丁應(yīng)章 徐 強(qiáng) 王 飛 唐立帆 林永祥 洪 耿

中建三局集團(tuán)有限公司（滬） 上海 200129

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，超大超深基坑工程日益增加，同時(shí)伴隨著國家環(huán)保類政策陸續(xù)出臺(tái)，政府對城市基坑工程土方開挖及外運(yùn)施工作業(yè)的環(huán)保要求愈加嚴(yán)格。對位于城市區(qū)域的超大、超深基坑工程，土方工程量較大，采用傳統(tǒng)的機(jī)械取土結(jié)合渣土車土方外運(yùn)的土方施工方式，將對城市環(huán)境造成污染，并存在增加城市道路交通壓力的可能。杭州蕭山國際機(jī)場三期交通中心項(xiàng)目結(jié)合工程特點(diǎn)及現(xiàn)場實(shí)際情況，應(yīng)用了大型泥漿泵遠(yuǎn)距離土方泵送技術(shù)（水沖法），最終很好地解決了這一問題。

1 工程概況

杭州蕭山國際機(jī)場三期項(xiàng)目新建航站樓及陸側(cè)交通中心工程施工總承包Ⅱ標(biāo)段主要建筑功能為：地上1—10層主要為旅客過夜用房及配套業(yè)務(wù)用房，其裙房為3層，配套業(yè)務(wù)用房為9層。地下4層主要為停車庫、大巴客運(yùn)中心及機(jī)房，同時(shí)兼作甲類附建式人防工程。工程建成后，將實(shí)現(xiàn)高鐵、地鐵、大巴無縫換乘，年旅客吞吐量突破5 000萬人次，進(jìn)入全球前50大機(jī)場，滿足2022年亞運(yùn)會(huì)的需求。

2 項(xiàng)目背景和出土難點(diǎn)

2.1 項(xiàng)目背景

2.1.1 基坑概況

本標(biāo)段基坑?xùn)|西向長356 m、南北向?qū)?76 m，占地面積11萬 m2?？偣卜譃?個(gè)基坑：C1（逆作區(qū)）；C2、C3區(qū)；B1、B2區(qū)（順作區(qū)）及A1、A2區(qū)（順作區(qū)）。大面挖深18.9 m，土方工程量190萬 m3。并且基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，北側(cè)為在建地鐵站，東側(cè)為運(yùn)營航站樓，南側(cè)為在建高鐵站，西側(cè)為新建航站樓標(biāo)段（圖1）。

圖1 交通中心基坑及周邊示意

2.1.2 工程地質(zhì)

根據(jù)工程地質(zhì)剖面圖，基坑開挖范圍內(nèi)的土層主要涉及①1雜填土、①2素填土、①4淤泥質(zhì)填土、③1砂質(zhì)粉土、③2粉砂夾砂質(zhì)粉土、③3粉砂、③4粉砂夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土。

2.2 出土難點(diǎn)

2.2.1 體量大、工期緊、日出土量高

二標(biāo)段基坑施工階段土方外運(yùn)共計(jì)約190萬 m3，根據(jù)入場時(shí)第1版總進(jìn)度計(jì)劃，按照土方工程量及施工進(jìn)度要求出土?xí)r間為2019年11月—2020年10月。出土高峰期集中在2020年1月（日出土15 228 m3）、2月（日出土15 228 m3）、6月（日出土15 975 m3），高峰期日出土量接近16 000 m3。若按照機(jī)械取土外運(yùn)考慮，高峰期日出土將達(dá)800車次。

2.2.2 四面圍合、交通受限

交通中心基坑四面圍合，東側(cè)為運(yùn)營T1、T3航站樓，南側(cè)為Ⅰ標(biāo)段地下高鐵站和運(yùn)營T2航站樓，西側(cè)為Ⅰ標(biāo)段T4航站樓主樓，北側(cè)為在建地鐵站房（圖2）。交通中心標(biāo)段施工車輛進(jìn)出場需穿越航站樓標(biāo)段施工場地，且僅有一條雙車道道路進(jìn)出，交通條件受限。

