深大基坑沖土泵送開挖的施工組織設(shè)計(jì)要點(diǎn)

危 鼎 周建民 周海貴 趙國偉 許國棟 青長江 龔扎力根白音

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

杭州奧體中心工程位于杭州市蕭山區(qū)錢江世紀(jì)城，基坑開挖面積約150 000 m2，土方量約2 000 000 m3，基坑?xùn)|西長560 m，南北寬320 m，開挖深度9～14 m，圍護(hù)大部分采用放坡加土釘支護(hù)，與周邊項(xiàng)目鄰近處采用SMW工法樁加混凝土角撐。工程位于錢江世紀(jì)城主城區(qū)，政府環(huán)保要求高，傳統(tǒng)土方開挖方法難以滿足工期及綠色施工的要求，必須采用新的出土方法。水利工程中使用砂石泵超遠(yuǎn)距離泵送淤泥與泥沙的技術(shù)是解決目前建筑工程出土困難的一個思路，但要把在河道、灘涂等場所泵送淤泥與泥沙的技術(shù)應(yīng)用于超大面積深基坑開挖中，則需要解決一系列問題，如沖土泵送泥漿工序與圍護(hù)、降水、破樁頭、清底、防水與底板施工等各道工序應(yīng)如何合理穿插，各道工序的工作面應(yīng)如何形成、展開與交接，各道工序中各種人力、機(jī)械、物資資源應(yīng)如何配置等，做到在保證工期的條件下，使資源投入量最少，并盡早形成資源得到最大化利用的分區(qū)分塊流水施工[1-2]。

1 深大基坑沖土泵送開挖整體部署

采用沖土泵送開挖大面積基坑時，基坑的整體開挖部署可采用“一點(diǎn)到底、一線到端、以線帶面”的“匯流式”整體開挖部署。

“一點(diǎn)到底”是指為提高沖土效率，在開挖起始點(diǎn)就直接挖到基底標(biāo)高或某設(shè)定標(biāo)高，從而形成水利與土方機(jī)械立面組合開挖的工作面，而不是分層開挖，如圖1所示。

圖1 “一點(diǎn)到底”開挖方式示意

“一線到端”是指為避免重復(fù)多次地裝拆現(xiàn)場清水管與泥漿管，在大面積基坑開挖的過程中以最大開挖深度或某設(shè)定的挖深，沿著一條直線從基坑的一端直接開挖到另一端，而不是傳統(tǒng)的分塊開挖。

“以線帶面，匯流式”開挖指在基坑開挖過程中，以若干條直線開挖槽為主干，直線開挖槽的周邊土、基坑周邊的邊坡土及基底的保護(hù)預(yù)留土，用土方車短駁的形式匯入直線主干開挖槽內(nèi)。同時，沿主干開挖槽開挖方向，從前向后依次布置沖土、降水、破樁頭、清底、防水與底板施工的工作面，從而形成“以線帶面”各道工序有序穿插的流水施工。深大基坑沖土泵送開挖整體部署如圖2所示。

圖2 “一線到端，以線帶面，匯流式”開挖示意

2 各工序先后穿插關(guān)系

沖土泵送開挖基坑與傳統(tǒng)挖機(jī)與土方車配合開挖基坑在施工機(jī)具、施工方法等方面都有很大不同[3-4]。沖土泵送開挖時，各工序的先后順序與傳統(tǒng)施工方法有較大差異。

2.1 沖土開挖與圍護(hù)施工的關(guān)系

沖土開挖相當(dāng)于集水明排開挖，開挖時從周邊土里滲流到開挖坑內(nèi)的水可由砂石泵統(tǒng)一抽走，且砂石泵功率很大，完全有能力將滲流入開挖坑中的水及時抽走，因此不需要等基坑周邊圍護(hù)與止水帷幕全部完成，即可開始基坑開挖，可大幅縮短開挖時間。本項(xiàng)目先行施工“兩館”（主體育館和游泳館）部分，且最先施工“兩館”周邊有勁性鋼管柱部分的結(jié)構(gòu)，因此沖土開挖方向確定為由2臺砂石大泵分別沿著“兩館”周邊有勁性鋼管柱的區(qū)域，從西向東進(jìn)行沖土施工，如圖3所示。這些開挖部位離圍護(hù)基坑邊較遠(yuǎn)，沖土開挖的開始時間基本都在三軸止水圍護(hù)施工前或部分與圍護(hù)施工同步進(jìn)行。

