CN102605791B - 软土地基中土方开挖方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种软土地基中土方开挖方法，包括如下步骤：用不低于0.6MPa的高压水将土体冲刷成泥浆；将泥浆抽离并沉淀；泥浆经沉淀晒干后运出场外或者作为现有场地填土；土方开挖。本发明能较好保护建筑物基础和地下设施，节约建筑成本和施工工期，且操作简单、施工方便、成本较低。

Description

软土地基中土方开挖方法

技术领域

本发明涉及土方开挖方法，具体地说，涉及一种软土地基中土方开挖方法。

背景技术

行业规范对软土地基定义为强度低，压缩量较高的软弱土层。主要由粘土和粉土等细微颗粒含量多的松软土、孔隙大的有机质土、泥炭以及松散砂等土层构成。地下水位高，其上的填方及构造物稳定性差且发生沉降的地基。

软土地基一般特性如包括：1)天然含水量和孔隙比大。天然含水量高，一般大于35％，接近或大于液限；天然孔隙比一般大于1，多数在1.0～2.0之间。2)透水性差。软土亲水性强，透水性差，具有明显的方向性，软土的粘粒含量、有机质含量和液限越大，渗透系数就越小，k一般为10-7cm/s～10-8cm/s，因此决定了内部水分渗水条件不良，对地基排水不利。3)压缩性高。软土由于孔隙比大，土粒间连接结构不稳定，具有高压缩性的特点，且随液限的增加而增加。4)抗剪强度低。不排水剪切时，内摩擦角接近于0，一般情况下，内摩擦剪应力小于19.92kPa，排水剪切时，抗剪强度随固结。5)触变性和蠕动性大。软土结果未被破坏以前具有一定的结构强度，一经扰动，强度迅速降低，但随静置历时增加，强度将逐渐恢复。

由于软土地基具有上述特性，就无法采用常规土方开挖方法，且常规土方开挖导致土体扰动，损坏已有地下设施。软土地基的处理应根据软土，淤泥的物理力学性质，埋层深度，路堤高度，材料场地情况，分别采取换土、抛石挤淤、反压护道、渗水、土工材料、塑料排水板、粉喷桩、碎石桩、超载预压等措施进行处理。但这些具体操作起来极为复杂，施工困难，成本较高，耗费时间长。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种软土地基中土方开挖方法，以解决现有的软土地基中土方开挖方法操作复杂，施工困难，成本较高，耗费时间长的技术问题。

本发明的技术方案如下：

软土地基中土方开挖方法，包括如下步骤：用不低于0.6MPa的高压水将土体冲刷成泥浆；将泥浆抽离并沉淀；泥浆经沉淀晒干后运出场外或者作为现有场地填土；土方开挖。

高压水将土体冲刷成泥浆时，与所开挖的挖土面成30°-60°角。

土方开挖时压住软土地基基坑的坡角，并将泥浆和坡面土体阻隔。

设置清水池和沉淀池；泥浆由泥浆泵抽排至指定的沉淀池，泥浆经过沉淀后，析出上层水，将析出的水抽至清水池。

在泥浆泵两边设置两个直径600mm、长900mm两头成尖状的铁制浮筒，四周封闭，通过钢支架将浮筒和泥浆泵连接成为一个整体，所述泥浆泵口部向下。

在清水池中间设置一台自吸式清水泵；清水泵从清水池吸出的水通过一增压泵后进入高压水枪头后喷出。

所述增压泵在距离高压水枪头10～15m的位置处。

所述增压泵额定功率22kw。

本发明的软土地基中土方开挖方法，能较好保护建筑物基础和地下设施，节约建筑成本和施工工期，且操作简单、施工方便、成本较低。水冲法挖土效率约为200m³/套*天，采用5套水冲挖土设备；人工挖土效率约为4m³/人*天，采用160人进行人工挖土。采用水冲挖土的工期为35000m³/200m³/套*天×5套＝35天，而采用人工挖土所需要的工期为35000m³/4m³/人*天×160人＝55天，可见水冲法挖土比人工挖土节省20天，大大缩短施工工期。

