高渗水型深基坑免降排水开挖施工工艺研究

◎ 耿小曦 李波 中交广州航道局有限公司

1.引言

传统深基坑施工过程中为防止边坡失稳，保证施工安全，常采取的保证措施有设置合理的边坡、设置边坡护面、采用钢板桩进行基坑支护、降低地下水位等[1]。施工过程中，随着基坑开挖深度的增加，边坡的稳定性防护以及基坑降排水难度也越来越大，土方开挖、倒运难度也越来越大，特别是在近海受潮汐影响较大的区域，基坑支护、降水难度及施工风险系数也将大大增加。现结合工程实例针对近海高渗水型深基坑免降排水开挖施工工艺进行研究与分析。

2.工程概述

北海市某取水口工程深基坑一侧与海域相邻，基坑开挖完毕后对取水口边坡进行袋装砂护面防护以及抛石护面防护。基坑地基开挖土质主要为中粗砂、中细砂，地下水位较高且受潮汐影响较大，基坑渗水严重，基坑开挖难度较大，施工期间极易发生管涌现象。若采用传统基坑支护、降排水等工艺干地施工，开挖、支护及降排水难度较大，造价较高，安全隐患较大，所需工期较长，难以满足后续其他工序的节点要求。

针对本工程的工况特点，本项目研究了一种针对高渗水型深基坑免降排水开挖的施工工艺，有效解决了近海工程深基坑开挖渗水性强、基坑降排水及支护难度大等难题，提高了施工效率，降低了施工成本，取得了良好的施工效果。

3.施工工艺

高渗水型深基坑免降排水开挖的施工工艺为：表层陆地机械开挖+下层吸砂泵排水下开挖。吸砂泵排施工的工艺原理为：吸砂泵吸砂管头带有高压水枪，施工期间通过高压水枪将基坑底部泥砂冲散形成泥砂混合物，同时通过吸砂管将冲散的泥砂混合物吸出，通过排泥管线吹填至指定的纳泥区域。

根据吸砂泵的开挖半径，开工前将基坑按一定的宽度划分成若干条，采用分条、分段、分层的开挖工艺。施工时通过调整浮排上的锚缆来固定及移动吸砂泵排，吸砂泵排的吸砂管在基坑底部进行吸砂浚深时，根据吸砂管上的刻度判断开挖深度，当一个开挖点深度满足设计要求后通过锚缆移动吸砂泵排沿着前期划分好的条带缓慢向前移动，从而开挖出一条满足设计标高的沟槽。施工期间，吸砂泵排所开挖的沟槽条与条之间、段与段之间均要有一定的搭接，以减少欠挖、漏挖现象的发生。施工期间，通过RTK 进行吸砂泵排定位控制，通过打水坨、水尺以及采用测深仪等测量仪器进行开挖质量控制。

3.1 施工准备

基坑开挖前，测量技术人员应根据设计图纸进行现场测量放线，将基坑各边线和转点进行放样，并将带有旗子的木桩安插在基坑开挖边线的各转点上，工程技术人员应根据开挖基坑的开挖土质以及现场实际工况条件计算基坑开挖边坡的稳定性。待所有的准备工作完成后，方可组织机械设备及人工进场进行下一步的施工作业。

图1 施工工艺流程图

图2 基坑干地开挖至出现一定深度的地下水

图3 吸砂泵排组装完成照片

图4 吸砂泵排在基坑内施工示意图

3.2 基坑陆上干地开挖

由于吸砂泵排需要带水作业，若前期基坑上层为干地，则需要首先采用钩机、铲车等设备将基坑表层开挖出一定深度的地下水。基坑陆上土方开挖时，一般使用挖掘机直接开挖，铲车配合近距离土方转运，运距较远时采用自卸车运输。施工中应定期测量校正开挖断面尺寸，控制合理的边坡坡比，采取挖一层边坡修整一层的方式进行施工，施工期间对可能引起的滑坡和塌方的部位采用预防性的保护措施[1]。同时，在施工过程中还应仔细检查边坡的稳定性，定期对开挖的边坡进行沉降位移监测[2]。

3.3 吸砂泵排就位、开工展布

工程中常使用的吸砂泵排所需的施工水深较浅，一般当取水口基坑上层开挖部分水深达到1m左右时，即可满足吸砂泵排进场施工作业的条件。

1）吸砂泵排组装。吸砂泵排主要由：离心式吸砂泵、吸砂管、高压水枪、排泥管线、柴油机、轻型浮排等组成。吸砂泵及柴油机的功率、参数可根据实际施工需要进行选择。轻型浮排一般采用钢制框架结构，内部采用泡沫填充。工程中常用的吸砂泵排主要采用9寸离心式吸砂泵加6m*6m*1.5m浮排组装而成，平均吃水约1m，可在水上进行组装，也可在岸上组装后采用汽车吊吊至施工位置。吸砂泵排组装工艺流程：轻型浮排下水抛锚→固定浮排→抽砂机组安装→管线安装。

9寸离心式吸砂泵常采用250KW的柴油机进行驱动，吸砂泵吸砂管头采用长度4-5m，内径9寸的钢管。施工期间，通过卷扬机调节吸砂管头的下放深度，确保水下开挖期间定深控制，在钢管旁边固定有高压水枪，用来冲散基底的泥砂，形成泥砂混合物。施工期间通过离心泵将高压水枪冲散的泥砂混合物吸入吸砂泵，再通过排泥管线将泥砂混合物输送至指定纳泥区域，工程中常用的9寸离心式吸砂泵最远吹距可达150m。

