水冲法土方开挖施工方法

刘驭 1 顾国辉 2 张子鹏 3

2江苏熙利建设有限公司 江苏南京211100

3南京市水务建设工程有限公司 江苏南京 210000

一、背景技术

通常情况下建构筑物工程基坑土方开挖施工采用人工、机械或人工配合机械进行开挖作业，但是如果所开挖的基坑土质为淤泥质土、粉土、砂性土的情况，基坑周边有开阔闲置的场地可做为开挖土方的弃土场且附近有沟塘时，可以利用河水进行水冲法开挖施工。

水冲法是模拟自然界水流冲刷原理，利用水力的作用进行挖土、输送土、填土施工的方法，水经过高压清水泵产生压力水，通过水枪的喷嘴射出高速水流，将泥(砂)土切割、粉碎，湿化形成泥浆液体，利用泥浆泵的压力将泥浆通过输送管道运送到指定的弃土场，而现在的水冲土方开挖施工方法存在安全性较低，容易发生施工事故的问题。

二、技术方案

水冲法土方开挖施工方法，包括以下步骤：

S1、在施工前需要专业的监测团队到待施工位置进行地质勘察，查明场地岩土工程条件，为拟建建筑物的基础设计和施工提供岩土工 程依据；

S2、待地质勘察完成后，需要对勘察结果进行分析、计算得出合理的施工方案，补充或明确主体工程各个施工位置的基本信息；完善主体结构的基础埋深、坑中坑深度，围护计算时应考虑坑中坑影响；补充坑周地下管线规格及分布信息，完善基坑总图；

S3、根据S2中制得的基坑总图，采用水冲法进行土方的开挖，并实时的将冲刷掉的沙土和连同积水一起排出，获得基础的基坑框架；

S4、根据S2中制得的基坑总图，对水冲形成的基础基坑进行进一步的施工，获得符合施工要求的基坑，并进行基桩的搭建，然后进行基桩的检测，保证基桩质量达标；

S5、待基桩施工并检测完成后，依次进行三轴搅拌桩施工、降水施工和管井降水施工，增加基坑的强度；

S6、根据施工要求，从上至下以层进行土方开挖，待土方开挖完成后，再将基坑内的型钢拔除和桩缝灌浆，即可获得符合要求的基坑。

优选的，所述S1检测的内容包括地基土的岩土工程性质、地基土承载力检测、场地土对建筑材料的腐蚀性检测、地下(表)水对建 筑材料的腐蚀性检测、地下水和地表水分类、特殊性岩土、对工程不利的埋藏物、不良地质作用、软土震陷、场地地基岩土层的构成、地 形地貌及环境条件、地理位置和交通条件、区域地质构造、区域水文条件、区域气象条件。

不同的地块通过同一勘察单位勘察，但分层定名和设计参数都不一致，应和勘察单位核实，勘察手段单一，未做静力触探等，此区域 5米左右有软夹层未探明，对降水有影响，且土层强度很差，应复核对基坑的不利影响，补充承压水资料及坑中坑抗承压水突涌计算。

补充明确本基坑开挖与同侧的不同地块开挖相对时序，按不利组合条件复核本基坑东侧支护剖面内力与变形，必要时可作型钢密插等加强处置；调查北侧明电舍驱动技术项目基坑的挖深、位置，围护形式，出土路线等，并根据该项目施工工况及路上超载情况对北侧围护进行计算复核。

依据预设坑外侧地下水位降幅和基坑施工季节特点,复核并加强坑外侧降水管井布设(井距、管井构造等)；补充遇汛期暴雨时基坑应急降排水措施要求，以及止水帷幕渗漏时的封堵措施要求。注明坑底深井分批封井时间和封井数量。

分段细化(上下叠合式)型钢组合内支撑预应力施加要求，明确拆撑时机要求，建议补充拆撑时序详图，钢支撑A-A为双层支撑，B-B 为单层支撑，与支护剖面中表达不一致，组合型钢支撑应采用工厂化生产的符合标准的产品，以确保型钢支撑整体质量。

