丁应章 徐 强 王 飞 唐立帆 林永祥 洪 耿

中建三局集团有限公司（沪） 上海 200129

随着城市建设的发展，超大超深基坑工程日益增加，同时伴随着国家环保类政策陆续出台，政府对城市基坑工程土方开挖及外运施工作业的环保要求愈加严格。对位于城市区域的超大、超深基坑工程，土方工程量较大，采用传统的机械取土结合渣土车土方外运的土方施工方式，将对城市环境造成污染，并存在增加城市道路交通压力的可能。杭州萧山国际机场三期交通中心项目结合工程特点及现场实际情况，应用了大型泥浆泵远距离土方泵送技术（水冲法），最终很好地解决了这一问题。

1 工程概况

杭州萧山国际机场三期项目新建航站楼及陆侧交通中心工程施工总承包Ⅱ标段主要建筑功能为：地上1—10层主要为旅客过夜用房及配套业务用房，其裙房为3层，配套业务用房为9层。地下4层主要为停车库、大巴客运中心及机房，同时兼作甲类附建式人防工程。工程建成后，将实现高铁、地铁、大巴无缝换乘，年旅客吞吐量突破5 000万人次，进入全球前50大机场，满足2022年亚运会的需求。

2 项目背景和出土难点

2.1 项目背景

2.1.1 基坑概况

本标段基坑东西向长356 m、南北向宽276 m，占地面积11万 m2。总共分为7个基坑：C1（逆作区）；C2、C3区；B1、B2区（顺作区）及A1、A2区（顺作区）。大面挖深18.9 m，土方工程量190万 m3。并且基坑周边环境复杂，北侧为在建地铁站，东侧为运营航站楼，南侧为在建高铁站，西侧为新建航站楼标段（图1）。

图1 交通中心基坑及周边示意

2.1.2 工程地质

根据工程地质剖面图，基坑开挖范围内的土层主要涉及①1杂填土、①2素填土、①4淤泥质填土、③1砂质粉土、③2粉砂夹砂质粉土、③3粉砂、③4粉砂夹淤泥质粉质黏土。

2.2 出土难点

2.2.1 体量大、工期紧、日出土量高

二标段基坑施工阶段土方外运共计约190万 m3，根据入场时第1版总进度计划，按照土方工程量及施工进度要求出土时间为2019年11月—2020年10月。出土高峰期集中在2020年1月（日出土15 228 m3）、2月（日出土15 228 m3）、6月（日出土15 975 m3），高峰期日出土量接近16 000 m3。若按照机械取土外运考虑，高峰期日出土将达800车次。

2.2.2 四面围合、交通受限

交通中心基坑四面围合，东侧为运营T1、T3航站楼，南侧为Ⅰ标段地下高铁站和运营T2航站楼，西侧为Ⅰ标段T4航站楼主楼，北侧为在建地铁站房（图2）。交通中心标段施工车辆进出场需穿越航站楼标段施工场地，且仅有一条双车道道路进出，交通条件受限。

图2 场地平面关系示意

2.2.3 不停航不停运施工

萧山国际机场三期建设期间，原有航站楼正常使用，施工过程中需确保不停航、不停运，具体包括：根据场区交通容量，控制施工车辆流量，确保社会车辆正常通行；施工时需控制扬尘，避免扬尘扩散至飞行区影响飞机正常起降。

本项目仅采用机械取土、渣土车外运的出土方式，无法满足复杂环境下的出土工期要求。

3 水冲法工艺原理介绍

水冲法是通过取水管道从外部引入清水至项目现场基坑内，通过泵体加压用水枪将高压水流射入现场待挖区土方，土体遇水变为泥浆，待挖区泥浆坑放置抽浆泵，对泥浆进行增压，基坑外铺设泥浆管至卸土点，泥浆通过铺设管道输送至卸土点，完成场内土方外运工作。