软土地基中开挖深度约6米以内基坑的土方开挖方法。

附图说明

图1为本发明的软土地基中土方开挖方法的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员理解本发明，而不构成对其权利的限制。

图1示出了本发明的软土地基中土方开挖方法的技术原理。本发明主要利用高压水冲刷要开挖的土体，以水作为土的载体，将其开挖土体冲刷成泥浆，再用泥浆泵抽排在场边沉淀沉淀下来的泥土晾干后可作为场内回填土或外运。实施步骤大致为：施工准备(清水池、沉淀池施工)；普通水泵抽水至清水池；清水泵送水至增压泵；增压泵将水增压成高压水；高压水枪冲刷土体形成泥浆水；泥浆泵将泥浆水排至沉淀池；泥浆中水析出(循环利用)；人工修挖。

具体实施步骤如下：

1、施工准备

1)施工方案确定

根据现场的实际条件，确定沉淀池、清水池的大小、位置和管线的布置，结合工期、地质条件、挖土深度确定施工设备数量、工人数量、每层开挖深度和开挖层数，从而确定施工方案。

2)水源确定

纵六路外侧以前是盐田、河塘，里面有大量的水可以作为抽水的水源。

3)沉淀池、清水池施工

在距离基坑一定的安全距离之外(25m)外砌筑两个尺寸为30m×20m×3.5m的清水池，作为水冲法施工时的临时水源。根据场地的实际条件，确定横五路南侧的沼泽地域作为沉淀池，沉淀池四周采用土方做成的围堰，压实，确保泥浆不向路边渗透。纵六路外侧以前是盐田、河塘，里面有大量的水可以作为施工水源。

4)施工机械、物资准备

根据施工经验，水冲法挖土每套设备每天可以水冲挖土200m³，本工程水冲法开挖土方量为3.55万m³，5套水冲法设备需要35天。

采用的机械设备如下：

普通抽水泵：2台，额定功率15kw；

自吸式清水泵：8台，额定功率7.5kw；

增压泵：8台，额定功率22kw，80-50-200B型，口径φ65mm，压力0.6MPa，流量50m³/h，扬程50m；

泥浆泵：8台，额定功率15kw，流量190m³/h，口径φ150mm，扬程25m，出泥效率30％；

高压水枪：16支，最大工作压力1.0MPa；

输水管道：按需，6寸高密度塑料管；6寸钢制管道；2.5寸PVC钢网蓝胶柔性管；

输泥管道：按需，6寸高密度塑料管；6寸钢制管道；6寸PVC钢网蓝胶柔性管。

5)施工人员准备

为了满足工期要求，本工程采用24小时全天候不间断作业，准备了三班人员轮流作业。每套设备每班3人，其中2名工人操纵水枪负责冲土，1名工人负责管道疏通，清除障碍及线路维护，共计操作人员72人。

2、施工工艺及操作要点

1)留设护坡土台

水冲法基坑开挖为湿作业施工，软土地基基坑的坡脚被水浸泡，可能会引起坡脚失稳造成边坡滑移、塌陷。故此施工时基坑坡角处预留一部分土体采用人工开挖，机械配合转运的方式开挖。

此处基坑指的是为进行建筑物(包括构筑物)基础与地下室的施工所开挖的地面以下空间。本实施例中基坑的基底面积近6500m²，基坑的开挖深度在5.35m～7.05m之间，表层2m左右的表层土采用机械开挖，开挖边坡放坡比例为1∶2，基坑底部400mm厚的土体采用人工开挖，表层土和人工开挖面之间的淤泥质土体采用水冲法开挖施工，开挖边坡放坡比例为1∶8。