建议另行采用有效应力法及相应的有效应力强度指标校核基坑定性安全度；补充出土口剖面单独验算，并对出土口进行加强。

补充底板换撑详图，明确邻近坑边底板后浇带中型钢传力构件设置及节点详图；复核邻边汽车坡道位置，补充邻边汽车坡道换撑详图。

结合止水与变形控制要求复核中850三轴水泥搅拌桩止水帷幕选用全断面套打还是套接一孔法；补充SMW工法桩的质量检测要求；细化型钢拔除后续注浆回填技术要求。

补充不同支护剖面分界定位；补充新增立柱桩的定位尺寸标示；对型钢立柱的长度及承载力进行复核，立柱端部位于淤泥质土中，应进行加强。施工出土车道附近型钢立柱建议改为格构式。补充格构柱立柱与支撑连接详图，明确不同地块基坑土方同步开挖要求，以及若遇不同步开挖时交界部位临时边坡及地下水控制处置措施。

复核基坑抗隆起稳定计算，围护桩插入长度建议适当加长，保留安全余量。型钢对撑的双八字撑缺少规范依据，建议进行调整。对北侧d-1轴位置的阳角建议右移调整至支撑梁上。

补充完善计算书，钢支撑A、B二种类型应分别计算，计算书钢支撑类型与图纸应一致。钢支撑稳定性验算应按双向偏心计算，钢支撑平面外计算时偏心距20太小，应按规范取40。补充钢支撑节点连接计算，钢支撑计算必须计入预加压力，基坑角部设置混凝土支撑应单独设置剖面，并补充支撑梁编号和详图，东南角切角坡度较大，受 力不合理，建议进行加强。

补充对南侧机场快速路的保护要求，分析坑外降水对其产生的不利影响，细化按后浇带划分的挖土分区、分层、分块开挖的指导性施

潜水泵抽水的取水口必须距河底大于30cm以上，水泵的扬程为75米，枪冲水压力一般要求达到0.6MPa以上，冲击水流与所开挖土面呈30～60度角方向冲向土体，连续均匀冲刷，泥水流向冲刷点向泥浆泵部位行进，使冲刷下来的泥水向泥浆泵部位呈锅底状集中外排， 要避免同一部位冲刷时间过长使高差过大，一般每m3土用水量约 3～4m3，泥水含泥量(按体积)20％左右，泥水吸取用11～22KW泥浆泵，泥浆泵距冲刷点5～10m为宜，在坑内“锅底”部位放置，为使泥浆顺利外排，应用浮筒法固定泥浆泵，即用两根600铁皮筒和两根48钢管焊接成井字格构架，泥浆泵放置在井字架上，使吸泥口距基底30cm 以上，抽排出的泥水用DN150水管由泥浆泵排出到弃土堆场内，泥水经沉淀后析出清水，清水经开挖的沟槽回流到河中再重复利用。堆土高度控制在2米以内，放坡坡度(高宽比)不宜大于1:0.33，且施 工过程中，要保持施工安全。

基坑开挖应遵循“大基坑小开挖”原侧，以机械开挖和人工修整相结合，按“排水→挖土→土体外运→再挖深”的施工流程，开挖时应注意开挖面土体的水土围压，控制掘进速率和自立面高度，开挖后，应注意饱和粉、砂性土的触变性和流动性；由于大面积的卸荷作用， 坑底土层将出现卸荷回弹和涌土、涌砂现象，施工时应注意基坑开挖的时空效应，及时做好坑底土层的保护、加固工作。

基坑降水、止水是本工程的主要研究对象之一，由于地下水补给表现为三维性，不仅有沿基坑周边纵向有水平补给，粉砂性土在垂向上会随水压力的改变而潜流补给。基坑内降水宜分级进行，开挖过程中可根据实际情况设临时集水井，基坑外侧地下水的下降会引起地面沉陷，从而影响路面、地下管线以及周围建筑的安全，施工时应引起足够重视。

