水冲法在软土地区深基坑工程中的应用

闫红民，江 啸

（1.江苏方洋集团有限公司，江苏 连云港 222065；2.江苏方洋水务有限公司，江苏 连云港 222065）

水冲法在软土地区深基坑工程中的应用

闫红民1，江 啸2

（1.江苏方洋集团有限公司，江苏 连云港 222065；2.江苏方洋水务有限公司，江苏 连云港 222065）

在深厚软土地区，深基坑支护及开挖方案的选择显得尤为重要，以东港污水处理厂一期工程为例，介绍了水冲法在深基坑工程中的应用。该工程水冲法利用厂区周边充沛的河塘水，采用水力冲刷的方法开挖深基坑，经济和社会效益明显。

水冲法；软土地区；深基坑；效益分析

0 引言

连云港市沿海区域海淤深厚，承载力极差，透水性极低。在该种地质条件下，进行深基坑支护及开挖方案设计时需综合考虑，过于保守将造成工程投资浪费，过于冒险又会产生重大安全隐患。如何在保证质量、安全的前提下，又不失经济和社会效益，将是该地区深基坑方案选择时的重点。本文以连云港市徐圩新区东港污水处理厂一期工程为例，浅谈水冲法在软土地区深基坑工程中的应用。

1 工程概况

图1 二沉池平面及剖面图

东港污水处理厂采用高程±0.00 m相当于国家高程系+4.400 m。基坑周边自然地面高程为+ 3.700 m，自然地面相对标高为－0.700 m。二沉池底板坡度为1∶10，最深处标高为－4.000 m，中心处底板厚度为1.5 m，最大开挖深度4.90 m，开挖深度及土层示意如图2所示。

图2 二沉池开挖土层示意图

根据《连云港市深基坑工程管理办法》[1]第二条之规定：“深基坑是指开挖深度超过3 m（含3 m）及虽未超过3 m、但地质条件和周围环境特别复杂的基坑”，故该二沉池应视作深基坑工程。

2 工程地质

按土层的地质年代、成因类型、岩性及工程地质特性；根据施工影响深度，将场地土在勘察深度范围内自上而下划分为三个工程地质层。

（1）素填土层：灰黄色，稍湿，以黏性土为主，可塑状态为主，夹少量块石，均匀性较差。场区普遍分布，厚度为1.00～1.50 m，平均1.25 m，压缩性不均且较高，工程性能较差。

（2）黏土层：灰黄色，可塑，土质均匀，切面光滑，干强度高，韧性高。场区普遍分布，厚度为1.40～1.80 m，平均1.63 m，压缩性较高，工程性能较差。

（3）淤泥层：浅灰色，流塑，土质较均匀，中下部夹薄层粉土，干强度高，韧性中等，有轻微淤臭味。场区普遍分布，厚度为14.60～14.80 m，平均14.70 m，压缩性高，工程性能极差。

3 深基坑支护及开挖方案的选择

二沉池深基坑在进行方案设计时，前后形成过两套方案。

（1）方案一使用满堂式深搅桩对二沉池进行地基加固，并配合机械开挖土方。该方案无法避免机械或人工开挖，机械会对工程桩产生影响甚至破坏，而人工开挖则工期较长，最重要的是该方案中产生的地基加固费用惊人，造价高昂。

（2）方案二的核心为水冲法开挖配合局部地基加固。该方案第一阶段开挖顶部2.1 m范围（见图2），该段底板坡度约1∶10，直接放坡开挖，无需采取支护措施[2]；紧接着进行大面积底板施工，两条管道及中心下沉区域底板暂不施工，留施工缝。第二阶段，开挖两条管道及中心下沉区域土方，该区域采用搅拌桩支护且内部有格栅式加固（见图3阴影区域）。第三阶段，施工剩余部分底板。

图3 二沉池底板施工分区平面示意图

考虑到现场地质情况、工程造价、对工程桩的保护、场地条件、施工工期等多方面因素，该工程最终决定采用以水冲法开挖为核心，配合局部地基加固的深基坑方案[3]。

4 水冲法施工工艺

4.1 水冲法适用范围

为保证经济效益，水冲法施工场地及周边需同时具备下列条件：

（1）基坑及周边有足够的冲挖空间。

（2）施工场地附近存在天然河塘或类似的施工水源。

（3）施工场地附近需要有充足的场地空间作为沉淀池。

4.2 水冲法简述

水冲法是通过高压水枪形成密实的高速水柱，用其切割、粉碎土体的一种工法。该工法以水作为土的载体，将待开挖土体冲刷成泥浆，再用泥浆泵抽排至指定场地内沉淀，所析出的水可以重复利用，沉淀下来的泥土晾干后可作为场内回填土或外运。

