水力沖挖在軟土場(chǎng)地中的應(yīng)用

馮是明

(江西省水利水電建設(shè)有限公司，江西 南昌 330025)

隨著城市化的快速發(fā)展，商業(yè)化、工業(yè)化導(dǎo)致鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口大幅度流入城市內(nèi)，城市地表有限空間已不足以滿足人類活動(dòng)需要。隨著高層建筑廣泛建設(shè)與地下空間的開發(fā)利用，深基坑工程技術(shù)的研究地位越發(fā)重要，并朝著“超大、超深、超復(fù)雜”方向發(fā)展。

軟土一般指以灰色為主的、天然孔隙比≥1.0且天然含水量大于液限的細(xì)粒土。由于軟土具有含水量高、透水性差、抗剪強(qiáng)度低、壓縮性高、靈敏度較高、擾動(dòng)性大、土層分布復(fù)雜且各土層之間物理力學(xué)性質(zhì)相差較大等特點(diǎn)，工程建設(shè)上常避開軟土場(chǎng)地。然而，隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展，大城市用地愈發(fā)緊張，大城市內(nèi)沿江、河、湖、海區(qū)域的開發(fā)利用已經(jīng)成為不可避免的發(fā)展趨勢(shì)。

通常情況下，對(duì)高層建筑基坑進(jìn)行土方開挖，常采用人工挖掘、機(jī)械挖掘、人工機(jī)械配合等方法，軟土地基則應(yīng)配合使用強(qiáng)夯法、排水固結(jié)法、復(fù)合地基法等。采用這些方法進(jìn)行基坑土方開挖，不僅會(huì)造成工期長(zhǎng)、成本高，同時(shí)，挖掘機(jī)在軟土地基上進(jìn)行施工也是問題頗多，甚至對(duì)支護(hù)樁造成不良影響。水力沖挖技術(shù)則能有效避免這些問題并具有工期短、少噪音、少污染等綠色和生態(tài)優(yōu)點(diǎn)，符合生態(tài)文明建設(shè)與綠色發(fā)展要求。因此，對(duì)水力沖挖技術(shù)應(yīng)用在基坑開挖工程項(xiàng)目上的研究顯得十分必要。

1 工程概況

該項(xiàng)目位于南昌市，總建筑面積約43000m2，設(shè)二層地下室，底板頂面埋深為-9.3m。擬建建筑物要素詳見表1。

表1 擬建建筑物要素一覽表

2 工程地質(zhì)

擬建場(chǎng)地在本次勘探最大深度范圍內(nèi)共揭露包括上部填土和第四紀(jì)各期陸、海相沉積層13層，自上而下地層信息如下。

(1)填土：灰黃～灰色，松軟狀態(tài)，厚度在0.5～3.3m，工程性能差。

(2)粘土：褐黃色，可～軟塑狀態(tài)，厚度1.2～2.7m。

(3)粉質(zhì)粘土：灰黃色，可～軟塑狀態(tài)。厚度0.9～1.5m，工程性質(zhì)較差。

(4)粉質(zhì)粘土：灰黃色，軟塑狀態(tài)。厚度1.0～2.6m，工程性能一般。

(5)粉質(zhì)粘土：灰黃～灰色，可塑～軟塑狀態(tài)。厚度2.4～4.2m，工程性能一般。

(6)淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土：灰色，流塑狀態(tài)。厚度4.5～5.5m，工程性能較差。

表2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)一覽表

(7)粉質(zhì)粘土夾粉土：灰色，軟塑狀態(tài)，局部以粉土為主，欠均勻。厚度6.0～11.0m，工程性能較差。

(8)粉質(zhì)粘土：青灰黃色，軟塑狀態(tài)，厚度5.4～9.2m，工程性能差。

(9)粉土～粉砂：灰色，底部局部夾少量粉質(zhì)粘土狀態(tài)稍差。厚度29.4～30.7m，工程性能良好。

(10)粉質(zhì)粘土：灰色，軟塑狀態(tài)。厚度12.4～14.6m，工程性能一般。

(11)粉質(zhì)粘土：灰白色，硬塑狀態(tài)。厚度5.3～7.3m，工程性能良好。

(12)粉質(zhì)粘土：灰色，軟塑狀態(tài)。厚度6.7～11.9m，工程性能一般。

(13)粉質(zhì)粘土：青灰～灰黃色，硬塑狀態(tài)。厚度4.0m，工程性能良好。

場(chǎng)地工程地質(zhì)剖面如圖1所示。

圖1 地區(qū)工程地質(zhì)剖面圖

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告及工程經(jīng)驗(yàn)，各土層基坑開挖和支護(hù)的有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

3 水力沖挖技術(shù)

水力沖挖是模擬自然界水流沖刷原理，借助水力作用應(yīng)用到挖土、輸土、填土上。通過高壓泵水流產(chǎn)生壓力，使用水槍采用高速水柱將土體切割、粉碎后土體將會(huì)發(fā)生濕化、崩解現(xiàn)象，使泥漿和泥塊相混合，當(dāng)達(dá)到足夠均勻混合后，采用立式泥漿泵及其輸泥管將其吸送并置入堆填場(chǎng)地。水力沖挖技術(shù)一般應(yīng)用在周邊環(huán)境開闊的軟土場(chǎng)地基坑。

3.1 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

(1)水力沖挖技術(shù)。水力挖土機(jī)械化程度高，挖土效率高，且可以24h持續(xù)工作，顯著縮短土方開挖工期。沖挖機(jī)組自重較小，沖挖泥漿由管道進(jìn)行運(yùn)輸，可以避免大型機(jī)械對(duì)工程樁的影響，水力沖挖法的工程造價(jià)也較低。

