水力沖刷吹填在河道土方開挖中的應用及經濟分析

張春鋒

浙江省隧道工程集團有限公司 浙江 杭州 310012

1 工程概況

寧波杭州灣新區濱海新城啟動區水利工程零星項目（西片區、東片區及橫河節制閘工程）Ⅲ標段位于杭州灣新區庵東鎮，工程區域地形平坦，工程主要任務是：5號景觀河和港灣河的開挖及新建護岸，合同工期360天。其中5號景觀河長度684m，可分為西、中、東三段，土方開挖量83545m3；港灣河長364m，土方開挖量45185m3，合計128730m3。土質為淤泥、粉砂、粉質黏土、雜填土，局部少量建筑垃圾。河道開挖后需轉運至政府指定排土場，運距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為：“四通一平”→測量放樣→圍堰施工→土方開挖（機械開挖/水力沖挖）→基礎處理施工→護岸（擋墻）施工→墻后回填→（凈水設備）→綠化施工等附屬工程→竣工驗收。土方開挖和護岸施工為本工程關鍵性工程，為保證順利施工，土方開挖方式選擇尤為重要。

2.2 機械開挖

傳統式開挖，施工過程使用大型施工機械，如挖掘機、裝載機和自卸汽車等，施工速度快，適用各類土質。但機械開挖遠距離運輸不經濟，雨天施工道路難以通行，施工前需提前平整后進場道路，需要設置洗車池，租賃鐵板鋪設進場道路防止輛塌陷需要增加較多費用[1]。

采用機械開挖方式，自卸車運至政府指定棄渣場時需繳納200元/車（22m3）的卸點費，使得開挖成本大幅增加。

在河道中采用機械開挖，因受場地限制，不能安排過多車輛，且本工程受業主政策未處理等原因影響，5號景觀河中、東段及港灣河南端仍無法施工，故按兩個裝運點計劃，按日運輸100車計算，每月施工20天，3個月可完成開挖。但施工期間可造成窩工風險，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，如粉質黏土及粉砂粉細砂。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象，借過水槍噴射一股密集高壓、高速柱狀水流，對開挖的土體進行切割、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進行沉淀，從而完成土方工程挖、裝、運、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。5號景觀河及港灣河與已開挖河道相接，取水方便；施工場地周邊都為房屋建筑工地，配電系統較為方便，5號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（聚乙烯鋼絲網骨架復合管1.0MP DN500）沿塘鋪設，直至棄土區，該棄土區在填高后，用于開發區統一管理。5號景觀河僅需新鋪設1.5km管道即可接入十一塘總輸泥管。根據政府規定，排泥后無須繳納卸點費，減小了開挖成本[2]。

根據可業主政策未處理等原因，計劃與機械開挖方式相同，兩個施工點同時施工作業， 每個施工點配兩臺功率22kW泥漿泵，日工作時間平均10h，日處理量約為804m3（40×10×3×0.67），每月按施工進度26天考慮，6個月可施工完成。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，可分段施工。本工程5號景觀河東段施工完畢，在施工西段或中段沖刷吹填時，東段可進行擋墻開挖，護岸施工，可進一步縮短施工工期。

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

3 沖刷施工

3.1 機組選型

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

泥漿泵作為機組最重要排泥設備，兩河道施工點擬選用五臺NL125-20.0型泥漿泵，每施工區各放置兩臺配備浮體，另一臺備用，其技術能力如下：

表1 泥漿泵技術能力表

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

表2 DL100-20X63型清水泵技術表

3.2 輸送管道和輸送路線

3.2.1 場內運輸：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的輸泥漿管道連接。

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

3.2.3 管道鋪設：因新區地勢平坦，沿線道路適當平整，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。整個管線和接頭不得漏泥、漏漿、漏水，發現泄漏，應及時修補或更換。

3.3 水力沖挖吹填

3.3.1 開挖順河岸線方向縱向進行，合理安排開挖區塊，測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 每一施工點配四名工人，兩至三人控制沖水槍，一人控制泥漿泵，要隨時注意泥漿的濃度，三部高壓水槍進行沖刷，以免高濃度泥漿阻塞管道。泥漿泵沖挖應從上向下分層進行，層高不得超過1m。每個泥漿泵負責抽取周邊30m范圍內的泥漿，沖刷完成再向前移動。每個臺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，要從泥漿泵周圍某處逐漸地向四周擴展，保證人員安全。

3.3.3 泥漿泵開挖時，嚴禁直接沖挖底腳，造成土體坍塌，控制好開挖區高程。嚴格控制開挖區開挖高程和岸坡樣線，不可深坑取土，應逐層取土，防止發生土方坍塌，造成安全事故。施工過程中，應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

3.4.1 土方開挖區應注意圍堰安全，設置好安全警示標志，經常性對圍堰進行檢查，發現問題后及時進行加固處理。開挖至邊坡應進行放坡，防止邊坡坍塌影響人員安全。

3.4.2 泥漿泵施工應注意用電安全，應有專職電工進行用電線路架設及安裝，施工場區設置安全警示標志，防止人員進入，影響周邊群眾生命安全。

3.4.3 泥漿泵施工時應注意排泥管道平直、順暢，每一泥漿泵區域安排一人負責，沿線管路經常性檢查，對損壞的泥漿管及時更換，防止泥漿外流。

4 經濟分析

4.1 機械開挖

機械開挖費用一覽表：

表3 機械開挖費用一覽表

根據該機械方式開挖，土方開挖完成費用不低于357.86萬元，折合單價不低于27.8元/m3。該費用不含新建洗車池、進場道路鐵板租賃費用、管理人工費用，以及自卸車在裝運或卸車陷入風險的費用以及稅費。

4.2 沖刷開挖

水力沖刷吹填費用一覽表：

表4 水力沖刷吹填費用一覽表

（續表）

目前土方開挖施工除沖刷掃平外基本施工完成，累計費用約115.86萬元，折合土方開挖單價為￥9元/m3。

相比機械開挖，本河道采用土方沖刷施工至少可節約242萬余元，經濟效益明顯。

5 結束語

本文通過對寧波杭州灣新區濱海新城啟動區水利工程零星項目（西片區、東片區及橫河節制閘工程）Ⅲ標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。通過對實際施工后的對比，該方案可靠，對類似的工程具有一定的指導意義。主要結論如下：

在粉質黏土及粉砂粉細砂等構造的河道開挖中，沖刷吹填開挖施工方便，僅需高壓水槍、泥漿泵、接力泵等小型機械，采用一些簡單的管線布置即可達到開挖的效果。缺點是工期比傳統開挖較長，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，無須在大型機械進駐施工現場，避免了機械傷害事故，減少碳排放，安全可靠，環保施工。

有較好的社會效益，沖刷吹填施工，可增加土地面積，供開發及利用。

有較好的經濟效益，可以完成遠距離出土，節省投資成本，帶來經濟效益。