圖2 場地平面關(guān)系示意

2.2.3 不停航不停運(yùn)施工

蕭山國際機(jī)場三期建設(shè)期間，原有航站樓正常使用，施工過程中需確保不停航、不停運(yùn)，具體包括：根據(jù)場區(qū)交通容量，控制施工車輛流量，確保社會(huì)車輛正常通行；施工時(shí)需控制揚(yáng)塵，避免揚(yáng)塵擴(kuò)散至飛行區(qū)影響飛機(jī)正常起降。

本項(xiàng)目僅采用機(jī)械取土、渣土車外運(yùn)的出土方式，無法滿足復(fù)雜環(huán)境下的出土工期要求。

3 水沖法工藝原理介紹

水沖法是通過取水管道從外部引入清水至項(xiàng)目現(xiàn)場基坑內(nèi)，通過泵體加壓用水槍將高壓水流射入現(xiàn)場待挖區(qū)土方，土體遇水變?yōu)槟酀{，待挖區(qū)泥漿坑放置抽漿泵，對泥漿進(jìn)行增壓，基坑外鋪設(shè)泥漿管至卸土點(diǎn)，泥漿通過鋪設(shè)管道輸送至卸土點(diǎn)，完成場內(nèi)土方外運(yùn)工作。

3.1 清水泵布置

泥漿采用外借用水，通過清水泵加壓后，分支管注入待挖區(qū)坑中進(jìn)行配制。清水泵設(shè)置于基坑外附近合適位置（一般鄰近河流），清水泵管與出水管道連接，出水管鋪設(shè)至現(xiàn)場待挖區(qū)，端部連接轉(zhuǎn)換頭，轉(zhuǎn)換頭為12路支管接頭，支管采用水管軟管連接，清水由人工控制，自支管涌出至待制漿基坑內(nèi)。

3.2 沖刷土體制漿

清水沖刷土體形成3∶2（水∶泥）泥漿，由場內(nèi)小型泥漿泵通過軟管輸送至坑外主管，主管連接場外大型增壓泵進(jìn)行增壓后開始遠(yuǎn)距離輸送。噴槍沖水壓力一般要求達(dá)到0.6 MPa以上，沖擊水流與所開挖土面呈30°～60°角方向沖向土體，連續(xù)均勻沖刷，泥水流由沖刷點(diǎn)向泥漿泵部位行進(jìn)，使沖刷下來的泥水向泥漿泵部位呈鍋底狀集中外排，要避免同一部位沖刷時(shí)間過長導(dǎo)致高差過大[1-5]。

3.3 泥漿外運(yùn)

泥漿輸送管道多采用抗壓PPC管作為主輸漿管，管道連接口采用法蘭連接。管道從出土點(diǎn)沿河鋪設(shè)，直至卸土點(diǎn)，因泥漿運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)，除場內(nèi)需設(shè)置增壓泵外，沿途也設(shè)置增壓泵（一般間距3～4 km一處），現(xiàn)場增壓泵通過現(xiàn)場電箱供電，沿途增壓泵通過附近電站租賃供電。泥漿最終由尾泵管道排出至卸土點(diǎn)圍堰進(jìn)行自然沉淀。

4 水沖法實(shí)際應(yīng)用

通過分析前述的項(xiàng)目特點(diǎn)及出土難點(diǎn)可知，傳統(tǒng)的機(jī)械開挖加運(yùn)土車外運(yùn)的方式無法滿足本項(xiàng)目的取土需求。另由于該工程基坑土質(zhì)多為杭州特有砂質(zhì)粉土，適宜采用水沖法取土。

4.1 工程水沖法設(shè)備投入情況

本工程投入2套水沖法管線設(shè)備，日出土量可達(dá)8 000 m3，減輕了機(jī)場場區(qū)交通壓力，實(shí)現(xiàn)綠色施工無揚(yáng)塵，同時(shí)保證了土方施工工期，確保了工程整體進(jìn)度。

4.2 水沖法取土施工過程管理

4.2.1 清水取水點(diǎn)協(xié)調(diào)

