水力冲刷吹填在河道土方开挖中的应用及经济分析

张春锋

浙江省隧道工程集团有限公司 浙江 杭州 310012

1 工程概况

宁波杭州湾新区滨海新城启动区水利工程零星项目（西片区、东片区及横河节制闸工程）Ⅲ标段位于杭州湾新区庵东镇，工程区域地形平坦，工程主要任务是：5号景观河和港湾河的开挖及新建护岸，合同工期360天。其中5号景观河长度684m，可分为西、中、东三段，土方开挖量83545m³；港湾河长364m，土方开挖量45185m³，合计128730m³。土质为淤泥、粉砂、粉质黏土、杂填土，局部少量建筑垃圾。河道开挖后需转运至政府指定排土场，运距10～15km。

2 开挖方案比选

2.1 工程施工方案

该工程施工主要顺序为：“四通一平”→测量放样→围堰施工→土方开挖（机械开挖/水力冲挖）→基础处理施工→护岸（挡墙）施工→墙后回填→（净水设备）→绿化施工等附属工程→竣工验收。土方开挖和护岸施工为本工程关键性工程，为保证顺利施工，土方开挖方式选择尤为重要。

2.2 机械开挖

传统式开挖，施工过程使用大型施工机械，如挖掘机、装载机和自卸汽车等，施工速度快，适用各类土质。但机械开挖远距离运输不经济，雨天施工道路难以通行，施工前需提前平整后进场道路，需要设置洗车池，租赁铁板铺设进场道路防止辆塌陷需要增加较多费用[1]。

采用机械开挖方式，自卸车运至政府指定弃渣场时需缴纳200元/车（22m³）的卸点费，使得开挖成本大幅增加。

在河道中采用机械开挖，因受场地限制，不能安排过多车辆，且本工程受业主政策未处理等原因影响，5号景观河中、东段及港湾河南端仍无法施工，故按两个装运点计划，按日运输100车计算，每月施工20天，3个月可完成开挖。但施工期间可造成窝工风险，易增加施工成本。

2.3 冲刷吹填开挖

冲刷吹填开挖适用于松散的地基土，如粉质黏土及粉砂粉细砂。该工艺采用高压水枪打砂冲砂，形成泥浆，再用泥浆泵将泥浆送至压力管路，然后用接力泵输出。其施工原理是模拟自然界的水流冲刷现象，借过水枪喷射一股密集高压、高速柱状水流，对开挖的土体进行切割、粉碎，使之湿化、崩解，形成泥浆和泥块混合液，再由泥浆泵及输泥管输送到渣土场进行沉淀，从而完成土方工程挖、装、运、卸各施工工序。

因此，采用冲刷吹填开挖河道，必须有水源、电源和弃渣场。5号景观河及港湾河与已开挖河道相接，取水方便；施工场地周边都为房屋建筑工地，配电系统较为方便，5号景观河已有变压器站供使用。

港湾河毗邻十一塘，沿十一塘方向，已有杭州湾新区某单位投资兴建用于冲刷吹填使用的输泥浆总管道（聚乙烯钢丝网骨架复合管1.0MP DN500）沿塘铺设，直至弃土区，该弃土区在填高后，用于开发区统一管理。5号景观河仅需新铺设1.5km管道即可接入十一塘总输泥管。根据政府规定，排泥后无须缴纳卸点费，减小了开挖成本[2]。

根据可业主政策未处理等原因，计划与机械开挖方式相同，两个施工点同时施工作业， 每个施工点配两台功率22kW泥浆泵，日工作时间平均10h，日处理量约为804m³（40×10×3×0.67），每月按施工进度26天考虑，6个月可施工完成。如后期政策处理较理想，还可增加工作面，缩短施工工期。

河道开挖采用水力冲刷时，可分段施工。本工程5号景观河东段施工完毕，在施工西段或中段冲刷吹填时，东段可进行挡墙开挖，护岸施工，可进一步缩短施工工期。

综上所述，本土方开挖选择水力冲刷吹填，施工更为方便，节省开挖成本，不影响施工工期。

3 冲刷施工

3.1 机组选型

冲刷开挖施工机组主要由三部分组成，立式泥浆输泥系统，包括立式泥浆泵、浮体、场内输泥管；清水冲泥系统，包括清水泵、输水管、冲水枪；配电系统，包括配电箱、防水电缆等。