坡脚是指基坑的开挖边坡与基坑底面的交接处的部分(边坡的底部)，相当于人的脚部。软土地基基坑的坡脚被水浸泡，可能会引起坡脚失稳造成边坡滑移、塌陷。故此施工时基坑坡角和坡面预留一部分土体采用人工开挖，机械配合转运的方式开挖。此土台具有两个作用：一是压坡角，二是将泥浆和坡面土体阻隔。考虑到淤泥的渗透性较差，该土台厚度为1.5米。

坡面是指基坑的开挖后形成的边坡面。

2)水源供应

采用两台普通水泵分别向两个清水池中抽水。清水池中的水作为冲刷土体的水源。本工程采用从纵六路对面的河塘向清水池中注水。由于抽水的河塘中杂草物、鱼虾较多，故在取水口设置竹编网封闭的方式防止抽水口被堵。

3)水冲法冲刷土体

在河塘中设置普通抽水泵，将水抽至已经施工完成的清水池中，保证清水池中有足够连续的水源。在清水池中间设置一台自吸式清水泵，调整泵管高度，保证水的供应。在距离高压水枪头水平距离10～15m的部位增设一台增压泵，将水变为高压水，保证冲刷土体所需要的水的压力。所有准备工作布置到位后，依次开启普通抽水泵、清水泵、增压泵。高压水由高压水枪喷出，冲刷土体，将土体冲刷成泥浆，泥浆在坑底部汇集，由泥浆泵抽至指定的沉淀池沉淀。如果现场具备条件，沉淀出的上层水可以再次抽至清水池循环利用。

在高压水冲刷土体时需注意高压水枪喷出的高压水一般要达到0.6MPa，高压水与所开挖的挖土面成30°-60°角，要根据现场土质情况分层挖土，避免挖土面角度太大、太陡，容易引起挖土面的滑坡，对工程桩产生破坏。水冲挖土时要由一个方向连续冲刷土体，禁止水冲开挖面出现“锅底状”，防止四周土体向开挖面中心滑移，对已施工的工程桩产生破坏。

4)泥浆外排

一般冲刷每m³土用水量在3-4m³，泥浆的含泥量在30％左右。为了使泥浆顺利外排，需保证泥浆泵口部向下且不会接触挖土面基底(防止堵塞)，本工程采用“浮筒法”，即在泥浆泵两边设置两个直径600mm、长900mm两头成尖状的铁制浮筒，四周封闭，通过钢支架将浮筒和泥浆泵连接成为一个整体，保证泥浆泵口部向下且不下沉。

5)水的循环

水冲法冲刷产生的泥浆由泥浆泵抽排至指定的沉淀池，泥浆经过沉淀后，析出上层水，将析出的水重新抽至清水池重复利用。

水泵的布置高度要合理，既要满足冲土时水的供应，又要保证整个线路正常循环；下雨天，注意防洪，防止土外流。

3、施工部署

1)设备部署

按照工期和场地布置，挖土高峰期布置5套水冲装置，每700m²布置一套。水冲法施工不受天气等因素的影响，可以全天24小时作业。每套水冲挖土设备每天的挖土量约为200m³。

2)人员配置

每套水冲挖土设备要求配置冲水工6人(每8小时轮换一次)、出土口配置1人，负责推砌装土、整平。水冲开挖阶段需要配置电工2人，由于处于湿作业阶段，电工须24小时巡查，发现问题，及时解决。

通过上述方法，具有如下优势：

(1)水冲法挖土施工技术具有操作简单、施工方便、设备较为简单。

(2)施工效率较人工开挖提高可很多，较大幅度的缩短施工工期。

(3)相对于人工挖土而言，水冲法基坑开挖可以在一定程度上减少基坑开挖费用，创造经济效益。

本工程基坑水冲法开挖量约35000m³，采用机械挖土不可行，故此部分土方只可采取人工挖土或者水冲法挖土。人工挖土的定额单价为35.27元/m³，水冲挖土的定额单价为32.80元/m³。采用水冲法挖土相比较人工挖土可以节约35000×(35.27-32.80)＝86450元。

