危 鼎，周建民，柴干飛，張朝暉，高 洋，危 松，李亞慶

(1.中國建筑第八工程局有限公司，上海 200120； 2.蕭山奧博投資有限公司，浙江 杭州 310000)

1 工程概況

杭州奧體中心主體育館、游泳館項目位于杭州市蕭山區(qū)錢江世紀(jì)城，基坑開挖面積約15萬m2，土方量約200萬m3，基坑?xùn)|西長560m，南北寬320m，開挖深度9～14m，基坑圍護(hù)大部分區(qū)域采用放坡加土釘支護(hù)，與周邊項目臨近處采用SMW工法樁加混凝土角撐，圍護(hù)設(shè)計如圖1所示。該項目環(huán)保要求高，基坑開挖面臨以下難點(diǎn)： ①為滿足工期要求，日出土量需大于0.6萬m3； ②現(xiàn)場只有一個出土口，出土施工組織難度大； ③車輛運(yùn)載量、周邊出行道路及時間受限，土方車出土速度慢。因此傳統(tǒng)基坑開挖與土方運(yùn)輸方法難以滿足工期及綠色施工要求，必需采用新的土方開挖與運(yùn)輸方法。水利工程中使用砂石泵超遠(yuǎn)距離泵送淤泥與泥砂的技術(shù)是解決目前建筑工程出土困難的一個思路，但要把泵送淤泥與泥砂技術(shù)用于超大面積深基坑開挖中，還需要解決提高沖土開挖效率、加快工作面展開速度、如何開挖邊角土與基層土保證基坑安全及各道工序施工質(zhì)量等問題。

圖1 基坑圍護(hù)設(shè)計

2 工程地質(zhì)條件

由勘探結(jié)果可知，項目場地可劃分為9個工程地質(zhì)層，包括20個工程地質(zhì)亞層和4個夾層。本工程開挖區(qū)域主要開挖至②2，②4層，開挖深度范圍內(nèi)主要為砂質(zhì)粉土，土層性能指標(biāo)如表1所示。

表1 土層性能指標(biāo)

3 水力機(jī)械與土方機(jī)械組合開挖基坑可行性分析

為把超遠(yuǎn)距離泵送淤泥與泥砂技術(shù)用于深大基坑開挖中，從地質(zhì)條件、運(yùn)輸條件、施工工況、周邊環(huán)境狀況等方面進(jìn)行分析，本項目具有如下特點(diǎn)： ①基坑開挖深度范圍內(nèi)沒有承壓水，基坑具備沖土開挖的水文與地質(zhì)條件； ②項目周邊河道密集，具備在河道中鋪設(shè)輸運(yùn)管道進(jìn)行遠(yuǎn)程泵送運(yùn)輸泥漿的條件，可避免在陸地上鋪設(shè)管道過多占地，影響周邊道路正常通行；③周邊有合適的泥漿接收點(diǎn)，可對泥漿進(jìn)行沉淀再周轉(zhuǎn)處理。因此，本項目具有使用沖土泵送泥漿方法開挖基坑的可行性。

但要進(jìn)一步把泵送淤泥與泥砂技術(shù)用于超大面積深基坑開挖中，還需要解決以下問題： ①深基坑土體一般為沒有擾動過的固結(jié)土，若只單純使用高壓水槍沖土則形成泥漿濃度效果差，往往一沖一個孔，泥漿很稀，出土效率低，難以滿足日出土量大于0.6萬m3的需求； ②沖土必需考慮基坑周邊土與基底土的開挖方式與預(yù)留墻體厚度，從而保證邊坡安全與每道工序的施工質(zhì)量； ③沖土泵送泥漿工序必須與圍護(hù)、降水、破樁頭、清底、防水與底板施工等各道工序合理組織起來，盡快形成工作面，適時插入后道工序，形成分區(qū)分塊的流水施工。

4 水力機(jī)械與土方機(jī)械組合開挖

4.1 水力機(jī)械與土方機(jī)械組合方法

為增加沖出泥漿的密度，提高沖土效率，可采用水力機(jī)械與土方機(jī)械全斷面立體組合開挖方法，如圖2所示。步驟如下： ①為形成立體開挖的作業(yè)面，在開挖初始，在起始點(diǎn)位置一次性挖到某個合適標(biāo)高，可以是某道支撐的底標(biāo)高，也可以是底板底標(biāo)高上0.5m； ②在開挖斷面的不同深度位置，分別布置土方機(jī)械與水力機(jī)械，一般推土機(jī)布置在開挖斷面的頂部，用于把周邊土或土方車場內(nèi)短駁來的土推到開挖斷面底部的沖土區(qū)，挖機(jī)布置在開挖斷面的中部，用于翻松基底土或把周邊土翻到?jīng)_土區(qū)，高壓水槍與砂石泵布置在開挖斷面的底部，高壓水槍用于沖擊翻松了的土體形成泥漿，砂石泵將沖出的泥漿加壓泵送到指定地點(diǎn)。

圖2 水力機(jī)械與土方機(jī)械立體組合示意

整個工作面上水力機(jī)械與土方機(jī)械平面布置如圖3所示，在整個現(xiàn)場平面上形成場內(nèi)土方車短駁土方、沖土區(qū)周邊推土機(jī)推土、挖機(jī)翻土與松土、沖土與泵送泥漿等工序連續(xù)組合工作面，提高整個現(xiàn)場出土效率。