水冲法施工具有以下优异性：

（1）水冲法以水作为载体，且设备轻便，对软土尤其是流塑状的淤泥有较好的适用性。

（2）水冲法操作简单、施工方便，施工效率较人工开挖提高很多，可一定程度上缩短工期。

（3）水冲法施工在软土地基基坑开挖过程中能有效地保证工程桩的质量。

（4）水冲法施工是一种清洁的施工方式，对环境不产生污染和破坏，且水源可以循环利用，符合建设节约型环保社会的要求。

4.3 施工工艺流程

施工工艺流程：施工准备→提升泵从水源（清水池）抽取施工用水→提升泵送水至增压泵→增压泵将水增压成高压水→高压水枪冲刷土体→形成泥浆水→泥浆泵将泥浆水排至沉淀池，如图4所示。

图4 施工工艺流程

4.4 施工准备

4.4.1 施工资源安排

厂区周边存在若干天然河塘，为水力冲挖施工提供了优良资源。

（1）施工水源（清水池）：直接利用场地西南侧河塘中的水作为施工用水源。

（2）沉淀池：场地南侧存在废弃河塘（近似80 m×60 m），可以作为天然沉淀池，待泥浆沉淀后，池内上层清水亦可用作施工用水，以达到水资源的循环使用。

4.4.2 施工主要机械设备

该机组主要由泥浆泵输泥系统、清水冲挖系统、配电系统、运输系统等部分组成。

（1）提升泵：1用1备，额定功率7.5 kW，流量160 m3/h，口径150 mm，扬程11m。

（2）增压泵：1用1备，额定功率15 kW，80-50-200B型，口径65 mm，压力0.6 MPa，流量60 m3/h，扬程50 m。

（3）泥浆泵：1用2备，额定功率15 kW，流量190m3/h，口径150 mm，扬程25 m。

（4）配电设备：低压启动漏电保护配电柜380V。

4.4.3 施工人员组织

（1）为了满足工期要求，本工程采用24 h全天候不间断作业，三班人员轮流作业。每套设备每班3人，其中2名工人操纵水枪负责冲土，1名工人负责管道疏通、清除障碍及线路维护。

（2）配置电工2人，由于处于湿作业阶段，电工须24 h巡查，发现问题，及时解决。

（3）人工清理基坑底的难度较大，需视现场情况配备足够的人工及时辅助修坡、清底。

4.5 施工方法及操作要点

4.5.1 水力冲挖方式

水冲法施工时，基坑内将有大量泥浆，容易将坑侧土体浸泡软化，进而引发边坡滑移失稳。因此，冲挖施工应采用“先中央、后四周、分层冲挖”的方式，尽量减少基坑周边的浸泡时间，保证基坑稳定[4]。

4.5.2 水冲法施工

在基坑中心，使用挖掘机挖出3 m×3 m×1.5 m左右的土坑，布置泥浆泵，作为冲土时的工作面。所有工作准备好后，打开高压水枪开始冲挖。土体被冲刷成泥浆后，泥浆在坑底部汇集，由泥浆泵抽至指定的沉淀池沉淀。沉淀析出的上层水可以再次抽至清水池循环利用。如图5所示。

图5 水冲法施工

在高压水冲刷土体时需注意高压水枪喷出的高压水一般要达到0.6 MPa，高压水与所开挖的挖土面应成30°～60°；要根据现场土质情况分层挖土（分层厚度不大于1 m），避免挖土面角度太大、太陡，引起挖土面的滑坡，对工程桩产生破坏。

4.5.3 泥浆外排

一般情况下，水力冲挖1 m3土用水量为3～4 m3，泥浆的含泥量在30%左右。为了使泥浆顺利外排，需保证泥浆泵口部向下且不会接触挖土面基底（防止堵塞）。本工程采用浮筒法，即在泥浆泵两边设置两个直径600 mm、长900 mm两头成尖状的铁制浮筒，四周封闭，通过钢支架将浮筒和泥浆泵连接成为一个整体，保证泥浆泵口部向下且不下沉，如图6所示。

图6 浮筒法

4.5.4 坡面安全及标高控制措施

水力冲挖施工基坑内有大量泥浆，容易将坑侧土体浸泡软化，进而引发边坡滑移失稳；同时，高压水枪压力很大，坡面标高难以控制，很容易出现超挖现象。为了避免上述问题，现场采取以下两项措施[5]：

