軟土深基坑開挖優(yōu)化設(shè)計(jì)
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摘要：在基坑工程事故中大部分是由土方開挖方式不當(dāng)所引起的，特別是在軟土場地中。以連云港海相軟土場地某深基坑為例，對該基坑的開挖方案進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出采用水力沖挖法進(jìn)行基坑開挖，經(jīng)過與機(jī)械開挖方案對比，該方法能夠大幅度減少工程造價，而且基坑位移監(jiān)測結(jié)果顯示，水力沖挖過程中基坑及坑底工程樁變形均較小。因此水力沖挖法既有良好的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，在軟土場地中可以推廣使用。
關(guān)鍵詞：軟土基坑；開挖方案；優(yōu)化設(shè)計(jì)；水力沖挖
基坑開挖過程是事故頻發(fā)的時間段，在許多基坑工程中由于開挖方式的不當(dāng)引起的坍塌事故屢見不鮮[1-4]。如何確定基坑開挖的方案尤為關(guān)鍵，其合理性決定基坑工程的安全性。尤其在軟土基坑開挖中，由于軟土的工程性質(zhì)極差，往往產(chǎn)生基坑變形過大而倒塌或者大量工程樁產(chǎn)生傾斜的后果[5-7]，常規(guī)的開挖方法并不一定適用。以連云港某污水處理工程為例，其基坑類型為圓形深基坑，采用了水力沖挖法進(jìn)行軟土基坑開挖，并通過開挖過程中監(jiān)測分析，認(rèn)為水力沖挖法在軟土基坑開挖中具有一定的優(yōu)勢。
1工程概況
連云港某污水處理工程采用了半地下式鋼筋混凝土池體，為直徑52m的圓形基坑，最大開挖深度4.8m，池底采用了預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)，管樁直徑為500mm，長度18m。沉池底板呈1：10傾斜，見圖1中所示剖面圖。經(jīng)過工程勘察，影響本工程的主要土層自上而下分別為：素填土層，平均厚度約0.95m；黏土層，平均厚度約1.03m；淤泥層，平均厚度約15.15m。泥土層的強(qiáng)度極低，其對工程樁的約束作用較小，因此基坑開挖過程中工程樁的保護(hù)是最大的難點(diǎn)，稍有不慎就會出現(xiàn)工程樁傾斜或斷樁事故。
2開挖方案優(yōu)化
針對本基坑的具體情況，分析了兩種基坑開挖方案，方案一為首先采用滿堂式深攪樁對池底進(jìn)行加固。采用此方案時，如果采用機(jī)械開挖，由于地基土的性質(zhì)較差，勢必對工程樁產(chǎn)生影響，在以往工程中由于機(jī)械開挖導(dǎo)致的工程樁傾斜事故屢見不鮮。如果采用人工開挖勢必加長的工期，且采用此方案時其地基加固的費(fèi)用較高。針對此方案曾召開兩次專家評審會，與會專家一致認(rèn)為，該方案在技術(shù)上經(jīng)調(diào)整后可行，但經(jīng)濟(jì)上不可行。
方案二為采用水力沖挖法進(jìn)行基坑開挖，且僅對地基進(jìn)行部分加固。此方案首先放坡開挖基坑頂部2.1m范圍的土層，接著進(jìn)行底板施工，兩條管道及中心下沉區(qū)域底板暫不施工；然后開挖管道及中心下沉區(qū)域土層，并采用攪拌樁支護(hù)及格柵加固；最后施工剩余部分底板。方案一、二的造價對比見表2所示?？紤]到工程造價、工程樁保護(hù)、場地條件、施工工期等多方面因素，該工程最終決定采用方案二施工。
3水力沖挖施工工藝
3.1水力沖挖介紹
水力沖挖施工法借鑒了自然界水流沖刷的原理[8]，借助水力作用來進(jìn)行土方開挖及運(yùn)送。與傳統(tǒng)土方開挖方式相比，該法具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）提高了土方開挖的機(jī)械化程度。對于軟土場地的基坑而言，由于土體的工程性質(zhì)較差，為了最大限度地降低工程擾動，一般采用小型機(jī)械作業(yè)，或者采用人工開挖，這就大大增加了開挖程序。采用水力沖挖法后，土方開挖及外運(yùn)全部機(jī)械化，顯著提高了施工機(jī)械化程度。
