危 鼎，周建民，柴干飞，张朝晖，高 洋，危 松，李亚庆

(1.中国建筑第八工程局有限公司，上海 200120； 2.萧山奥博投资有限公司，浙江 杭州 310000)

1 工程概况

杭州奥体中心主体育馆、游泳馆项目位于杭州市萧山区钱江世纪城，基坑开挖面积约15万m2，土方量约200万m3，基坑东西长560m，南北宽320m，开挖深度9～14m，基坑围护大部分区域采用放坡加土钉支护，与周边项目临近处采用SMW工法桩加混凝土角撑，围护设计如图1所示。该项目环保要求高，基坑开挖面临以下难点： ①为满足工期要求，日出土量需大于0.6万m3； ②现场只有一个出土口，出土施工组织难度大； ③车辆运载量、周边出行道路及时间受限，土方车出土速度慢。因此传统基坑开挖与土方运输方法难以满足工期及绿色施工要求，必需采用新的土方开挖与运输方法。水利工程中使用砂石泵超远距离泵送淤泥与泥砂的技术是解决目前建筑工程出土困难的一个思路，但要把泵送淤泥与泥砂技术用于超大面积深基坑开挖中，还需要解决提高冲土开挖效率、加快工作面展开速度、如何开挖边角土与基层土保证基坑安全及各道工序施工质量等问题。

图1 基坑围护设计

2 工程地质条件

由勘探结果可知，项目场地可划分为9个工程地质层，包括20个工程地质亚层和4个夹层。本工程开挖区域主要开挖至②2，②4层，开挖深度范围内主要为砂质粉土，土层性能指标如表1所示。

表1 土层性能指标

3 水力机械与土方机械组合开挖基坑可行性分析

为把超远距离泵送淤泥与泥砂技术用于深大基坑开挖中，从地质条件、运输条件、施工工况、周边环境状况等方面进行分析，本项目具有如下特点： ①基坑开挖深度范围内没有承压水，基坑具备冲土开挖的水文与地质条件； ②项目周边河道密集，具备在河道中铺设输运管道进行远程泵送运输泥浆的条件，可避免在陆地上铺设管道过多占地，影响周边道路正常通行；③周边有合适的泥浆接收点，可对泥浆进行沉淀再周转处理。因此，本项目具有使用冲土泵送泥浆方法开挖基坑的可行性。

但要进一步把泵送淤泥与泥砂技术用于超大面积深基坑开挖中，还需要解决以下问题： ①深基坑土体一般为没有扰动过的固结土，若只单纯使用高压水枪冲土则形成泥浆浓度效果差，往往一冲一个孔，泥浆很稀，出土效率低，难以满足日出土量大于0.6万m3的需求； ②冲土必需考虑基坑周边土与基底土的开挖方式与预留墙体厚度，从而保证边坡安全与每道工序的施工质量； ③冲土泵送泥浆工序必须与围护、降水、破桩头、清底、防水与底板施工等各道工序合理组织起来，尽快形成工作面，适时插入后道工序，形成分区分块的流水施工。

4 水力机械与土方机械组合开挖

4.1 水力机械与土方机械组合方法

为增加冲出泥浆的密度，提高冲土效率，可采用水力机械与土方机械全断面立体组合开挖方法，如图2所示。步骤如下： ①为形成立体开挖的作业面，在开挖初始，在起始点位置一次性挖到某个合适标高，可以是某道支撑的底标高，也可以是底板底标高上0.5m； ②在开挖断面的不同深度位置，分别布置土方机械与水力机械，一般推土机布置在开挖断面的顶部，用于把周边土或土方车场内短驳来的土推到开挖断面底部的冲土区，挖机布置在开挖断面的中部，用于翻松基底土或把周边土翻到冲土区，高压水枪与砂石泵布置在开挖断面的底部，高压水枪用于冲击翻松了的土体形成泥浆，砂石泵将冲出的泥浆加压泵送到指定地点。

图2 水力机械与土方机械立体组合示意

整个工作面上水力机械与土方机械平面布置如图3所示，在整个现场平面上形成场内土方车短驳土方、冲土区周边推土机推土、挖机翻土与松土、冲土与泵送泥浆等工序连续组合工作面，提高整个现场出土效率。