2）吸砂泵排就位开工展布。吸砂泵排就位主要采用RTK进行施工定位及放样，施工前将吸砂泵排施工所划分的条带在岸上采用带标记的竹竿或在水上采用浮标进行标识。吸砂泵排施工期间，每个浮排配置4～5名工人，主要负责浮排定位、移动、开挖定深控制、吹填管线调整等工作。

3.4 吸砂泵排水下开挖

吸砂泵排水下开挖主要根据土质、设计挖深以及不同的外界施工条件，采用分区、分条、分段、分层开挖。常用的9寸吸砂泵排一般按6m宽度进行分条，按3-5m厚的泥层进行分层。

根据施工经验，吸砂泵排主要适合开挖平均粒径0.5mm以下的中砂、细砂以及淤泥土质。当开挖粒径为0.5mm以上的粗砂以及软质黏土时，吸砂泵排施工具有一定的难度。吸砂泵排一般不适合开挖粒径大于2.0mm的圆砾、碎石以及硬质黏土等土质。当开挖土质为粒径较大的中、粗砂或粉质粘土时可适当减少开挖厚度，降低堵管风险，当泥层为粉细砂、淤泥质土时，可适当加大分层厚度，提高开挖效率。

1）吸砂泵上层开挖。上层开挖期间可加大吸砂管头高压水枪的冲水压力，在不堵管的情况下尽量降低吸砂管头的下放深度，以提升吸砂泵的吸砂浓度，提高施工效率。施工期间，吸砂泵排操作手还应根据不同的土质情况来调节吸砂浓度，当开挖土质颗粒为较大的粗砂以及黏土时，应适当提升吸砂管头，降低吸砂浓度，降低吸砂泵堵管的风险。当开挖土质为淤泥、粉细砂等细颗粒土质时可适当降低吸砂管头的高度，加大开挖浓度以提升施工效率。

2）吸砂泵下层开挖。下层开挖主要以定深控制为主，一般将底层约2.0m的泥层留作最后一层进行精挖。底层开挖期间应采用打水坨以及测深仪测量等方式监测开挖深度，必要时应加大测量频率。当开挖高程接近基底高程时，应适当减小高压水枪的冲水压力，同时配合提升吸砂管头的高度以控制开挖标高，确保开挖底高程及开挖平整度满足设计要求，减少超挖废方。

图5 采用测深仪进行基坑水深测量

图6 吸砂泵排基坑开挖与充填袋装砂工艺相结合

3）边坡区域开挖。边坡区域开挖主要采用上欠下超的施工工艺，将基坑边坡开挖成台阶状，利用砂性土质易坍塌的特点，形成自然坡。基坑边坡开挖期间应特别注意控制好合理的坡比[1]，避免把台阶一次性开挖过宽、过高，从而导致边坡上部土方大规模塌方，影响开挖边坡的稳定性。一般边坡开挖台阶的高度控制在2m左右，宽度控制在5m左右，具体开挖尺寸还应根据前期计算好的边坡的坡比进行控制。

4）吸砂泵开挖与袋装砂护面充填工艺相结合。若基坑护面采用袋装砂护面，则可以将吸砂泵基坑开挖与袋装砂护面充填有序的结合起来，即采用吸砂泵排开挖基坑的同时，将开挖泥砂混合物通过排泥管线直接充填至护面袋装砂袋内，既满足了开挖施工的需求，同时又完成了袋装砂护面的施工，有效提高了施工效率，降低了施工成本。主要施工工艺流程：袋装砂护面位置开挖→充填砂袋定位、铺设→吸砂泵基坑开挖充填至袋装砂→充填完成进行下一袋体充填。

袋装砂护面充填时应确保袋体的充填饱满度和平整度，充砂袋体充盈率不低于85%。充砂管袋体之间纵向搭接宽度不小于2m，为保持袋装砂护面的稳定性，袋装砂护面的边坡一般控制在1:1.5左右。

5）吸砂泵排扫浅施工。采用吸砂泵排扫浅施工期间，为保证施工质量减少超挖废方，应采用测深仪加大测量频率。测量人员将测量浅点划分成不同的块，通过采用RTK 进行浅点区域定位，指导吸砂泵排定点定深扫浅施工。由于扫浅泥层一般厚度较薄，施工期间应高度重视定深控制，严格控制吸砂管头的下放深度，并及时采用打水拓、测深仪等方式检验开挖深度。

4.结论

（1）高渗水型深基坑免降排水开挖施工工艺主要采用吸砂泵排在深基坑内带水作业，主要工作原理是通过吸砂泵吸砂管头的高压水枪将基坑底部泥砂冲散形成泥砂混合物，再通过吸砂泵将冲散的泥砂混合物吸出，通过排泥管线吹填至指定的纳泥区域，从而完成基坑的挖深目的。

（2）采用该施工工艺施工期间，不需要对基坑内进行降排水。由于开挖土质为中粗砂、中细砂等渗透系数较大的土质，且基坑临近海域，基坑内水位与外界海平面基本持平，基坑边坡稳定性较好，施工期间只要控制好合理的坡度，不需要另行进行基坑支护，有效降低了施工成本。

（3）若深基坑护面采用袋装砂护面，在基坑后续开挖施工中，可将吸砂泵水下开挖与袋装砂护面充填工艺相结合，采用吸砂泵吸砂直接充填至护面充填砂袋内，有效减少了施工工序，降低了施工成本。

（4）该施工工艺主要采用吸砂泵带水作业，与传统深基坑干地开挖、土方运输相比施工机械数量及种类较少，现场交通及安全管理压力较小。此外，由于所有施工内容均为带水作业，有效避免了粉尘、扬尘等情况的发生，具有较好的环保意义。