水力冲挖在软土场地中的应用

冯是明

(江西省水利水电建设有限公司，江西 南昌 330025)

随着城市化的快速发展，商业化、工业化导致乡镇人口大幅度流入城市内，城市地表有限空间已不足以满足人类活动需要。随着高层建筑广泛建设与地下空间的开发利用，深基坑工程技术的研究地位越发重要，并朝着“超大、超深、超复杂”方向发展。

软土一般指以灰色为主的、天然孔隙比≥1.0且天然含水量大于液限的细粒土。由于软土具有含水量高、透水性差、抗剪强度低、压缩性高、灵敏度较高、扰动性大、土层分布复杂且各土层之间物理力学性质相差较大等特点，工程建设上常避开软土场地。然而，随着城市建设的高速发展，大城市用地愈发紧张，大城市内沿江、河、湖、海区域的开发利用已经成为不可避免的发展趋势。

通常情况下，对高层建筑基坑进行土方开挖，常采用人工挖掘、机械挖掘、人工机械配合等方法，软土地基则应配合使用强夯法、排水固结法、复合地基法等。采用这些方法进行基坑土方开挖，不仅会造成工期长、成本高，同时，挖掘机在软土地基上进行施工也是问题颇多，甚至对支护桩造成不良影响。水力冲挖技术则能有效避免这些问题并具有工期短、少噪音、少污染等绿色和生态优点，符合生态文明建设与绿色发展要求。因此，对水力冲挖技术应用在基坑开挖工程项目上的研究显得十分必要。

1 工程概况

该项目位于南昌市，总建筑面积约43000m2，设二层地下室，底板顶面埋深为-9.3m。拟建建筑物要素详见表1。

表1 拟建建筑物要素一览表

2 工程地质

拟建场地在本次勘探最大深度范围内共揭露包括上部填土和第四纪各期陆、海相沉积层13层，自上而下地层信息如下。

(1)填土：灰黄～灰色，松软状态，厚度在0.5～3.3m，工程性能差。

(2)粘土：褐黄色，可～软塑状态，厚度1.2～2.7m。

(3)粉质粘土：灰黄色，可～软塑状态。厚度0.9～1.5m，工程性质较差。

(4)粉质粘土：灰黄色，软塑状态。厚度1.0～2.6m，工程性能一般。

(5)粉质粘土：灰黄～灰色，可塑～软塑状态。厚度2.4～4.2m，工程性能一般。

(6)淤泥质粉质粘土：灰色，流塑状态。厚度4.5～5.5m，工程性能较差。

表2 基坑支护设计参数一览表

(7)粉质粘土夹粉土：灰色，软塑状态，局部以粉土为主，欠均匀。厚度6.0～11.0m，工程性能较差。

(8)粉质粘土：青灰黄色，软塑状态，厚度5.4～9.2m，工程性能差。

(9)粉土～粉砂：灰色，底部局部夹少量粉质粘土状态稍差。厚度29.4～30.7m，工程性能良好。

(10)粉质粘土：灰色，软塑状态。厚度12.4～14.6m，工程性能一般。

(11)粉质粘土：灰白色，硬塑状态。厚度5.3～7.3m，工程性能良好。

(12)粉质粘土：灰色，软塑状态。厚度6.7～11.9m，工程性能一般。

(13)粉质粘土：青灰～灰黄色，硬塑状态。厚度4.0m，工程性能良好。

场地工程地质剖面如图1所示。

图1 地区工程地质剖面图

根据岩土工程勘察报告及工程经验，各土层基坑开挖和支护的有关设计参数见表2。

3 水力冲挖技术

水力冲挖是模拟自然界水流冲刷原理，借助水力作用应用到挖土、输土、填土上。通过高压泵水流产生压力，使用水枪采用高速水柱将土体切割、粉碎后土体将会发生湿化、崩解现象，使泥浆和泥块相混合，当达到足够均匀混合后，采用立式泥浆泵及其输泥管将其吸送并置入堆填场地。水力冲挖技术一般应用在周边环境开阔的软土场地基坑。