(2)人工機(jī)械配合開挖。對(duì)于軟土地基，在人工機(jī)械配合開挖之前，須先對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行一定的處理，即排水、強(qiáng)夯以使其滿足工作條件。由于挖掘機(jī)不能在軟土場(chǎng)地上高效而安全的工作，且軟土場(chǎng)地開挖會(huì)對(duì)周圍支護(hù)樁造成一定程度影響，會(huì)導(dǎo)致支護(hù)樁傾斜甚至斷裂。因此施工工期較長(zhǎng)；同時(shí)該施工方法會(huì)造成較大的噪音污染，工作成本較高。

3.2 施工流程

水力沖挖施工過程主要包含以下8個(gè)步驟：施工準(zhǔn)備(主要包括場(chǎng)地規(guī)劃、機(jī)械準(zhǔn)備、管道鋪設(shè)等)、清水池蓄水、高壓泵入水、沖水槍沖刷土體、形成泥漿、泥漿抽入土堆場(chǎng)、泥漿堆砌析水以及基坑休整的人工修挖。施工過程中需要對(duì)基坑以及周邊土體、管道等的變形與位移嚴(yán)加監(jiān)測(cè)。

3.3 施工要點(diǎn)

(1)現(xiàn)場(chǎng)清理。當(dāng)場(chǎng)地地表覆有樹根、建筑垃圾、生活垃圾等雜物時(shí)，直接進(jìn)行水力沖挖不僅會(huì)降低沖挖的質(zhì)量與效率，而且容易損壞機(jī)械，甚至造成輸送設(shè)備與管道的堵塞。故需在水力沖挖施工前進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)清理。

(2)管道鋪設(shè)。施工中應(yīng)盡量將泥漿泵輸送管線在陸地平坦地帶鋪設(shè)，同時(shí)排泥管線放置時(shí)應(yīng)當(dāng)平坦順直，避免死彎；排泥管接頭應(yīng)保持緊固嚴(yán)密，不得發(fā)生漏泥漏水事故。

(3)水力沖挖施工。沖挖工作初期，由施工人員用高壓清水泵從水源地(河道或自來(lái)水管)抽取水，接高壓水槍進(jìn)行土方的切割、沖挖。高壓水槍沖挖產(chǎn)生的泥漿經(jīng)過泥漿泵抽出，排放至規(guī)劃場(chǎng)地，并在該區(qū)域進(jìn)行初步泌水沉淀以提高泥漿濃度。

(4)泥漿輸送。場(chǎng)外泥漿采用管道運(yùn)輸，輸送管道型號(hào)應(yīng)結(jié)合輸送距離、泥泵出水口的揚(yáng)程、流量、場(chǎng)地地貌等條件確定。輸送路線沿河道、綠化帶等布設(shè)，盡量避免跨越道路，以免造成交通不暢。

3.4 質(zhì)量控制

(1)在施工過程中應(yīng)遵循“從中央到四周”的盆式開挖順序原則，以期達(dá)到減少基坑最大開挖深度的暴露時(shí)間以及防止基坑側(cè)壁發(fā)生過大變形。

(2)遵循“分層、均勻、對(duì)稱”的開挖原則，基坑內(nèi)應(yīng)避免形成陡坡，以防土體滑動(dòng)擠偏工程樁。

(3)軟土場(chǎng)地應(yīng)加強(qiáng)施工期間的基坑變形監(jiān)測(cè)工作，尤其是對(duì)支護(hù)樁的位移與沉降監(jiān)測(cè)。

(4)開挖過程中應(yīng)加強(qiáng)標(biāo)高測(cè)量工作，坑底留0.3～0.5m土體由人工開挖修正，嚴(yán)禁超挖。

(5)每道支撐施工完畢之后應(yīng)積極檢查確認(rèn)無(wú)誤后方可進(jìn)行下一層的開挖。

4 環(huán)保措施

(1)清理出的雜物，如樹根、建筑垃圾、生活垃圾等應(yīng)及時(shí)處理，不得隨意填埋。

(2)管道布設(shè)應(yīng)盡量沿著綠化帶、道路的方向布置；當(dāng)無(wú)法做到時(shí)，可在路面上開槽后鋪設(shè)，但需要及時(shí)掩蓋，以免影響交通運(yùn)行。

(3)施工過程中應(yīng)避免泥漿流淌到公路路面上，以免影響行人和市容。

(4)當(dāng)發(fā)生泥漿泄漏時(shí)，應(yīng)及時(shí)處理，嚴(yán)禁向城市排污系統(tǒng)傾倒。

5 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)的土方開挖技術(shù)，應(yīng)用在軟土場(chǎng)地基坑開挖項(xiàng)目時(shí)具有極大的局限性，水力沖挖技術(shù)則能很好的解決有關(guān)問題。

(1)水力沖挖技術(shù)避免了軟土地基排水、夯實(shí)的長(zhǎng)期過程，大幅度縮減了施工工期，在一些工期較短、情況較急的工程中具有巨大的優(yōu)勢(shì)。

(2)應(yīng)用水力沖挖技術(shù)，噪音干擾小同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生大面積揚(yáng)塵，污染空氣與市容。

(3)高機(jī)械化、智能化的施工技術(shù)是未來(lái)中國(guó)建筑施工的發(fā)展趨勢(shì)。