水力沖刷吹填在河道土方開挖中的應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)分析

張春鋒

浙江省隧道工程集團(tuán)有限公司 浙江 杭州 310012

1 工程概況

寧波杭州灣新區(qū)濱海新城啟動(dòng)區(qū)水利工程零星項(xiàng)目（西片區(qū)、東片區(qū)及橫河節(jié)制閘工程）Ⅲ標(biāo)段位于杭州灣新區(qū)庵東鎮(zhèn)，工程區(qū)域地形平坦，工程主要任務(wù)是：5號(hào)景觀河和港灣河的開挖及新建護(hù)岸，合同工期360天。其中5號(hào)景觀河長(zhǎng)度684m，可分為西、中、東三段，土方開挖量83545m3；港灣河長(zhǎng)364m，土方開挖量45185m3，合計(jì)128730m3。土質(zhì)為淤泥、粉砂、粉質(zhì)黏土、雜填土，局部少量建筑垃圾。河道開挖后需轉(zhuǎn)運(yùn)至政府指定排土場(chǎng)，運(yùn)距10～15km。

2 開挖方案比選

2.1 工程施工方案

該工程施工主要順序?yàn)椋骸八耐ㄒ黄健薄鷾y(cè)量放樣→圍堰施工→土方開挖（機(jī)械開挖/水力沖挖）→基礎(chǔ)處理施工→護(hù)岸（擋墻）施工→墻后回填→（凈水設(shè)備）→綠化施工等附屬工程→竣工驗(yàn)收。土方開挖和護(hù)岸施工為本工程關(guān)鍵性工程，為保證順利施工，土方開挖方式選擇尤為重要。

2.2 機(jī)械開挖

傳統(tǒng)式開挖，施工過程使用大型施工機(jī)械，如挖掘機(jī)、裝載機(jī)和自卸汽車等，施工速度快，適用各類土質(zhì)。但機(jī)械開挖遠(yuǎn)距離運(yùn)輸不經(jīng)濟(jì)，雨天施工道路難以通行，施工前需提前平整后進(jìn)場(chǎng)道路，需要設(shè)置洗車池，租賃鐵板鋪設(shè)進(jìn)場(chǎng)道路防止輛塌陷需要增加較多費(fèi)用[1]。

采用機(jī)械開挖方式，自卸車運(yùn)至政府指定棄渣場(chǎng)時(shí)需繳納200元/車（22m3）的卸點(diǎn)費(fèi)，使得開挖成本大幅增加。

在河道中采用機(jī)械開挖，因受場(chǎng)地限制，不能安排過多車輛，且本工程受業(yè)主政策未處理等原因影響，5號(hào)景觀河中、東段及港灣河南端仍無法施工，故按兩個(gè)裝運(yùn)點(diǎn)計(jì)劃，按日運(yùn)輸100車計(jì)算，每月施工20天，3個(gè)月可完成開挖。但施工期間可造成窩工風(fēng)險(xiǎn)，易增加施工成本。

2.3 沖刷吹填開挖

沖刷吹填開挖適用于松散的地基土，如粉質(zhì)黏土及粉砂粉細(xì)砂。該工藝采用高壓水槍打砂沖砂，形成泥漿，再用泥漿泵將泥漿送至壓力管路，然后用接力泵輸出。其施工原理是模擬自然界的水流沖刷現(xiàn)象，借過水槍噴射一股密集高壓、高速柱狀水流，對(duì)開挖的土體進(jìn)行切割、粉碎，使之濕化、崩解，形成泥漿和泥塊混合液，再由泥漿泵及輸泥管輸送到渣土場(chǎng)進(jìn)行沉淀，從而完成土方工程挖、裝、運(yùn)、卸各施工工序。

因此，采用沖刷吹填開挖河道，必須有水源、電源和棄渣場(chǎng)。5號(hào)景觀河及港灣河與已開挖河道相接，取水方便；施工場(chǎng)地周邊都為房屋建筑工地，配電系統(tǒng)較為方便，5號(hào)景觀河已有變壓器站供使用。