考慮水沖法施工的成本經(jīng)濟(jì)性，選取就近河流水源作為清水取水點(diǎn)。清水取水點(diǎn)應(yīng)水源供應(yīng)充足，以本工程為例，泥漿中水、泥比為3∶2，水沖法日出土量8 000 m3，對應(yīng)清水日取水量12 000 m3。在本項(xiàng)目水沖法實(shí)施過程中，先后選取過2次清水取水點(diǎn)，第1次取水點(diǎn)移位原因?yàn)橹苓厖⒔▎挝幌蚝拥纼?nèi)排放泥漿，導(dǎo)致河道淤積水位不足。

4.2.2 管道布置平面協(xié)調(diào)

分包單位前期已將機(jī)場外部泥漿輸送管線布置完成，出機(jī)場設(shè)置2條泥漿泵送管線，管道1向西出機(jī)場場區(qū)后經(jīng)后解放河及靖江直河至義南橫灣；管道2經(jīng)空港隧道出場區(qū)至機(jī)場東大門，沿河道至義南橫灣。水沖法卸土圍堰場地位于紹興市濱海區(qū)（運(yùn)距35 km）。

交通中心標(biāo)段場地四面圍合，水沖法管線引出至場外需穿越周邊參建單位施工場地。

4.2.3 過程中管道拆改協(xié)調(diào)

因水沖法管線穿越周邊參建單位場地，隨周邊標(biāo)段施工工況變化，水沖法管線需進(jìn)行局部改遷。目前因航站樓北區(qū)樁基及承臺(tái)施工、北行李通道施工、離場高架北段鋼箱梁吊裝，已進(jìn)行過3次管線遷改工作。改遷時(shí)，需停止場內(nèi)水沖作業(yè)，泥漿泵送管道在停用后立即用清水沖洗，確保將管道內(nèi)泥漿沖洗干凈，降低堵管概率。

4.2.4 管道爆管應(yīng)急處理

爆管原因：泥漿管泵送壓力最大可達(dá)1 MPa，管線接頭處為薄弱環(huán)節(jié)，可能存在法蘭盤局部承壓力不足，導(dǎo)致接頭處管線破裂爆管。同時(shí)，因泥漿管需穿越周邊參建單位施工場地，在周邊單位施工過程中，施工機(jī)械及施工車輛易造成泥漿管機(jī)械破壞。

應(yīng)急處理措施：泥漿泵送時(shí)，一旦現(xiàn)場施工巡查人員發(fā)現(xiàn)泵送管道爆管時(shí)立即停止泥漿輸送，同時(shí)組織人員對爆管區(qū)域泥漿進(jìn)行清理，清理完成后由專人對管道進(jìn)行更換。

4.2.5 水沖法工效保障措施

為保證水沖法取土工效，現(xiàn)場擴(kuò)大水沖法工作面，將水沖法槍頭間隔分布，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同步水沖。取土點(diǎn)按樹狀分散布置，相鄰取土點(diǎn)之間間隔50 m以上，取土點(diǎn)的位置可根據(jù)施工部署的要求進(jìn)行移動(dòng)。每個(gè)取土點(diǎn)設(shè)置臨時(shí)泥漿池，池內(nèi)泥漿由22 kW泥漿泵抽吸入支管，再由支管匯入總管。

4.3 水沖法取土施工創(chuàng)新點(diǎn)應(yīng)用

4.3.1 淤泥質(zhì)黏土處理

本工程－17.00 m至基底（承臺(tái)底多為－19.25 m）土層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土含水率高，黏滯性強(qiáng)，很難分散為獨(dú)立的散粒體，無法直接水沖為流動(dòng)性較好的泥漿，不適宜直接采用水沖法取土。

項(xiàng)目針對淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土的特性，采取挖機(jī)翻倒和機(jī)械振動(dòng)2種方式對原位固結(jié)淤泥進(jìn)行預(yù)處理，破壞原狀淤泥的黏結(jié)力，提高淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土的水沖效率。