3.1 清水泵布置

泥浆采用外借用水，通过清水泵加压后，分支管注入待挖区坑中进行配制。清水泵设置于基坑外附近合适位置（一般邻近河流），清水泵管与出水管道连接，出水管铺设至现场待挖区，端部连接转换头，转换头为12路支管接头，支管采用水管软管连接，清水由人工控制，自支管涌出至待制浆基坑内。

3.2 冲刷土体制浆

清水冲刷土体形成3∶2（水∶泥）泥浆，由场内小型泥浆泵通过软管输送至坑外主管，主管连接场外大型增压泵进行增压后开始远距离输送。喷枪冲水压力一般要求达到0.6 MPa以上，冲击水流与所开挖土面呈30°～60°角方向冲向土体，连续均匀冲刷，泥水流由冲刷点向泥浆泵部位行进，使冲刷下来的泥水向泥浆泵部位呈锅底状集中外排，要避免同一部位冲刷时间过长导致高差过大[1-5]。

3.3 泥浆外运

泥浆输送管道多采用抗压PPC管作为主输浆管，管道连接口采用法兰连接。管道从出土点沿河铺设，直至卸土点，因泥浆运输距离较远，除场内需设置增压泵外，沿途也设置增压泵（一般间距3～4 km一处），现场增压泵通过现场电箱供电，沿途增压泵通过附近电站租赁供电。泥浆最终由尾泵管道排出至卸土点围堰进行自然沉淀。

4 水冲法实际应用

通过分析前述的项目特点及出土难点可知，传统的机械开挖加运土车外运的方式无法满足本项目的取土需求。另由于该工程基坑土质多为杭州特有砂质粉土，适宜采用水冲法取土。

4.1 工程水冲法设备投入情况

本工程投入2套水冲法管线设备，日出土量可达8 000 m3，减轻了机场场区交通压力，实现绿色施工无扬尘，同时保证了土方施工工期，确保了工程整体进度。

4.2 水冲法取土施工过程管理

4.2.1 清水取水点协调

考虑水冲法施工的成本经济性，选取就近河流水源作为清水取水点。清水取水点应水源供应充足，以本工程为例，泥浆中水、泥比为3∶2，水冲法日出土量8 000 m3，对应清水日取水量12 000 m3。在本项目水冲法实施过程中，先后选取过2次清水取水点，第1次取水点移位原因为周边参建单位向河道内排放泥浆，导致河道淤积水位不足。

4.2.2 管道布置平面协调

分包单位前期已将机场外部泥浆输送管线布置完成，出机场设置2条泥浆泵送管线，管道1向西出机场场区后经后解放河及靖江直河至义南横湾；管道2经空港隧道出场区至机场东大门，沿河道至义南横湾。水冲法卸土围堰场地位于绍兴市滨海区（运距35 km）。

交通中心标段场地四面围合，水冲法管线引出至场外需穿越周边参建单位施工场地。

4.2.3 过程中管道拆改协调

因水冲法管线穿越周边参建单位场地，随周边标段施工工况变化，水冲法管线需进行局部改迁。目前因航站楼北区桩基及承台施工、北行李通道施工、离场高架北段钢箱梁吊装，已进行过3次管线迁改工作。改迁时，需停止场内水冲作业，泥浆泵送管道在停用后立即用清水冲洗，确保将管道内泥浆冲洗干净，降低堵管概率。

4.2.4 管道爆管应急处理

爆管原因：泥浆管泵送压力最大可达1 MPa，管线接头处为薄弱环节，可能存在法兰盘局部承压力不足，导致接头处管线破裂爆管。同时，因泥浆管需穿越周边参建单位施工场地，在周边单位施工过程中，施工机械及施工车辆易造成泥浆管机械破坏。

