土方吹填施工技术在龙头寨大型基坑工程的应用

苑 萩

（江西省水利水电建设有限公司，江西南昌 330028）

1 工程概况

龙头寨工程位于江西黎川县宏村镇境内、抚河一级支流黎滩河上游龙安河上，坝址以上控制流域面积 67.12km2，水库正常蓄水位 272.0m，死水位245.0m，总库容 3046万 m3，设计灌溉面积 25000亩，电站装机3×1700kW，设计多年平均发电量1470万kW·h，电站年利用小时数2882。是一座以发电为主，兼有灌溉、养殖等综合利用的水利工程。工程主要由大坝、引水系统、发电厂房及升压变电站组成。

根据设计勘察资料，从地面至EL3.5～5.0m为粉质壤土及粉细砂，厚约 24.47～34.4m；EL3.5～5.0m至 EL-5.0m为卵石层，厚约 8.5～10.0m；EL-5.0至EL-20m为砂卵石，厚约15.0m，以下为砂岩，渗透系数为5.0×10-4cm/s。地下水位在地面以下1.0～2.0m。

2 土方开挖施工技术方案比较及选择

电站厂房土方开挖方量任务重，又要避开梅雨季节，根据施工总进度安排，经土方挖填平衡计算，为了选择适合的开挖方案，我们对以下几种方案进行了比较。

2.1 机械开挖方案

按照常规的土方工程施工方法，采用反铲挖装或装载机挖装自卸汽车运至渣场，渣场采用推土机平仓。该方案优点是施工设备易于组织、产量高、工艺成熟、质量有保证。缺点：临时道路修筑和维护量大、成本高，受降雨影响严重，具以往类似工程施工经验，每降一天雨，要影响2～3天，工期很难保证。

2.2 挖泥船吹填方案

工程具备小型挖泥船作业条件。基坑开挖拟定将小型挖泥船解体吊入基坑后重新组装，采用挖泥船直接进行水下开挖，在四周和底部预留 5.0m保护层，采用机械开挖。该方案的优点是施工不受降雨影响。缺点是挖泥船必须解体进出基坑，准备工作复杂、时间长、成本高，需不断补水以防止搁浅，用水量大，对地基扰动大，质量很难保证。

2.3 冲挖机组吹填方案

冲挖机组吹填施工是利用高压水切割土层，打成泥（沙）浆，再用泥浆泵抽至指定弃土场的新型开挖方法。以前主要在农田水利和疏浚工程中运用。该开挖方法主要适用于粉细沙、中粗砂、砂质粘土及粘土地层。根据地质勘察资料显示土方开挖主要为粉细沙和粉质壤土，比较适合。该方案优点是受降雨影响较小，生产均衡连续，对施工道路要求不高、成本较低，工期有保证。缺点是边坡成型质量较差、需水量较大。

针对以上各种方案优缺点，并结合工程实际情况进行综合比较分析，明显冲挖机组吹填方案优于其他两种方案。因此开挖拟定采用冲挖机组吹填方案。为了保证边坡成型质量，拟定在边坡四周预留保护层，采用机械和人工配合修坡。

3 土方吹填施工技术应用

3.1 工程应用简述

根据总进度计划，电站厂房土方开挖拟定布置3条吹填管线，设计总生产能力1.5万m3/d，单条管线生产能力5000m3/d。排泥管线根据地势、土层的吹挖难易程度和吹填设备最佳有效控制范围等情况布置，拟在右侧高漫滩布置2条排泥管线，在河床布置1条排泥管线，每条管线配置6套吹填冲挖机组设备，其中1套作为备用和调节浆液浓度。由于基坑吹填工作面距渣场 5.5km，根据输送设备的技术参数每条输送管线按四级接力设计，采用封闭式远地串联方式接力。由于电站厂房基坑开挖深度大，一级接力泵按高度与水平距离经验公式折算，布置在距离工作面 300m范围以内，往后每级按 1.50km布置。吹填主要依靠高压水切割土层，形成适宜的砂浆或泥浆利用泥浆泵抽排，以达到开挖的目的。根据以往施工经验最宜泥浆泵抽排的砂浆或泥浆浓度为15%～35%，砂性土为上限，粘性土为下限。厂房主要为砂性土，取 30%。按高峰开挖强度计算，每天需水量约为5.0万m3，为满足吹填需要拟定在电站厂房上、下游各布置一个 2000m3的蓄水池向冲挖机组供水。