（2）顯著縮短土方開挖工期。水力沖挖法的機(jī)械化程度高，挖土效率快，且可以24h持續(xù)工作，可以顯著縮短施工工期。
（3）水力沖挖機(jī)組自重輕，沖挖過程中對工程樁擾動小，另外產(chǎn)生的泥漿將由管道運(yùn)輸至外部，這就避免了土方外運(yùn)機(jī)械對工程樁的擾動。因此，本工法在開挖及外運(yùn)兩個方面同時降低了擾動。
3.2水力沖挖工藝的主要工序及控制要點(diǎn)
（1）雜物清理。為了提高沖挖效率及保護(hù)沖挖設(shè)備，應(yīng)在開挖前清楚地表雜物。局部體積較小的采用人工挖除。
（2）水力沖挖施工。首先用高壓水泵抽水，再接送至高壓水槍進(jìn)行沖挖。沖挖產(chǎn)生的泥漿將由泥漿泵抽出，泥漿泵固定于浮筒上。排放出的泥漿由管道輸送至泥漿池中，并進(jìn)行沉淀。沉淀產(chǎn)生的清水作為沖挖循環(huán)水使用，水力沖挖設(shè)備最佳工作水深約為1m，因此，在施工中應(yīng)嚴(yán)格控制開挖區(qū)水位。
（3）泥漿處理。場外泥漿采用管道運(yùn)輸，管道直徑應(yīng)根據(jù)泥泵出水口揚(yáng)程、輸送距離及流量等因素制定。如果輸送行程較大，中間可設(shè)置加壓設(shè)備，以增加輸送效率。注意泄水口的布置，要避免泄水對周圍環(huán)境的影響。
3.3水力沖挖法效果評價
本次開挖選擇的水槍揚(yáng)程為55m，流量55m3/h。泥漿泵揚(yáng)程20m，流量200m，55m3/h。由于采用了水力沖挖法，基坑底部工程樁的偏移量得到了有效控制，如圖7所示。大部分工程樁偏移量在10mm以內(nèi)，最大樁體偏移量為47mm，按規(guī)范要求傾斜程度不得大于0.5%，即90mm，滿足要求。
4結(jié)語
海相軟土的特殊工程特性，在開挖過程中易引起很多技術(shù)問題，在這種背景下研發(fā)基坑土方的水力沖挖技術(shù)，有效的解決了這些問題，并能顯著節(jié)約工程造價，減少施工工期。通過工程實(shí)踐，得到以下基本結(jié)論：
（1）水力沖挖技術(shù)有其特有優(yōu)點(diǎn)，但是應(yīng)注意其適用性。深厚軟土場地，機(jī)械開挖容易造成樁基傾斜，周邊具備一定的泥漿處理場所，可考慮采用本方法；硬質(zhì)場地土自身強(qiáng)度高，水力切割困難較大，不適宜采用水力沖挖。
（2）與水利疏浚工程不同，水力沖挖的施工對象是基坑工程，土體含水量變化易造成基坑側(cè)壁安全性下降，故坑內(nèi)沖挖泥漿量應(yīng)控制在較小范圍，以泥漿深度滿足泥漿泵正常工作即可，泥漿過多時可通過增加泥漿泵數(shù)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。
（3）水力沖挖一般采取盆式挖土，即先挖中間區(qū)域，后挖周邊區(qū)域土方。必要時周邊土方課采用機(jī)械挖土或人工挖除，減少土體含水量增加值。
（4）應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目周邊環(huán)境特點(diǎn)，杜絕泥漿輸送造成的環(huán)境污染。軟土基坑開挖極易導(dǎo)致變形過大和工程樁偏位等事故，本文提出的水力沖挖法能夠有效地避免這些事故，并通過了工程實(shí)例的驗(yàn)證，在采用水力沖挖法后基坑變形量極小，且基坑底部的工程樁偏移量也在規(guī)范允許范圍內(nèi)。
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作者：魏昕 單位：江蘇省灌南縣建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站