应急处理措施：泥浆泵送时，一旦现场施工巡查人员发现泵送管道爆管时立即停止泥浆输送，同时组织人员对爆管区域泥浆进行清理，清理完成后由专人对管道进行更换。

4.2.5 水冲法工效保障措施

为保证水冲法取土工效，现场扩大水冲法工作面，将水冲法枪头间隔分布，实现多点同步水冲。取土点按树状分散布置，相邻取土点之间间隔50 m以上，取土点的位置可根据施工部署的要求进行移动。每个取土点设置临时泥浆池，池内泥浆由22 kW泥浆泵抽吸入支管，再由支管汇入总管。

4.3 水冲法取土施工创新点应用

4.3.1 淤泥质黏土处理

本工程－17.00 m至基底（承台底多为－19.25 m）土层为淤泥质粉质黏土，淤泥质粉质黏土含水率高，黏滞性强，很难分散为独立的散粒体，无法直接水冲为流动性较好的泥浆，不适宜直接采用水冲法取土。

项目针对淤泥质粉质黏土的特性，采取挖机翻倒和机械振动2种方式对原位固结淤泥进行预处理，破坏原状淤泥的黏结力，提高淤泥质粉质黏土的水冲效率。

振动棒机械振捣原状淤泥，可迅速打破土粒间黏结力，降低整体黏滞性，使之变为均匀、流动性较好、适于水冲法泵送的泥浆，将其液化，提高水冲法效率。振动棒插入振动10 s，可将周边40 cm范围内的淤泥质黏土液化，通过不断变化振动点位，可将较大范围内淤泥质黏土进行液化预处理。

采取挖机翻倒原状淤泥，同样可起到破坏淤泥质黏土内部黏结力的效果，且通过挖机倒运，可将原位淤泥转运至淤泥集中水冲点，有利于提前展开底板施工工作面。但挖机翻倒对原状淤泥起到的液化效果具有迟滞性，无法做到迅速液化的效果。

4.3.2 水冲法防汛排涝应用

本工程基坑面积10万 m2，降雨汇水面积较大。同时机场场区内因施工影响，蓄水湖已人工回填无法调蓄雨水，规划新建雨水管道尚未完全接通投入使用。故交通中心标段汛期雨水外排压力较大。

项目汛期采用水冲法，2台280 kW泥浆泵兼作雨水强排泵，可起到较好的排涝效果，雨水泵送外排至卸土点，可缓解机场场区内排涝压力。

4.4 实施成果效益

经济效益：本工程与土方分包结算土方外运单价，不区分顺作明挖与逆作暗挖，不区分渣土车外运和水冲法外运，为统一单价。与业主结算土方合同单价为，顺作区土方明挖为118元/m3，逆作区土方暗挖为128元/m3（考虑机械暗挖降效）。本工程逆作区土方暗挖工程量为600 000 m3。采用水冲法土方外运，顺作明挖与逆作暗挖难易程度接近，本工程逆作暗挖土方约80%采用水冲外运。故水冲法产生经济效益为480万元，且水冲法取土不受场内外交通环境的影响，工作效率稳定，工期效益显著。

社会效益：粉砂土质水冲法取土及泥浆泵送工法是现代土木工程技术发展的结晶，解决了处于粉砂质土地区的场地内外交通运输压力大的超大、超深基坑工程的土方开挖及外运难题。以管道运输代替传统的车辆运输，在缓解交通压力、保障施工安全的同时，还能避免对周边环境造成污染。

5 结语

本文结合杭州萧山国际机场三期交通中心项目基坑施工的实际过程，总结了水冲法取土工艺实际应用中存在的优势与局限性：相较于传统的机械取土结合渣土车土方外运的土方施工方式，水冲法出土可全天候连续进行，不受场内外交通的影响，且施工全过程无噪声，可有效控制土方施工时的基坑扬尘，利于环境保护，受到地方政府的支持。另受限于工艺特性，水冲法出土仅适用于粉土及砂性土出土，对于黏性土需进行预处理，且设备及管线前期一次性投入较大，施工过程中受管线质量影响极大，不适用于较小基坑。