严禁在基坑外侧堆载，做好基坑内部支撑工作，并注意上部填 土层、地下管线、人防工程等对基坑施工开挖的影响。

勘察钻探时，勘探孔孔深已揭穿了深部孔隙承压含水层顶板，虽然钻孔施工完毕后采用水泥浆进行了现场封孔，由于钻探施工形成的孔洞后回填材质与原状土层存在强度差异，在短时间内无法恢复，因此，基坑内孔隙承压水可能通过勘探孔形成的涌水，施工过程中应引起足够重视。

加强施工验槽和观测监控工作，设置专门观测点进行监控测量，形成网络化、智能化、信息化管理，对施工过程中出现的问题能及时反馈，保证施工的安全。

基坑工程整个施工期内，每天均应有专人进行巡视检查。

基坑工程巡视检查应包括以下主要内容：

1支护结构

(1)支护结构成型质量；

(2)冠梁、围檩有无裂缝出现；

(3)支撑、立柱有无较大变形；

(4)止水帷幕有无开裂、渗漏；

(5)墙后土体有无沉陷、裂缝及滑移；

(6)基坑有无涌土、流砂、管涌。

2施工工况

(1)开挖后暴露的土质情况与岩土勘察报告有无差异；

(2)基坑开挖分段长度及分层厚度是否与设计要求一致，有无 超长、超深开挖；

(3)场地地表水、地下水排放状况是否正常，基坑降水、回灌 设施是否运转正常；

(4)基坑周围地面堆载情况，有无超堆荷载。

3基坑周边环境

(1)地下管道有无破损、泄露情况；

(2)周边建(构)筑物有无裂缝出现；

(3)周边道路(地面)有无裂缝、沉陷；

(4)邻近基坑及建(构)筑物的施工情况。

4监测设施

(1)基准点、测点完好状况；

(2)有无影响观测工作的障碍物；

(3)监测元件的完好及保护情况。

5根据设计要求或当地经验确定的其他巡视检查内容。

巡视检查的检查方法以目测为主，可辅以锤、钎、量尺、放大镜等工器具以及摄像、摄影等设备进行，巡视检查应对自然条件、支护 结构、施工工况、周边环境、监测设施等的检查情况进行详细记录。 如发现异常，应及时通知委托方及相关单位，巡视检查记录应及时整 理，并与仪器监测数据综合分析，还需要包括深层水平位移监测、水位观测、围护桩顶部水平位移监测、支护桩、地下管线、坑外地表及立柱沉降监测、支撑轴力监测、监测警戒值，这些监测过程，都需要搭配对应的监测元件和设备，并合理安装。

施工前应通过成桩试验确定搅拌下沉和提升速度、水泥浆液水灰比等工艺参数及成桩工艺成桩试验不宜少于2根浆液水灰比 1.5～1.7；

3)搅拌桩桩位偏差不超过50mm,桩身垂直度误差不超过1/200桩径偏差不大于10mm，桩底标高偏差不超过+50mm；

4)成桩采用一喷一搅的搅拌工艺，水泥和原状土需均匀拌和，下沉及提升均为喷浆搅拌，下沉速度为1.0m/min.提升速度为 1.0-1.5m/min；下沉时喷浆量般为额定总浆液量的70～80％；压浆速度应和提升或下沉速度相配合，确保额定浆量在桩身长度范围内均分 布；提升时不应在孔内产生负压造成周边士体的过大扰动，搅拌次数或搅拌时间应能保水泥搅拌桩的成柱质量；

5)对周边环境存在需保护的建(构)筑物时，宜选择挤土量小的搅拌机头，并通过试成桩及其监测结果调整施工参数；特别当临近保 护对象时，搅拌下沉速度宜控制在0.3m/min～0.8m/min范围内，提升速度宜小于1m/min，喷浆压力不宜大于0.8MPa；