港灣河毗鄰十一塘，沿十一塘方向，已有杭州灣新區(qū)某單位投資興建用于沖刷吹填使用的輸泥漿總管道（聚乙烯鋼絲網(wǎng)骨架復(fù)合管1.0MP DN500）沿塘鋪設(shè)，直至棄土區(qū)，該棄土區(qū)在填高后，用于開發(fā)區(qū)統(tǒng)一管理。5號(hào)景觀河僅需新鋪設(shè)1.5km管道即可接入十一塘總輸泥管。根據(jù)政府規(guī)定，排泥后無須繳納卸點(diǎn)費(fèi)，減小了開挖成本[2]。

根據(jù)可業(yè)主政策未處理等原因，計(jì)劃與機(jī)械開挖方式相同，兩個(gè)施工點(diǎn)同時(shí)施工作業(yè)， 每個(gè)施工點(diǎn)配兩臺(tái)功率22kW泥漿泵，日工作時(shí)間平均10h，日處理量約為804m3（40×10×3×0.67），每月按施工進(jìn)度26天考慮，6個(gè)月可施工完成。如后期政策處理較理想，還可增加工作面，縮短施工工期。

河道開挖采用水力沖刷時(shí)，可分段施工。本工程5號(hào)景觀河?xùn)|段施工完畢，在施工西段或中段沖刷吹填時(shí)，東段可進(jìn)行擋墻開挖，護(hù)岸施工，可進(jìn)一步縮短施工工期。

綜上所述，本土方開挖選擇水力沖刷吹填，施工更為方便，節(jié)省開挖成本，不影響施工工期。

3 沖刷施工

3.1 機(jī)組選型

沖刷開挖施工機(jī)組主要由三部分組成，立式泥漿輸泥系統(tǒng)，包括立式泥漿泵、浮體、場(chǎng)內(nèi)輸泥管；清水沖泥系統(tǒng)，包括清水泵、輸水管、沖水槍；配電系統(tǒng)，包括配電箱、防水電纜等。

泥漿泵作為機(jī)組最重要排泥設(shè)備，兩河道施工點(diǎn)擬選用五臺(tái)NL125-20.0型泥漿泵，每施工區(qū)各放置兩臺(tái)配備浮體，另一臺(tái)備用，其技術(shù)能力如下：

表1 泥漿泵技術(shù)能力表

為使沖挖順利，水槍出口保持較高水頭，兩河道各配一臺(tái)DL100-20X63型清水泵，每臺(tái)清水泵配三個(gè)沖水槍頭，并另外準(zhǔn)備一臺(tái)清水泵備用，其技術(shù)能力如下：

表2 DL100-20X63型清水泵技術(shù)表

3.2 輸送管道和輸送路線

3.2.1 場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸：清水泵連接HDPE DN150管至開挖河道，再用柔性法蘭連接高壓耐磨抗老化4寸軟管與槍頭連接；泥漿泵連接4寸軟管，同樣采用柔性法蘭接頭與新鋪設(shè)的輸泥漿管道連接。

3.2.2 場(chǎng)外泥漿運(yùn)輸：場(chǎng)外泥漿運(yùn)輸即泥漿輸送總管道，采用HDPE DN200 1.0MP泥漿管，單根長(zhǎng)9m焊接連接，輸送至由杭州灣新區(qū)某單位投資建設(shè)用于沖刷吹填使用的輸泥漿總管道，直至棄渣場(chǎng)。

3.2.3 管道鋪設(shè)：因新區(qū)地勢(shì)平坦，沿線道路適當(dāng)平整，與主管連接段管道采用汽車吊，4名工人配合焊接，沿道路連接直至連接主管道。保持管線平坦，順直，不拐死彎。整個(gè)管線和接頭不得漏泥、漏漿、漏水，發(fā)現(xiàn)泄漏，應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)或更換。

3.3 水力沖挖吹填

3.3.1 開挖順河岸線方向縱向進(jìn)行，合理安排開挖區(qū)塊，測(cè)量人員定出開挖樣線，開挖過程做好高程及邊坡控制工作。

3.3.2 每一施工點(diǎn)配四名工人，兩至三人控制沖水槍，一人控制泥漿泵，要隨時(shí)注意泥漿的濃度，三部高壓水槍進(jìn)行沖刷，以免高濃度泥漿阻塞管道。泥漿泵沖挖應(yīng)從上向下分層進(jìn)行，層高不得超過1m。每個(gè)泥漿泵負(fù)責(zé)抽取周邊30m范圍內(nèi)的泥漿，沖刷完成再向前移動(dòng)。每個(gè)臺(tái)泥漿泵采用浮筒架空，安放在開挖面的最低處，高壓水槍沖刷過程中，槍口不能毫無目的的隨便移動(dòng)，要從泥漿泵周圍某處逐漸地向四周擴(kuò)展，保證人員安全。