振動(dòng)棒機(jī)械振搗原狀淤泥，可迅速打破土粒間黏結(jié)力，降低整體黏滯性，使之變?yōu)榫鶆?、流?dòng)性較好、適于水沖法泵送的泥漿，將其液化，提高水沖法效率。振動(dòng)棒插入振動(dòng)10 s，可將周邊40 cm范圍內(nèi)的淤泥質(zhì)黏土液化，通過不斷變化振動(dòng)點(diǎn)位，可將較大范圍內(nèi)淤泥質(zhì)黏土進(jìn)行液化預(yù)處理。

采取挖機(jī)翻倒原狀淤泥，同樣可起到破壞淤泥質(zhì)黏土內(nèi)部黏結(jié)力的效果，且通過挖機(jī)倒運(yùn)，可將原位淤泥轉(zhuǎn)運(yùn)至淤泥集中水沖點(diǎn)，有利于提前展開底板施工工作面。但挖機(jī)翻倒對原狀淤泥起到的液化效果具有遲滯性，無法做到迅速液化的效果。

4.3.2 水沖法防汛排澇應(yīng)用

本工程基坑面積10萬 m2，降雨匯水面積較大。同時(shí)機(jī)場場區(qū)內(nèi)因施工影響，蓄水湖已人工回填無法調(diào)蓄雨水，規(guī)劃新建雨水管道尚未完全接通投入使用。故交通中心標(biāo)段汛期雨水外排壓力較大。

項(xiàng)目汛期采用水沖法，2臺(tái)280 kW泥漿泵兼作雨水強(qiáng)排泵，可起到較好的排澇效果，雨水泵送外排至卸土點(diǎn)，可緩解機(jī)場場區(qū)內(nèi)排澇壓力。

4.4 實(shí)施成果效益

經(jīng)濟(jì)效益：本工程與土方分包結(jié)算土方外運(yùn)單價(jià)，不區(qū)分順作明挖與逆作暗挖，不區(qū)分渣土車外運(yùn)和水沖法外運(yùn)，為統(tǒng)一單價(jià)。與業(yè)主結(jié)算土方合同單價(jià)為，順作區(qū)土方明挖為118元/m3，逆作區(qū)土方暗挖為128元/m3（考慮機(jī)械暗挖降效）。本工程逆作區(qū)土方暗挖工程量為600 000 m3。采用水沖法土方外運(yùn)，順作明挖與逆作暗挖難易程度接近，本工程逆作暗挖土方約80%采用水沖外運(yùn)。故水沖法產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益為480萬元，且水沖法取土不受場內(nèi)外交通環(huán)境的影響，工作效率穩(wěn)定，工期效益顯著。

社會(huì)效益：粉砂土質(zhì)水沖法取土及泥漿泵送工法是現(xiàn)代土木工程技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，解決了處于粉砂質(zhì)土地區(qū)的場地內(nèi)外交通運(yùn)輸壓力大的超大、超深基坑工程的土方開挖及外運(yùn)難題。以管道運(yùn)輸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的車輛運(yùn)輸，在緩解交通壓力、保障施工安全的同時(shí)，還能避免對周邊環(huán)境造成污染。

5 結(jié)語

本文結(jié)合杭州蕭山國際機(jī)場三期交通中心項(xiàng)目基坑施工的實(shí)際過程，總結(jié)了水沖法取土工藝實(shí)際應(yīng)用中存在的優(yōu)勢與局限性：相較于傳統(tǒng)的機(jī)械取土結(jié)合渣土車土方外運(yùn)的土方施工方式，水沖法出土可全天候連續(xù)進(jìn)行，不受場內(nèi)外交通的影響，且施工全過程無噪聲，可有效控制土方施工時(shí)的基坑揚(yáng)塵，利于環(huán)境保護(hù)，受到地方政府的支持。另受限于工藝特性，水沖法出土僅適用于粉土及砂性土出土，對于黏性土需進(jìn)行預(yù)處理，且設(shè)備及管線前期一次性投入較大，施工過程中受管線質(zhì)量影響極大，不適用于較小基坑。