电站厂房吹填采取分区、分层开挖。为保证边坡成型质量，防止建基面不被扰动，电站厂房四周边坡及底板预留保护层，边坡保护层厚度以下级马道外边至边坡开口线，底板保护层厚度为3.0m。根据电站厂房开挖图及吹填管线布置，厂房开挖拟定分3个区同时进行，每条排泥管线负责一个区，每个区控制4000～5000m2的开挖范围。吹挖采取从上至下分层进行，分层厚度 3.0～5.0m。边坡保护层开挖同吹挖同步进行，采用推土机卸土、集渣，反铲配合人工修坡，渣料直接排泥管线运至渣场。底板保护层开挖采用反铲挖装，自卸汽车运至渣场。

3.2 土方吹填施工技术工艺

3.2.1 基本资料收集及分析

基本资料主要分两类。一类是与生产、生活有关的人员、设备及当地法律、法规、交通、供应、治安等施工组织资料；另一类为是与工程直接相关的水文、气象、地形、地质的自然资料。

土质是决定吹填工程质量与生产效率的关键性因素之一，因此施工前应对挖土区的水文地质资料进行仔细研究和分析，了解土壤类别、结构及物理力学指标，并通过试生产了解其吹填特性、固结特性及渗透特性等，以此作为设备选型、制定施工方案和编制施工进度计划的依据。

3.2.2 施工准备

（1）测量控制网及原始地形复测。施工前先按设计及规程规范要求，对业主提供测量控制网进行加密，建设符合要求的施工控制网，然后进行原始地形进行复测，计算工程量，为施工方案编制、进度安排及计量提供依据。

（2）施工道路布置。吹填开挖设备主要为特种水泵和排泥管线，设备质量轻，组装简单，人工即可完成装拆及搬运。因此，吹填施工对施工道路要求不高，只要修筑能满足人员及反铲行走的简易道路即可。

（3）供水系统建设。吹填开挖主要是利用水作为开挖动力和输送介质，进行土方开挖和运输的，因此充足的水源是进行吹填开挖的重要条件之一。

（4）供电系统建设。吹填施工主要为各种水泵和施工照明用电，用电负荷较大，布置比较分散。根据吹填管线布置、用电点及负荷分布情况，施工供电拟分四个点进行供电，电源从农网“T”接。

（5）排泥管敷设及接力泵安装。排泥管按材质不同分为钢管、聚氨脂橡胶管、高分子聚录乙烯塑料管和尼龙管。排泥管线线路敷设应选择在远离居民区、平坦、空旷地区，并尽量少占用农田，保证地方交通安全减少线路长度。施工前，安排测量人员对管线沿线地形进行测量并合适的排泥管线走向及接力设备定位进行标识，方便管线架设施工。排泥管线布置应平坦顺直，避免死弯，出沙口伸出淤区围堰坡脚的距离不小于5m，并应高出排泥面0.5m以上。输送管线以每级接力泵起始按新旧、磨损轻重依次敷设，接头应紧固严密，整个排泥管线和接头不得漏砂、漏水，一旦发现泄露，应及时修补或更换。输送管线支架必须牢固，水、陆排泥管连接采用柔性接头。

（6）渣场规划。弃土区围堰局部加高培厚按原设计采用粘土分层回填，泄水口采用堰内埋管，退水渠采用反铲进行清淤，纵坡控制，以不淤积为宜。

3.2.3 测量放样

冲挖机组开挖放线：在每层开挖前测量队采用全站仪，按照吹填施工方案要求放样，预留保护层，并在特征点、拐点插上醒目的标志。在开挖过程中测量队严重控制分层高度及开挖边线，防止冲挖机组开挖过程中扰动边坡和建基面。