(4)根据合同工期奖罚条款规定：滞后节点第1天起，承包人向发包人支付工期滞后违约金，每天按合同价款的千分之一向发包人支付违约金，违约金在最近一次支付工程进度款时扣除，累加计算。自单位工程实际阶段节点工期滞后于单位工程进度计划阶段进度节点第6天起，承包人向发包人支付工期滞后违约金，每天按合同价款的千分之三向发包人支付违约金，违约金在最近一次支付工程进度款时扣除，累加计算。若工期滞后超过10天，承包人自第11天起按合同价款的千分之六向发包人支付违约金，违约金在最近一次支付工程进度款时扣除，累加计算。工期滞后承包人支付违约金的最限金额为合同价款的10％。若工程合同额为12155万元，以节约20天施工工期计算，可创造经济效益：12155×1‰×5+12155×3‰×5+12155×6‰×10＝972.4万元。

(5)开挖过程中能有效的保证工程桩和地下设施不会再基坑开挖过程中受到破坏。

(6)水冲法挖土为清洁无污染施工方法，不产生噪音、废气和废油等环境污染，水可以循环利用，节约能源符合可持续发展方针和节约社会建设的要求，具有较好的社会效益。

以上所述的实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能依此来限定本发明的保护范围，即以本发明所揭示的精神所作的均等变化或推导，仍应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.软土地基中土方开挖方法，其特征在于，该方法适用于基坑土方开挖，所述基坑指的是为进行建筑物或构筑物基础与地下室的施工所开挖的地面以下空间，所述基坑表层2m的表层土采用机械开挖，开挖边坡放坡比例为1∶2，基坑底部400mm厚的土体采用人工开挖，表层土和人工开挖面之间的淤泥质土体采用水冲法开挖施工，开挖边坡放坡比例为1∶8，在表层土和人工开挖面之间的淤泥质土体采用水冲法开挖施工过程中，其基坑坡角与坡面预留一部分土体形成一土台，该土台厚度为1.5m,采用人工开挖，机械配合转运的方式开挖，所述表层土和人工开挖面之间的淤泥质土体采用水冲法开挖施工包括如下步骤： 

(1)用不低于0.6MPa的高压水将淤泥质土体冲刷成泥浆；高压水将淤泥质土体冲刷成泥浆时，与所开挖的挖土面成30°～60°角；高压水由一个方向连续冲刷土体，禁止水冲开挖面出现锅底状，防止四周土体向开挖面中心滑移，对已施工的工程桩产生破坏；采用高压水将淤泥质土体冲刷成泥浆时，每m³用水量在3～4m³，泥浆的含泥量为30％； 

(2)将泥浆抽离并沉淀； 

(3)泥浆经沉淀晒干后运出场外或者作为现有场地填土。 

2.如权利要求1所述的软土地基中土方开挖方法，其特征在于，设置清水池和沉淀池；泥浆由泥浆泵抽排至指定的沉淀池，泥浆经过沉淀后，析出上层水，将析出的水抽至清水池。 

3.如权利要求2所述的软土地基中土方开挖方法，其特征在于，在泥浆泵两边设置两个直径600mm、长900mm两头成尖状的铁制浮筒，四周封闭，通过钢支架将浮筒和泥浆泵连接成为一个整体，所述泥浆泵口部向下。 

4.如权利要求2所述的软土地基中土方开挖方法，其特征在于，在清水池中间设置一台自吸式清水泵；清水泵从清水池吸出的水通过一增压泵后进入高压水枪头后喷出。 

5.如权利要求4所述的软土地基中土方开挖方法，其特征在于，所述增压泵在距离高压水枪头水平距离10～15m的位置处。 

6.如权利要求5所述的软土地基中土方开挖方法，其特征在于，所述增压泵额定功率22kw。