（1）土方分层开挖时，每层基坑坡角和坡面预留土台（见图7），在下一道冲挖工序时挖走。此土台具有两个作用：一是压坡角；二是将泥浆和坡面土体阻隔。

图7 水力冲挖时预留护坡土台示意

（2）基坑底留20 cm土体供人工清理[6]。

5 效益分析

5.1 经济效益

（1）水冲法造价。水冲法利用场地河塘中的水作为施工用水，且设备简单，造价较低。二沉池、污泥浓缩池水冲法开挖量约为8 000 m3，采用机械挖土不可行，此部分土方只可采取人工挖土或者水冲法挖土。人工挖土的单价约为75元/m3，而水冲法挖土的单价约为28元/m3，采用水冲法挖土相比较人工挖土可以节约8 000×（75－28）=376 000元。

（2）基坑支护及开挖总造价。本工程中，原先地基满堂加固配合机械开挖的施工方案不仅对工程桩的保护不利，其支护及开挖总造价更是高达1 450万元；而以水冲法开挖为核心、配合局部地基加固的支护及开挖方案总造价约240万元，仅为原方案的1/6。

5.2 节约工期

二沉池单个基坑土方约为2 500 m3，水冲法挖土效率约为200 m3/（套·d），人工挖土效率约为2 m3/（套·d），假设采用50人进行人工挖土。采用水冲法挖土的工期为2 500 m3÷200 m3/（套·d）=13 d，而采用人工挖土所需要的工期为2 500 m3÷ [2 m3/（套·d）×50套]=25 d，可见水冲法挖土比人工挖土节省12 d。

5.3 社会效益

水冲法挖土为清洁无污染施工方法，不产生噪声、废气和废油等环境污染，水可以循环利用，节约能源符合可持续发展方针和节约型社会建设的要求，具有良好的社会效益。

6 结语

连云港市大部分地区海淤深厚，对于深基坑的土方开挖若采取常规的机械开挖，当工程基础采用桩基础时，上部机械行驶往往会对工程桩造成较大的扰动与破坏，不能保证工程桩的质量，且基坑支护费用高昂；若采用人工开挖，又会严重影响工期，并且成本同样很高。水冲法在本工程中可以有效保护工程桩、缩短工期，并且极大地降低了工程造价，在软土地区深基坑工程的应用中兼具良好的经济和社会效益，在满足适用范围的条件下，值得推广。

[1]连云港市城乡建设局.连云港市深基坑工程管理办法[Z]. 2015-02-13.

[2]《工程地质手册》编委会.工程地质手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1992：870.

[3]闫怀瑞，阎长虹，丁倩文.深厚软土地区基坑开挖主要工程地质问题与对策[J].地质评论，2015，1：149-154.

[4]刘国彬，王卫东.基坑工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2009：121-130.

[5]GB 50007—2011，建筑地基基础设计规范[S].

[6]JGJ 79—2012，建筑地基处理技术规范[S].

上海拟建轨交崇明线 从浦东金桥至崇明陈家镇

近日，《上海市轨道交通近期建设规划（2017-2025）》在“上海环境热线”披露，其中规划有9条线路，全长约285km，不仅有轨交崇明线，还有1号线莘庄站延长线、通往国际旅游度假区的21号线、轨交机场联络线等。环评对这一规划已有初步结论，称其符合国家相关政策，与上海市城市总体规划、土地利用总体规划、环境保护、历史文化名城保护等相关规划基本协调。

其中，19、20、21号线一期和13号线西延伸均为地下线，1号线西延伸为地面线。23号线、嘉闵线、机场联络线以及崇明线部分为高架线，部分地面线。9条上海轨道交通规划线路是对现有以及在建轨道交通的补充，对一些线路稀疏地区、空白地区也有进一步完善。

另外，9条轨道交通线路中，除了地铁列车外还将包括铁路城际列车，从目前规划看，机场联络线起自虹桥枢纽，终至上海东站，采用非地铁列车的可能性较大。通往崇明陈家镇的崇明线，如果仍然选择目前长江隧桥预留通道开行，或也将采用新型交通模式，非目前地铁A型车或C型车。

TU753

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1009-7716（2016）05-0230-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.05.064

2016-02-01

闫红民（1970-），男，河南商丘人，本科，高级工程师，江苏方洋集团有限公司副总裁。