 m，開挖深度9～14 m，圍護大部分采用放坡加土釘支護，與周邊項目鄰近處采用SMW工法樁加混凝土角撐。工程位于錢江世紀城主城區，政府環保要求高，傳統土方開挖方法難以滿足工期及綠色施工的要求，必須采用新的出土方法。水利工程中使用砂石泵超遠距離泵送淤泥與泥沙的技術是解決目前建筑工程出土困難的一個思路，但要把在河道、灘涂等場所泵送淤泥與泥沙的技術應用于超大面積深基坑開挖中，則需要解決一系列問題，如沖土泵送泥漿工序與圍護、降水、破樁頭、清底、防水與底板施工等各道工序應如何合理穿插，各道工序的工作面應如何形成、展開與交接，各道工序中各種人力、機械、物資資源應如何配置等，做到在保證工期的條件下，使資源投入量最少，并盡早形成資源得到最大化利用的分區分塊流水施工[1-2]。

1 深大基坑沖土泵送開挖整體部署

采用沖土泵送開挖大面積基坑時，基坑的整體開挖部署可采用“一點到底、一線到端、以線帶面”的“匯流式”整體開挖部署。

“一點到底”是指為提高沖土效率，在開挖起始點就直接挖到基底標高或某設定標高，從而形成水利與土方機械立面組合開挖的工作面，而不是分層開挖，如圖1所示。

圖1 “一點到底”開挖方式示意

“一線到端”是指為避免重復多次地裝拆現場清水管與泥漿管，在大面積基坑開挖的過程中以最大開挖深度或某設定的挖深，沿著一條直線從基坑的一端直接開挖到另一端，而不是傳統的分塊開挖。

“以線帶面，匯流式”開挖指在基坑開挖過程中，以若干條直線開挖槽為主干，直線開挖槽的周邊土、基坑周邊的邊坡土及基底的保護預留土，用土方車短駁的形式匯入直線主干開挖槽內。同時，沿主干開挖槽開挖方向，從前向后依次布置沖土、降水、破樁頭、清底、防水與底板施工的工作面，從而形成“以線帶面”各道工序有序穿插的流水施工。深大基坑沖土泵送開挖整體部署如圖2所示。

圖2 “一線到端，以線帶面，匯流式”開挖示意

2 各工序先后穿插關系

沖土泵送開挖基坑與傳統挖機與土方車配合開挖基坑在施工機具、施工方法等方面都有很大不同[3-4]。沖土泵送開挖時，各工序的先后順序與傳統施工方法有較大差異。

2.1 沖土開挖與圍護施工的關系

沖土開挖相當于集水明排開挖，開挖時從周邊土里滲流到開挖坑內的水可由砂石泵統一抽走，且砂石泵功率很大，完全有能力將滲流入開挖坑中的水及時抽走，因此不需要等基坑周邊圍護與止水帷幕全部完成，即可開始基坑開挖，可大幅縮短開挖時間。本項目先行施工“兩館”（主體育館和游泳館）部分，且最先施工“兩館”周邊有勁性鋼管柱部分的結構，因此沖土開挖方向確定為由2臺砂石大泵分別沿著“兩館”周邊有勁性鋼管柱的區域，從西向東進行沖土施工，如圖3所示。這些開挖部位離圍護基坑邊較遠，沖土開挖的開始時間基本都在三軸止水圍護施工前或部分與圍護施工同步進行。

圖3 沖土開挖部署示意

2.2 沖土開挖與降水施工的關系

由于采用沖土泵送開挖，土體本身就需要用高壓水沖稀成泥漿，且開挖過程中基坑底部又不需要下土方車裝運土方，因此沖土開挖不需要像傳統開挖方法一樣，需等降水井施工完畢且降水效果達到一定程度后才能開始挖土方，沖土開挖的開始時間可提前到降水施工前。但沖土開挖到離基坑設計底標高只有0.5～1.0 m厚土層時，需要停止沖土，改用小挖機與人工開挖最后0.5～1.0 m厚的土與承臺，此時為了可使用小型機械下基坑底作業，并方便底板墊層施工，又需要在清底作業前插入降水工序，把坑底地下水位降到底板底標高下1 m。因此，降水施工的工序從土方開挖前調整到沖土開挖到基底標高后。

2.3 沖土開挖與機械破樁頭施工的關系

由于沖土泵送開挖采用一沖到底的施工方式，不是傳統的分層開挖，樁頭也不能分層破除，因此現場經常會出現沖出大片較高的樁頭的場景，如圖4所示。

圖4 “一點到底”開挖出的樁頭

有的樁頭高達十余米，為了施工安全與下一步工序能夠正常開展，必須采用鎬頭機機械破除沖出的樁頭，但在使用機械破除樁頭時，為避免鎬頭機沖擊造成斷樁，破除點需控制在距離基坑底高1 m以上的標高處。由于沖土區水管與電纜密集，故鎬頭機破樁作業只能等到沖土現場移除泥漿小泵以及各種水管與電線后才能進行，且為了鎬頭機能持續作業與有較好的回轉半徑，鎬頭機破樁作業最早插入時間可為沖土開挖出至少一塊按后澆帶劃分的底板區域后。此階段破樁頭的工作包括在離基底面高1 m處放倒樁頭，并把樁頭破碎，吊裝到基坑周邊運出現場或做其他利用。剩余的高1 m樁頭需等到做墊層時人工破除。