边坡保护层开挖测量放线：边坡保护层开挖采用全站仪，按照设计开挖边线放样，预留 30cm保护层，进行人工修坡、平整。

3.2.4 冲挖机组开挖施工

每套冲挖机组由一台6PNT泥浆泵一台15kW离心泵和两把高压水枪组成。根据以往经验每套冲挖机组最佳控制范围 30m，测量放线后，现场按照冲挖机组的最佳有效控制范围进行布泵，并铺设软式排泥管与增压罐相连接。

泥浆泵布置到位后开始采用高压水枪围绕泥浆泵进行冲挖，进行沉泵。当泵沉至分层高程时停止沉泵，开始向四周冲土、打砂，并根据开挖需要来回移动泥浆泵，当所有冲挖工作面联通后，即完成一层开挖，然后重复以上工作进行下层开挖。

为防止泥浆泵堵塞，在沉泵的过程中砂浆浓度不宜过高，当泥浆泵沉到相应高程后，逐步使砂浆调整至正常浓度。原则上每台泥浆泵配置两把高压水枪，两个打砂手，一个主手，一个副手。主手负责泥浆泵吸入口角度、砂浆浓度调整，并负责引导砂浆进入泥浆泵吸入口。副手负责冲土、打砂，将冲挖的泥沙赶至泥浆泵附近，监控边坡稳定。

3.2.5 边坡修正及保护层开挖

边坡保护层开挖同冲挖机组开挖同步进行，边坡保护层开挖采用推土机卸土、集渣，形成毛坡，利用冲挖机组冲挖输送。边坡开挖先采用推土机按测量放线在坡面推出一个20m宽的标准坡面，然后按标准坡面向两侧扩挖，形成整段毛坡面。同时采用反铲配合人工分段对坡面进行进一步整平和修理，已达到设计要求，完成一段及时采用大棚膜对坡面进行防护。

3.2.6 渣场吹填维护及平整

吹填时要求分仓吹填，布置成长条形，并且要求分层吹填，每次吹填层厚不宜超过1.0m。每仓吹填完成后，应间隔一段时间，待初步排水固结后，再进行下一层吹填施工，为加快边坡排水及边坡稳定，沿坡脚挖设排水沟。

3.3 吹填施工技术工程效果

边坡保护层通过采用推土机开挖、反铲配合人工修坡，排泥管线运送渣料的综合开挖措施，有效的保证了边坡的成型质量，克服了吹填施工边坡成型差这一难题。经现场统计从吹填施工到结束总共历时112天，其中降雨天气44天，吹填施工除受强降雨、机械检修、设备故障、深井降水等事件影响外，基本是连续施工。

引进吹填施工技术给项目带来的效益。以机械开挖为例，按照招标文件采用机械开挖，运距在5.5km，每方土包括挖、装、卸、平整（含临时道路修筑）的综合单价为12.65元/m3，而吹填开挖每方土的综合单价为10.5元/m3，每方可节约成本2.15元/m3，开挖70.2万m3，总共可节约成本150.9万元。另外根据现场统计吹填施工期间共有44天降雨，如采用机械开挖在雨天无法施工，而采用吹填施工基本不受影响，给工程施工创造44天的工期。

土方开挖通过引进吹填施工工艺即保证了工期，又降低了施工成本，取得良好的经济和社会效益。

4 结 论

随着我国今年水电事业的蓬勃发展，施工技术水平和基础处理水平不断提高，冲挖机组吹填施工是一种新型的土方工程施工方法，它有效的将开挖和填筑进行了结合，具有作业连续，施工强度稳定等特点。冲挖机组吹填技术以前主要在农田水利和疏浚工程中运用，证明了冲挖机组吹填技术在大型土方基坑开挖中应用是可行性的，具有较大的市场前景。该方法只要土质合适，水源及电源充足均可使用，但在确定使用该方法时应做好以下工作。

（1）调查水源，吹填施工主要依靠水来完成挖土和运土，需水量很大，因此在开挖区附近必须要有充足的水源。

（2）调查电源，吹填施工主要利用各种水泵完成土方开挖和运输，用电量较大，采用自备电源费用较高，不稳定，因此吹填区附近应有充足的电源。

（3）土质是决定是否可采用吹填的关键因素之一，在决定施工方案之前必须先对施工区域的水位地质进行细致勘察，了解土层结构及各项指标，并进行认真研究分析后，确定方案。

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