圖3 各工序平面布置示意

4.2 高壓水槍布置與工作面展開

為了盡快形成下一道工序的工作面，需要在現(xiàn)場多點(diǎn)同時沖土，這樣就需要在多點(diǎn)配置高壓水槍，但現(xiàn)場功率大、揚(yáng)程遠(yuǎn)的清水大泵數(shù)量有限，為解決這一矛盾，可用分支管或中轉(zhuǎn)水箱的方法解決。首先根據(jù)清水大泵數(shù)量與功率計算現(xiàn)場所需高壓水槍數(shù)量，高壓水槍與清水大泵的連接方式有兩種： ①在現(xiàn)場做一個清水池，用清水大泵從較遠(yuǎn)的水源抽水至清水池里，然后再用多臺小功率的清水小泵從清水池中抽水加壓，在不同地點(diǎn)沖土，迅速沿即定的開挖方向沖出一定大小的工作面，一般1臺清水大泵配4臺清水小泵，每臺清水小泵配3支高壓水槍，如圖4所示； ②所有高壓水槍都直接用小泵管連接在清水大泵的主泵管上，直接使用清水大泵的泵壓沖土，如圖5所示。

圖4 有清水池水槍布置

圖5 無清水池水槍布置方式

經(jīng)比選分析，第1種方法的系統(tǒng)穩(wěn)定性好，在出現(xiàn)各種故障的情況下都能在一定時間內(nèi)保證沖土作業(yè)的連續(xù)性，適用于早期大面積大規(guī)模沖土作業(yè)；第2種方法靈活性較好，不需要布置清水池，用于開挖后期管道線路較長、無法修建清水池的邊角區(qū)域。

4.3 砂石小泵布置方式

現(xiàn)場可在所有沖土點(diǎn)布置小功率的砂石小泵向各點(diǎn)同時泵送泥漿，每個沖土點(diǎn)配置的砂石小泵流量應(yīng)與3個高壓水槍的總流量大致相等，使沖出的泥漿能迅速泵出，保證泵送系統(tǒng)內(nèi)的泥漿平衡與基坑內(nèi)不出現(xiàn)大量泥漿。砂石小泵與砂石大泵的關(guān)系也有兩種： ①砂石小泵在多個沖土點(diǎn)泵送泥漿到1個公共泥漿池，然后用大功率的砂石大泵把公共泥漿池中的泥漿送到場地外的指定地點(diǎn)，如圖6所示； ②可用軟泵管將砂石小泵直接連接到主泵管上，泥漿經(jīng)過小泵直接送到主泵管中，再由砂石大泵送到場地外的指定地點(diǎn)，如圖7所示。

圖6 有泥漿池砂石小泵配置

圖7 無泥漿池砂石小泵配置

第1種方法的系統(tǒng)穩(wěn)定性好，在出現(xiàn)各種故障的情況下都能在一定時間內(nèi)保證沖土作業(yè)的連續(xù)性，適用于早期大面積大規(guī)模沖土作業(yè)。第2種方法靈活性較好，不需要布置泥漿池，用于開挖后期無法修建泥漿池的邊角區(qū)域。為防止泥漿泵被泥漿中的垃圾堵塞造成停機(jī)與跳閘，需要在泥漿流經(jīng)的小渠上設(shè)置過濾鐵欄柵，并使用周邊帶過濾網(wǎng)的浮箱圍繞砂石小泵，進(jìn)一步阻擋垃圾進(jìn)入砂石小泵，并派專人定時清理欄柵與濾網(wǎng)周圍垃圾。

5 沖土邊界及預(yù)留土體

當(dāng)基坑周邊為放坡噴錨圍護(hù)時，為保護(hù)基坑邊坡穩(wěn)定以及方便按設(shè)計要求的角度進(jìn)行放坡與邊坡噴錨施工，沖土開挖的控制線(也是沖土開挖斷面的上邊線)設(shè)定為距離基坑止水帷幕≥5m，如圖8所示，在控制線與放坡坡腳線間的土采用常規(guī)挖機(jī)配合土方車短駁的方法開挖，土方短駁到場內(nèi)的沖土區(qū)，邊挖土邊修理成為設(shè)計的邊坡。若基坑周邊是SMW工法樁或混凝土灌注樁加角撐圍護(hù)則可直接沖土開挖到基坑的圍護(hù)邊。

圖8 基坑邊坡土開挖示意

為了不擾動基底土，使用沖土方法開挖的最深標(biāo)高控制在槽底標(biāo)高以上0.5m，預(yù)留的0.5m厚保護(hù)土體使用常規(guī)方法開挖，保護(hù)土方在清槽時使用小挖機(jī)與土方車短駁到場內(nèi)沖土區(qū)。沖土標(biāo)高的控制方法可利用場內(nèi)的樁身做標(biāo)識： ①在樁身用紅油漆涂刷出高程控制線； ②涂刷完油漆后，樁身用反光帶纏繞并固定； ③每間隔20m，在合適樁身上設(shè)置標(biāo)識牌，注明區(qū)域位置、軸線、槽底標(biāo)高。

6 結(jié)語

杭州奧體中心主體育館、游泳館項目結(jié)合工程實際進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，在超大面積深基坑開挖中使用水力機(jī)械配合土方機(jī)械開挖施工技術(shù)，有效進(jìn)行了基坑圍護(hù)、場內(nèi)短駁土、沖土區(qū)翻土松土、沖土稀釋、泵送泥漿、基坑降水、破樁清底、防水及底板結(jié)構(gòu)施工，不僅加快了工程施工進(jìn)度、降低了成本，實現(xiàn)了現(xiàn)場土方施工階段的綠色環(huán)保，有著廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。