6)因故搁置超过2h以上的拌制浆液应作废浆处理；施工时因故 停浆，应在恢复压浆前将三轴搅拌机提升或下沉0.5m后再注浆搅拌 施工；

7)搭接施工的相邻桩，施工间歇时间不应超过16h，当超过16h， 搭接施工时应放慢搅拌速度；若无法搭接或搭接不良，应作为冷缝记录在案，并经围护设计单位认可后，在搭接处采取补救措施，采取外包两幅封堵；

7-1)水泥搅拌桩施工时，停浆面应高于桩顶标高500mm，并确保 桩顶水泥土质量满足设计要求。

8)水泥搅拌桩养护期不得少于28天，无侧限抗压强度不低于 0.8MPa时方可开挖基坑。桩体龄期达到28天后，应抽取部分桩体取芯测试其强度，并检测其完整性、搭接效果及渗透性能，取样及试验数量均不小于6个；钻孔取芯完成后的空隙应及时注浆填充；具体取样位置由有关各方根据实际施工情况共同商定；

9)型钢需经监理单位验收合格后方可进场；型钢接头焊接质量应符合《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205)的有关规定，且接头形式与焊接质量须满足型钢起拔要求，为利于起拔回收，内插型钢表面宜涂抹减摩剂。围檩浇注时型钢外包的隔离材料禁止使用泡沫，建议用油毛毡；

10)H型钢宜采用整材，当因施工需要采用分段焊接时，宜采用坡口焊接，焊缝质量等级不得低于二级；单根型钢中焊接接头不宜超过2个，焊接接头位置应避免设置在支撑位置或开挖面附近等型钢受力较大处，型钢接头距离坑底面不宜小于2m，相邻型钢的接头竖向位置宜相互错开，竖向错开距离不宜小于1m；

11)型钢插入宜在搅拌桩施工结束后30min内进行，插入前必须检查其直线度、接头焊接质量确保满足垂直度要求；型钢插入宜依靠自重插入，严禁采用多次重复起吊型钢并松钩下落的插入方法；

12)型钢回收应在主体地下结构施工完成、地下室外墙与搅拌桩 间回填密实后方可进行；在拆除支撑和腰梁时应将残留在型钢表面的腰梁限位或支撑抗剪构件、电焊疤等清除干净；型钢起拔宜采用液压起拔机；型钢拔除回收时，采用间隔拔除的方法；

13)型钢与围梁之间的隔离材料在基坑内一侧应采用不易压缩的硬质材料，以利于型钢的起拔回收；

14)对于型钢拔除后留下的空隙应及时注浆填充，注浆材料采用 纯水泥浆，水泥浆采用42.5复合硅酸盐水泥，水灰比0.4～0.5。并 应编制包括浆液配比、注浆工艺、拔除顺序等内容的专项方案；

15)型钢插入允许偏差应符合下列要求：

a)型钢顶标高：允许偏差±50mm

b)型钢垂直度：允许偏差1/200

c)型钢平面位置：平行于基坑边线允许偏差50mm，垂直于基坑边线允许偏差10mm

d)形心转角：3°

16)冷逢处理措施：相邻两幅间如遇停电、地质灾害、意外停机等特殊情况，施工间隔超过16小时则按冷逢处理。

三、有益效果

1、在使用时，通过在施工前进行完善的勘察可调查， 可以保证施工时施工事故的发生，根据当地的地质和水质进行合理的设计，以保证施工的安全和工程的使用寿命。

2、采用水冲法进行施工，利用泥浆泵的压 力将泥浆通过输送管道运送到指定的弃土场，水力挖土冲填机组能同时完成挖、装、运、填、夯等工序施工，具有功效高、成本低、工程 质量好、施工不受气候影响等优点，水冲法只对表层土形成冲击，工作面范围可控制、可分层开挖，能有效避免对原土的扰动，不仅可以提高施工的效率，还能保证施工的安全。

3、加强施工验槽和观测监控工作，设置专门观测点进行监控测量，形成网络化、智能化、信息化管理，对施工 过程中出现的问题能及时反馈，保证施工的安全。