軟土深基坑開挖優化設計

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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行了優化設計，提出采用水力沖挖法進行基坑開挖，經過與機械開挖方案對比，該方法能夠大幅度減少工程造價，而且基坑位移監測結果顯示，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濟性和可靠性，在軟土場地中可以推廣使用。

關鍵詞：軟土基坑；開挖方案；優化設計；水力沖挖

基坑開挖過程是事故頻發的時間段，在許多基坑工程中由于開挖方式的不當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極差，往往產生基坑變形過大而倒塌或者大量工程樁產生傾斜的后果[5-7]，常規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行軟土基坑開挖，并通過開挖過程中監測分析，認為水力沖挖法在軟土基坑開挖中具有一定的優勢。

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，池底采用了預應力混凝土管樁基礎，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是最大的難點，稍有不慎就會出現工程樁傾斜或斷樁事故。

2開挖方案優化

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行加固。采用此方案時，如果采用機械開挖，由于地基土的性質較差，勢必對工程樁產生影響，在以往工程中由于機械開挖導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，與會專家一致認為，該方案在技術上經調整后可行，但經濟上不可行。

方案二為采用水力沖挖法進行基坑開挖，且僅對地基進行部分加固。此方案首先放坡開挖基坑頂部2.1m范圍的土層，接著進行底板施工，兩條管道及中心下沉區域底板暫不施工；然后開挖管道及中心下沉區域土層，并采用攪拌樁支護及格柵加固；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、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]，借助水力作用來進行土方開挖及運送。與傳統土方開挖方式相比，該法具有以下優點：

（1）提高了土方開挖的機械化程度。對于軟土場地的基坑而言，由于土體的工程性質較差，為了最大限度地降低工程擾動，一般采用小型機械作業，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，土方開挖及外運全部機械化，顯著提高了施工機械化程度。

（2）顯著縮短土方開挖工期。水力沖挖法的機械化程度高，挖土效率快，且可以24h持續工作，可以顯著縮短施工工期。

（3）水力沖挖機組自重輕，沖挖過程中對工程樁擾動小，另外產生的泥漿將由管道運輸至外部，這就避免了土方外運機械對工程樁的擾動。因此，本工法在開挖及外運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

（1）雜物清理。為了提高沖挖效率及保護沖挖設備，應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行沖挖。沖挖產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，并進行沉淀。沉淀產生的清水作為沖挖循環水使用，水力沖挖設備最佳工作水深約為1m，因此，在施工中應嚴格控制開挖區水位。

（3）泥漿處理。場外泥漿采用管道運輸，管道直徑應根據泥泵出水口揚程、輸送距離及流量等因素制定。如果輸送行程較大，中間可設置加壓設備，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程為55m，流量55m3/h。泥漿泵揚程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，最大樁體偏移量為47mm，按規范要求傾斜程度不得大于0.5%，即90mm，滿足要求。

4結語

海相軟土的特殊工程特性，在開挖過程中易引起很多技術問題，在這種背景下研發基坑土方的水力沖挖技術，有效的解決了這些問題，并能顯著節約工程造價，減少施工工期。通過工程實踐，得到以下基本結論：

（1）水力沖挖技術有其特有優點，但是應注意其適用性。深厚軟土場地，機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；硬質場地土自身強度高，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壁安全性下降，故坑內沖挖泥漿量應控制在較小范圍，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量進行調節。

（3）水力沖挖一般采取盆式挖土，即先挖中間區域，后挖周邊區域土方。必要時周邊土方課采用機械挖土或人工挖除，減少土體含水量增加值。

（4）應結合項目周邊環境特點，杜絕泥漿輸送造成的環境污染。軟土基坑開挖極易導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，并通過了工程實例的驗證，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范允許范圍內。

參考文獻：

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[3]朱進軍，韓選江，朱連勇.軟土場地預應力管樁傾斜事故分析與處理[J].建筑技術，2007（9）：658-660.

[4]謝洪濤.基坑工程施工坍塌事故致因相互影響關系研究[J].安全與環境學報，2014，14（4）：151-156.

[5]邵勇，朱進軍，馬慶華.承臺-傾斜樁體系承載力性狀分析[J].長江科學院院報，2015（12）：98-102.

[6]劉小麗，朱進軍，邵勇.承臺下含傾斜樁的承載力特征分析[J].公路，2016（2）：77-82.

[7]馬慶華，邵勇，朱進軍.水平荷載下承臺-傾斜樁工作性狀的數值分析[J].長江科學院院報，2015（11）：62-65.

[8]朱進軍，邵勇，馬慶華.水力沖挖技術在海相軟土場地中的應用[J].施工技術，2016，45（16）：118-121.

作者：魏昕 單位：江蘇省灌南縣建筑工程質量監督站