3.1 技术优势

(1)水力冲挖技术。水力挖土机械化程度高，挖土效率高，且可以24h持续工作，显著缩短土方开挖工期。冲挖机组自重较小，冲挖泥浆由管道进行运输，可以避免大型机械对工程桩的影响，水力冲挖法的工程造价也较低。

(2)人工机械配合开挖。对于软土地基，在人工机械配合开挖之前，须先对场地进行一定的处理，即排水、强夯以使其满足工作条件。由于挖掘机不能在软土场地上高效而安全的工作，且软土场地开挖会对周围支护桩造成一定程度影响，会导致支护桩倾斜甚至断裂。因此施工工期较长；同时该施工方法会造成较大的噪音污染，工作成本较高。

3.2 施工流程

水力冲挖施工过程主要包含以下8个步骤：施工准备(主要包括场地规划、机械准备、管道铺设等)、清水池蓄水、高压泵入水、冲水枪冲刷土体、形成泥浆、泥浆抽入土堆场、泥浆堆砌析水以及基坑休整的人工修挖。施工过程中需要对基坑以及周边土体、管道等的变形与位移严加监测。

3.3 施工要点

(1)现场清理。当场地地表覆有树根、建筑垃圾、生活垃圾等杂物时，直接进行水力冲挖不仅会降低冲挖的质量与效率，而且容易损坏机械，甚至造成输送设备与管道的堵塞。故需在水力冲挖施工前进行现场清理。

(2)管道铺设。施工中应尽量将泥浆泵输送管线在陆地平坦地带铺设，同时排泥管线放置时应当平坦顺直，避免死弯；排泥管接头应保持紧固严密，不得发生漏泥漏水事故。

(3)水力冲挖施工。冲挖工作初期，由施工人员用高压清水泵从水源地(河道或自来水管)抽取水，接高压水枪进行土方的切割、冲挖。高压水枪冲挖产生的泥浆经过泥浆泵抽出，排放至规划场地，并在该区域进行初步泌水沉淀以提高泥浆浓度。

(4)泥浆输送。场外泥浆采用管道运输，输送管道型号应结合输送距离、泥泵出水口的扬程、流量、场地地貌等条件确定。输送路线沿河道、绿化带等布设，尽量避免跨越道路，以免造成交通不畅。

3.4 质量控制

(1)在施工过程中应遵循“从中央到四周”的盆式开挖顺序原则，以期达到减少基坑最大开挖深度的暴露时间以及防止基坑侧壁发生过大变形。

(2)遵循“分层、均匀、对称”的开挖原则，基坑内应避免形成陡坡，以防土体滑动挤偏工程桩。

(3)软土场地应加强施工期间的基坑变形监测工作，尤其是对支护桩的位移与沉降监测。

(4)开挖过程中应加强标高测量工作，坑底留0.3～0.5m土体由人工开挖修正，严禁超挖。

(5)每道支撑施工完毕之后应积极检查确认无误后方可进行下一层的开挖。

4 环保措施

(1)清理出的杂物，如树根、建筑垃圾、生活垃圾等应及时处理，不得随意填埋。

(2)管道布设应尽量沿着绿化带、道路的方向布置；当无法做到时，可在路面上开槽后铺设，但需要及时掩盖，以免影响交通运行。

(3)施工过程中应避免泥浆流淌到公路路面上，以免影响行人和市容。

(4)当发生泥浆泄漏时，应及时处理，严禁向城市排污系统倾倒。

5 结语

传统的土方开挖技术，应用在软土场地基坑开挖项目时具有极大的局限性，水力冲挖技术则能很好的解决有关问题。

(1)水力冲挖技术避免了软土地基排水、夯实的长期过程，大幅度缩减了施工工期，在一些工期较短、情况较急的工程中具有巨大的优势。

(2)应用水力冲挖技术，噪音干扰小同时不会产生大面积扬尘，污染空气与市容。

(3)高机械化、智能化的施工技术是未来中国建筑施工的发展趋势。