图3 各工序平面布置示意

4.2 高压水枪布置与工作面展开

为了尽快形成下一道工序的工作面，需要在现场多点同时冲土，这样就需要在多点配置高压水枪，但现场功率大、扬程远的清水大泵数量有限，为解决这一矛盾，可用分支管或中转水箱的方法解决。首先根据清水大泵数量与功率计算现场所需高压水枪数量，高压水枪与清水大泵的连接方式有两种： ①在现场做一个清水池，用清水大泵从较远的水源抽水至清水池里，然后再用多台小功率的清水小泵从清水池中抽水加压，在不同地点冲土，迅速沿即定的开挖方向冲出一定大小的工作面，一般1台清水大泵配4台清水小泵，每台清水小泵配3支高压水枪，如图4所示； ②所有高压水枪都直接用小泵管连接在清水大泵的主泵管上，直接使用清水大泵的泵压冲土，如图5所示。

图4 有清水池水枪布置

图5 无清水池水枪布置方式

经比选分析，第1种方法的系统稳定性好，在出现各种故障的情况下都能在一定时间内保证冲土作业的连续性，适用于早期大面积大规模冲土作业；第2种方法灵活性较好，不需要布置清水池，用于开挖后期管道线路较长、无法修建清水池的边角区域。

4.3 砂石小泵布置方式

现场可在所有冲土点布置小功率的砂石小泵向各点同时泵送泥浆，每个冲土点配置的砂石小泵流量应与3个高压水枪的总流量大致相等，使冲出的泥浆能迅速泵出，保证泵送系统内的泥浆平衡与基坑内不出现大量泥浆。砂石小泵与砂石大泵的关系也有两种： ①砂石小泵在多个冲土点泵送泥浆到1个公共泥浆池，然后用大功率的砂石大泵把公共泥浆池中的泥浆送到场地外的指定地点，如图6所示； ②可用软泵管将砂石小泵直接连接到主泵管上，泥浆经过小泵直接送到主泵管中，再由砂石大泵送到场地外的指定地点，如图7所示。

图6 有泥浆池砂石小泵配置

图7 无泥浆池砂石小泵配置

第1种方法的系统稳定性好，在出现各种故障的情况下都能在一定时间内保证冲土作业的连续性，适用于早期大面积大规模冲土作业。第2种方法灵活性较好，不需要布置泥浆池，用于开挖后期无法修建泥浆池的边角区域。为防止泥浆泵被泥浆中的垃圾堵塞造成停机与跳闸，需要在泥浆流经的小渠上设置过滤铁栏栅，并使用周边带过滤网的浮箱围绕砂石小泵，进一步阻挡垃圾进入砂石小泵，并派专人定时清理栏栅与滤网周围垃圾。

5 冲土边界及预留土体

当基坑周边为放坡喷锚围护时，为保护基坑边坡稳定以及方便按设计要求的角度进行放坡与边坡喷锚施工，冲土开挖的控制线(也是冲土开挖断面的上边线)设定为距离基坑止水帷幕≥5m，如图8所示，在控制线与放坡坡脚线间的土采用常规挖机配合土方车短驳的方法开挖，土方短驳到场内的冲土区，边挖土边修理成为设计的边坡。若基坑周边是SMW工法桩或混凝土灌注桩加角撑围护则可直接冲土开挖到基坑的围护边。

图8 基坑边坡土开挖示意

为了不扰动基底土，使用冲土方法开挖的最深标高控制在槽底标高以上0.5m，预留的0.5m厚保护土体使用常规方法开挖，保护土方在清槽时使用小挖机与土方车短驳到场内冲土区。冲土标高的控制方法可利用场内的桩身做标识： ①在桩身用红油漆涂刷出高程控制线； ②涂刷完油漆后，桩身用反光带缠绕并固定； ③每间隔20m，在合适桩身上设置标识牌，注明区域位置、轴线、槽底标高。

6 结语

杭州奥体中心主体育馆、游泳馆项目结合工程实际进行技术攻关，在超大面积深基坑开挖中使用水力机械配合土方机械开挖施工技术，有效进行了基坑围护、场内短驳土、冲土区翻土松土、冲土稀释、泵送泥浆、基坑降水、破桩清底、防水及底板结构施工，不仅加快了工程施工进度、降低了成本，实现了现场土方施工阶段的绿色环保，有着广阔的发展空间和应用前景。