泥浆泵作为机组最重要排泥设备，两河道施工点拟选用五台NL125-20.0型泥浆泵，每施工区各放置两台配备浮体，另一台备用，其技术能力如下：

表1 泥浆泵技术能力表

为使冲挖顺利，水枪出口保持较高水头，两河道各配一台DL100-20X63型清水泵，每台清水泵配三个冲水枪头，并另外准备一台清水泵备用，其技术能力如下：

表2 DL100-20X63型清水泵技术表

3.2 输送管道和输送路线

3.2.1 场内运输：清水泵连接HDPE DN150管至开挖河道，再用柔性法兰连接高压耐磨抗老化4寸软管与枪头连接；泥浆泵连接4寸软管，同样采用柔性法兰接头与新铺设的输泥浆管道连接。

3.2.2 场外泥浆运输：场外泥浆运输即泥浆输送总管道，采用HDPE DN200 1.0MP泥浆管，单根长9m焊接连接，输送至由杭州湾新区某单位投资建设用于冲刷吹填使用的输泥浆总管道，直至弃渣场。

3.2.3 管道铺设：因新区地势平坦，沿线道路适当平整，与主管连接段管道采用汽车吊，4名工人配合焊接，沿道路连接直至连接主管道。保持管线平坦，顺直，不拐死弯。整个管线和接头不得漏泥、漏浆、漏水，发现泄漏，应及时修补或更换。

3.3 水力冲挖吹填

3.3.1 开挖顺河岸线方向纵向进行，合理安排开挖区块，测量人员定出开挖样线，开挖过程做好高程及边坡控制工作。

3.3.2 每一施工点配四名工人，两至三人控制冲水枪，一人控制泥浆泵，要随时注意泥浆的浓度，三部高压水枪进行冲刷，以免高浓度泥浆阻塞管道。泥浆泵冲挖应从上向下分层进行，层高不得超过1m。每个泥浆泵负责抽取周边30m范围内的泥浆，冲刷完成再向前移动。每个台泥浆泵采用浮筒架空，安放在开挖面的最低处，高压水枪冲刷过程中，枪口不能毫无目的的随便移动，要从泥浆泵周围某处逐渐地向四周扩展，保证人员安全。

3.3.3 泥浆泵开挖时，严禁直接冲挖底脚，造成土体坍塌，控制好开挖区高程。严格控制开挖区开挖高程和岸坡样线，不可深坑取土，应逐层取土，防止发生土方坍塌，造成安全事故。施工过程中，应做好围堰及排水工作，冲刷吹填完成，冲刷扫平后围堰拆除[3]。

3.4 注意事项

3.4.1 土方开挖区应注意围堰安全，设置好安全警示标志，经常性对围堰进行检查，发现问题后及时进行加固处理。开挖至边坡应进行放坡，防止边坡坍塌影响人员安全。

3.4.2 泥浆泵施工应注意用电安全，应有专职电工进行用电线路架设及安装，施工场区设置安全警示标志，防止人员进入，影响周边群众生命安全。

3.4.3 泥浆泵施工时应注意排泥管道平直、顺畅，每一泥浆泵区域安排一人负责，沿线管路经常性检查，对损坏的泥浆管及时更换，防止泥浆外流。

4 经济分析

4.1 机械开挖

机械开挖费用一览表：

表3 机械开挖费用一览表

根据该机械方式开挖，土方开挖完成费用不低于357.86万元，折合单价不低于27.8元/m³。该费用不含新建洗车池、进场道路铁板租赁费用、管理人工费用，以及自卸车在装运或卸车陷入风险的费用以及税费。

4.2 冲刷开挖

水力冲刷吹填费用一览表：

表4 水力冲刷吹填费用一览表

（续表）

目前土方开挖施工除冲刷扫平外基本施工完成，累计费用约115.86万元，折合土方开挖单价为￥9元/m³。

相比机械开挖，本河道采用土方冲刷施工至少可节约242万余元，经济效益明显。

5 结束语

本文通过对宁波杭州湾新区滨海新城启动区水利工程零星项目（西片区、东片区及横河节制闸工程）Ⅲ标段河道开挖方案比选后，采用水力冲刷吹填施工，讨论了该方案施工的可行性。通过对实际施工后的对比，该方案可靠，对类似的工程具有一定的指导意义。主要结论如下：

在粉质黏土及粉砂粉细砂等构造的河道开挖中，冲刷吹填开挖施工方便，仅需高压水枪、泥浆泵、接力泵等小型机械，采用一些简单的管线布置即可达到开挖的效果。缺点是工期比传统开挖较长，可在宽松工期或可交叉施工条件下推广使用。

在冲刷吹填施工过程中，无须在大型机械进驻施工现场，避免了机械伤害事故，减少碳排放，安全可靠，环保施工。

有较好的社会效益，冲刷吹填施工，可增加土地面积，供开发及利用。

有较好的经济效益，可以完成远距离出土，节省投资成本，带来经济效益。