圖3 沖土開挖部署示意

2.2 沖土開挖與降水施工的關(guān)系

由于采用沖土泵送開挖，土體本身就需要用高壓水沖稀成泥漿，且開挖過程中基坑底部又不需要下土方車裝運(yùn)土方，因此沖土開挖不需要像傳統(tǒng)開挖方法一樣，需等降水井施工完畢且降水效果達(dá)到一定程度后才能開始挖土方，沖土開挖的開始時間可提前到降水施工前。但沖土開挖到離基坑設(shè)計(jì)底標(biāo)高只有0.5～1.0 m厚土層時，需要停止沖土，改用小挖機(jī)與人工開挖最后0.5～1.0 m厚的土與承臺，此時為了可使用小型機(jī)械下基坑底作業(yè)，并方便底板墊層施工，又需要在清底作業(yè)前插入降水工序，把坑底地下水位降到底板底標(biāo)高下1 m。因此，降水施工的工序從土方開挖前調(diào)整到?jīng)_土開挖到基底標(biāo)高后。

2.3 沖土開挖與機(jī)械破樁頭施工的關(guān)系

由于沖土泵送開挖采用一沖到底的施工方式，不是傳統(tǒng)的分層開挖，樁頭也不能分層破除，因此現(xiàn)場經(jīng)常會出現(xiàn)沖出大片較高的樁頭的場景，如圖4所示。

圖4 “一點(diǎn)到底”開挖出的樁頭

有的樁頭高達(dá)十余米，為了施工安全與下一步工序能夠正常開展，必須采用鎬頭機(jī)機(jī)械破除沖出的樁頭，但在使用機(jī)械破除樁頭時，為避免鎬頭機(jī)沖擊造成斷樁，破除點(diǎn)需控制在距離基坑底高1 m以上的標(biāo)高處。由于沖土區(qū)水管與電纜密集，故鎬頭機(jī)破樁作業(yè)只能等到?jīng)_土現(xiàn)場移除泥漿小泵以及各種水管與電線后才能進(jìn)行，且為了鎬頭機(jī)能持續(xù)作業(yè)與有較好的回轉(zhuǎn)半徑，鎬頭機(jī)破樁作業(yè)最早插入時間可為沖土開挖出至少一塊按后澆帶劃分的底板區(qū)域后。此階段破樁頭的工作包括在離基底面高1 m處放倒樁頭，并把樁頭破碎，吊裝到基坑周邊運(yùn)出現(xiàn)場或做其他利用。剩余的高1 m樁頭需等到做墊層時人工破除。

2.4 破樁頭與降水施工關(guān)系

破樁頭與降水施工均在沖土開挖到基底標(biāo)高后進(jìn)行，若按施工的可操作性分析，降水井施工幾乎可與沖土施工同步進(jìn)行，即當(dāng)沖土開挖到基坑底后，即可插入降水井作業(yè)。若按工序先后服務(wù)的關(guān)系，降水施工也應(yīng)放在破樁頭施工前，因?yàn)榻邓蠡子矊?shí)，方便鎬頭機(jī)在坑底的行駛與破樁作業(yè)。但考慮到若按設(shè)計(jì)要求間距全部完成了降水井施工后，后期插入的破樁頭施工會對已完成的降水井產(chǎn)生大量破壞，且前期打好的降水井由于經(jīng)常要拆裝電線讓出施工道路給鎬頭機(jī)通行，降水效果也不理想，所以現(xiàn)場可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析：若開挖到基底后經(jīng)過簡單、短暫的明排水后，基底的強(qiáng)度可滿足鎬頭機(jī)行走要求，則全部的降水井施工都可放在破樁頭施工后。若不進(jìn)行降水時基坑底強(qiáng)度無法滿足鎬頭機(jī)行走要求，則可采用局部真空降水方式讓局部基底滿足鎬頭機(jī)行駛要求，讓鎬頭機(jī)先在局部進(jìn)行破樁作業(yè)，其他地方加大明排水的力度并填墊破好的樁頭碎塊，從而滿足鎬頭機(jī)行駛的要求；在一塊底板區(qū)域內(nèi)破完樁頭并清除完垃圾后，再正式進(jìn)行降水井施工。未降水條件下的機(jī)械破樁頭作業(yè)現(xiàn)場如圖5所示。

圖5 未降水條件下的機(jī)械破樁頭作業(yè)現(xiàn)場

2.5 沖土開挖與基底土開挖施工的關(guān)系

基底土為設(shè)計(jì)底板底標(biāo)高上的0.5～1.0 m厚保護(hù)土層，基底土開挖需等到機(jī)械破樁頭與降水工作結(jié)束后進(jìn)行，土方單位需要進(jìn)場小型挖機(jī)，配合人工清除基底剩余的0.5～1.0 m厚保護(hù)土及樁間土，并挖出承臺與地梁。挖出承臺與地梁后，再使用人工破除高1 m的樁頭，把樁頭修到設(shè)計(jì)標(biāo)高。基底土開挖與樁頭修整完畢后，可按正常工序開展后續(xù)的墊層、防水與底板施工流程。