3.3.3 泥漿泵開挖時(shí)，嚴(yán)禁直接沖挖底腳，造成土體坍塌，控制好開挖區(qū)高程。嚴(yán)格控制開挖區(qū)開挖高程和岸坡樣線，不可深坑取土，應(yīng)逐層取土，防止發(fā)生土方坍塌，造成安全事故。施工過程中，應(yīng)做好圍堰及排水工作，沖刷吹填完成，沖刷掃平后圍堰拆除[3]。

3.4 注意事項(xiàng)

3.4.1 土方開挖區(qū)應(yīng)注意圍堰安全，設(shè)置好安全警示標(biāo)志，經(jīng)常性對(duì)圍堰進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題后及時(shí)進(jìn)行加固處理。開挖至邊坡應(yīng)進(jìn)行放坡，防止邊坡坍塌影響人員安全。

3.4.2 泥漿泵施工應(yīng)注意用電安全，應(yīng)有專職電工進(jìn)行用電線路架設(shè)及安裝，施工場(chǎng)區(qū)設(shè)置安全警示標(biāo)志，防止人員進(jìn)入，影響周邊群眾生命安全。

3.4.3 泥漿泵施工時(shí)應(yīng)注意排泥管道平直、順暢，每一泥漿泵區(qū)域安排一人負(fù)責(zé)，沿線管路經(jīng)常性檢查，對(duì)損壞的泥漿管及時(shí)更換，防止泥漿外流。

4 經(jīng)濟(jì)分析

4.1 機(jī)械開挖

機(jī)械開挖費(fèi)用一覽表：

表3 機(jī)械開挖費(fèi)用一覽表

根據(jù)該機(jī)械方式開挖，土方開挖完成費(fèi)用不低于357.86萬元，折合單價(jià)不低于27.8元/m3。該費(fèi)用不含新建洗車池、進(jìn)場(chǎng)道路鐵板租賃費(fèi)用、管理人工費(fèi)用，以及自卸車在裝運(yùn)或卸車陷入風(fēng)險(xiǎn)的費(fèi)用以及稅費(fèi)。

4.2 沖刷開挖

水力沖刷吹填費(fèi)用一覽表：

表4 水力沖刷吹填費(fèi)用一覽表

（續(xù)表）

目前土方開挖施工除沖刷掃平外基本施工完成，累計(jì)費(fèi)用約115.86萬元，折合土方開挖單價(jià)為￥9元/m3。

相比機(jī)械開挖，本河道采用土方?jīng)_刷施工至少可節(jié)約242萬余元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

5 結(jié)束語

本文通過對(duì)寧波杭州灣新區(qū)濱海新城啟動(dòng)區(qū)水利工程零星項(xiàng)目（西片區(qū)、東片區(qū)及橫河節(jié)制閘工程）Ⅲ標(biāo)段河道開挖方案比選后，采用水力沖刷吹填施工，討論了該方案施工的可行性。通過對(duì)實(shí)際施工后的對(duì)比，該方案可靠，對(duì)類似的工程具有一定的指導(dǎo)意義。主要結(jié)論如下：

在粉質(zhì)黏土及粉砂粉細(xì)砂等構(gòu)造的河道開挖中，沖刷吹填開挖施工方便，僅需高壓水槍、泥漿泵、接力泵等小型機(jī)械，采用一些簡(jiǎn)單的管線布置即可達(dá)到開挖的效果。缺點(diǎn)是工期比傳統(tǒng)開挖較長(zhǎng)，可在寬松工期或可交叉施工條件下推廣使用。

在沖刷吹填施工過程中，無須在大型機(jī)械進(jìn)駐施工現(xiàn)場(chǎng)，避免了機(jī)械傷害事故，減少碳排放，安全可靠，環(huán)保施工。

有較好的社會(huì)效益，沖刷吹填施工，可增加土地面積，供開發(fā)及利用。

有較好的經(jīng)濟(jì)效益，可以完成遠(yuǎn)距離出土，節(jié)省投資成本，帶來經(jīng)濟(jì)效益。