2.4 破樁頭與降水施工關系

破樁頭與降水施工均在沖土開挖到基底標高后進行，若按施工的可操作性分析，降水井施工幾乎可與沖土施工同步進行，即當沖土開挖到基坑底后，即可插入降水井作業。若按工序先后服務的關系，降水施工也應放在破樁頭施工前，因為降水后基底硬實，方便鎬頭機在坑底的行駛與破樁作業。但考慮到若按設計要求間距全部完成了降水井施工后，后期插入的破樁頭施工會對已完成的降水井產生大量破壞，且前期打好的降水井由于經常要拆裝電線讓出施工道路給鎬頭機通行，降水效果也不理想，所以現場可根據實際情況進行分析：若開挖到基底后經過簡單、短暫的明排水后，基底的強度可滿足鎬頭機行走要求，則全部的降水井施工都可放在破樁頭施工后。若不進行降水時基坑底強度無法滿足鎬頭機行走要求，則可采用局部真空降水方式讓局部基底滿足鎬頭機行駛要求，讓鎬頭機先在局部進行破樁作業，其他地方加大明排水的力度并填墊破好的樁頭碎塊，從而滿足鎬頭機行駛的要求；在一塊底板區域內破完樁頭并清除完垃圾后，再正式進行降水井施工。未降水條件下的機械破樁頭作業現場如圖5所示。

圖5 未降水條件下的機械破樁頭作業現場

2.5 沖土開挖與基底土開挖施工的關系

基底土為設計底板底標高上的0.5～1.0 m厚保護土層，基底土開挖需等到機械破樁頭與降水工作結束后進行，土方單位需要進場小型挖機，配合人工清除基底剩余的0.5～1.0 m厚保護土及樁間土，并挖出承臺與地梁。挖出承臺與地梁后，再使用人工破除高1 m的樁頭，把樁頭修到設計標高。基底土開挖與樁頭修整完畢后，可按正常工序開展后續的墊層、防水與底板施工流程。

3 工作面展開速度與人工機械配置

3.1 沖土展開面速度與人工設備配備

采用土方機械配合水利機械泵送出土時，1臺流量為486 m3/h、功率為280 kW的砂石大泵的出土效率平均為2 500 m3/d，若以后澆帶為檢驗批劃分界線，1塊底板的面積約為40 m×40 m，本項目平均開挖深度10 m，去掉表層與基底土后，大約為8 m，再考慮開挖四周存在一個45°左右的開挖坡度，因此沖出一塊底板作業面積需要沖走大約18 300 m3的土，若使用1臺砂石大泵開挖則大約需要7 d。1臺清水大泵可接9～12個水槍，共需配9～12個水槍操作手，3～4個設備看守操作工，1臺砂石大泵可接3個砂石小泵，共需配9個操作與清理手，共約30個工人與管理人員，若兩班輪做則需60個工人與管理人員。后續各道工序都可按此7 d一塊的沖土工作面展開速度，安排機械設備和勞動力的數量與進場時間。本項目配備2家土方勞務隊時，每家勞務隊按7 d一塊的速度確定沖土展開面，并按此工作面展開速度，安排清底和挖承臺的小型挖機數量與配合人工。

3.2 機械破樁頭速度與人工機械配備

由于沖土區各種水管與電纜密集，鎬頭機為大型機械設備，且需要繞場地行走，因此破樁作業只能等到現場移除所有泥漿小泵與水管后才能進行。鎬頭機破樁作業最早在沖出一塊底板的后一天插入進行，即開始沖土7 d后。在一塊40 m×40 m底板工作面內，效率與經濟性較好的破樁配置是1臺鎬頭機加4個工人。奧體項目一塊底板面積內平均有100根樁，1個鎬頭機平均破樁效率為30根/d，破完100根樁需3.3 d。放倒樁頭后還需將樁頭破碎與歸堆，人工割除鋼筋后才能運出破碎的樁頭混凝土，此工作需3 d，因此，經濟高效地破除一塊底板的樁頭需要6.5 d。

3.3 基底降水施工速度與人工機械配備

沖土開挖的基底通常起伏較大，沒有降水的基坑底部又較軟、承載力差，打井機械行走能力不及鎬頭機，一般不能進入沖土開挖出的基底進行打井施工。考慮到已挖到基坑底部，降水井不需太深，通常可采用人工成井法降水。奧體項目一塊底板平均需打井4口，4個工人采用人工成井需要1 d，再把水降到基底下1～2 m需要2 d，即沖土開挖后18 d，第1塊底板具備清底與挖承臺工作面。

3.4 清底挖承臺與人工破樁頭速度

降水結束后，土方單位繼續進場小挖機配合人工清除基底剩余的0.5～1.0 m厚保護土及樁間土，挖出1～2 m深承臺與地梁，并修出邊坡。1塊底板較經濟與合理的配置為1臺小挖機與8個工人，此工序要占據3 d。在挖出承臺與地梁的同時可插入人工破樁與修樁頭作業，通常一塊底板由4人進行人工破樁、修樁頭作業，工期也為3 d。即沖土開挖后24 d，第1塊底板具備墊層施工的工作面。往后進入正常的防水與底板施工流程。

4 結語

在杭州奧體中心工程中，項目部結合工程實際進行技術攻關，在超大面積深基坑開挖中采用水利機械配合土方機械開挖施工技術，有效地進行了基坑圍護、場內短駁土、沖土區翻土松土、沖土稀釋、泵送泥漿、基坑降水、破樁清底、防水及底板結構施工等工序作業，不僅加快了工程施工進度、降低了成本，而且實現了現場土方施工階段的綠色環保。本文所總結的深大基坑沖土泵送開挖施工組織設計有著廣闊的發展空間和應用前景。