3 工作面展開速度與人工機(jī)械配置

3.1 沖土展開面速度與人工設(shè)備配備

采用土方機(jī)械配合水利機(jī)械泵送出土?xí)r，1臺流量為486 m3/h、功率為280 kW的砂石大泵的出土效率平均為2 500 m3/d，若以后澆帶為檢驗(yàn)批劃分界線，1塊底板的面積約為40 m×40 m，本項(xiàng)目平均開挖深度10 m，去掉表層與基底土后，大約為8 m，再考慮開挖四周存在一個45°左右的開挖坡度，因此沖出一塊底板作業(yè)面積需要沖走大約18 300 m3的土，若使用1臺砂石大泵開挖則大約需要7 d。1臺清水大泵可接9～12個水槍，共需配9～12個水槍操作手，3～4個設(shè)備看守操作工，1臺砂石大泵可接3個砂石小泵，共需配9個操作與清理手，共約30個工人與管理人員，若兩班輪做則需60個工人與管理人員。后續(xù)各道工序都可按此7 d一塊的沖土工作面展開速度，安排機(jī)械設(shè)備和勞動力的數(shù)量與進(jìn)場時間。本項(xiàng)目配備2家土方勞務(wù)隊(duì)時，每家勞務(wù)隊(duì)按7 d一塊的速度確定沖土展開面，并按此工作面展開速度，安排清底和挖承臺的小型挖機(jī)數(shù)量與配合人工。

3.2 機(jī)械破樁頭速度與人工機(jī)械配備

由于沖土區(qū)各種水管與電纜密集，鎬頭機(jī)為大型機(jī)械設(shè)備，且需要繞場地行走，因此破樁作業(yè)只能等到現(xiàn)場移除所有泥漿小泵與水管后才能進(jìn)行。鎬頭機(jī)破樁作業(yè)最早在沖出一塊底板的后一天插入進(jìn)行，即開始沖土7 d后。在一塊40 m×40 m底板工作面內(nèi)，效率與經(jīng)濟(jì)性較好的破樁配置是1臺鎬頭機(jī)加4個工人。奧體項(xiàng)目一塊底板面積內(nèi)平均有100根樁，1個鎬頭機(jī)平均破樁效率為30根/d，破完100根樁需3.3 d。放倒樁頭后還需將樁頭破碎與歸堆，人工割除鋼筋后才能運(yùn)出破碎的樁頭混凝土，此工作需3 d，因此，經(jīng)濟(jì)高效地破除一塊底板的樁頭需要6.5 d。

3.3 基底降水施工速度與人工機(jī)械配備

沖土開挖的基底通常起伏較大，沒有降水的基坑底部又較軟、承載力差，打井機(jī)械行走能力不及鎬頭機(jī)，一般不能進(jìn)入沖土開挖出的基底進(jìn)行打井施工。考慮到已挖到基坑底部，降水井不需太深，通常可采用人工成井法降水。奧體項(xiàng)目一塊底板平均需打井4口，4個工人采用人工成井需要1 d，再把水降到基底下1～2 m需要2 d，即沖土開挖后18 d，第1塊底板具備清底與挖承臺工作面。

3.4 清底挖承臺與人工破樁頭速度

降水結(jié)束后，土方單位繼續(xù)進(jìn)場小挖機(jī)配合人工清除基底剩余的0.5～1.0 m厚保護(hù)土及樁間土，挖出1～2 m深承臺與地梁，并修出邊坡。1塊底板較經(jīng)濟(jì)與合理的配置為1臺小挖機(jī)與8個工人，此工序要占據(jù)3 d。在挖出承臺與地梁的同時可插入人工破樁與修樁頭作業(yè)，通常一塊底板由4人進(jìn)行人工破樁、修樁頭作業(yè)，工期也為3 d。即沖土開挖后24 d，第1塊底板具備墊層施工的工作面。往后進(jìn)入正常的防水與底板施工流程。

4 結(jié)語

在杭州奧體中心工程中，項(xiàng)目部結(jié)合工程實(shí)際進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，在超大面積深基坑開挖中采用水利機(jī)械配合土方機(jī)械開挖施工技術(shù)，有效地進(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)施工等工序作業(yè)，不僅加快了工程施工進(jìn)度、降低了成本，而且實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場土方施工階段的綠色環(huán)保。本文所總結(jié)的深大基坑沖土泵送開挖施工組織設(shè)計(jì)有著廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。