土方吹填开挖施工工法

1、1一、前言为了适应现在经济快速发展的需要，人们越来越多的注重技术的开发与运 用，以求在最短的时间内以最小的投入达到预定的目标。正因为任何经济的发展都离不开基础设施的建设，离不开对有限的土地资源的开发，所以土地资源的充 分利用显得尤为重要。基于这种需要，现总结出一种适用于 多雨季的粉质粘土及 粉细砂地区的土方开挖工艺：吹填开挖。吹填技术作为一种疏浚填筑的施工工艺， 被加以改进，使之成为一种崭新的 土方开挖工艺，突破了常规机械开挖的局限性。但在此介绍的吹填施工工艺与之相反。本工艺属于水力机械吹填的一种，利 用压力水，冲击土料，经过水的湿化崩解流动作用，形成泥浆。以压力管道输送 至渣场，以达到开挖的

2、目的。为了使该施工工艺能够更好的为人们应用，创造更多的社会效益和经济效 益，特此编写了吹填开挖施工工法。二、 工法特点1“吹填开挖”采用高压水枪打砂、冲砂形成泥浆，再用泥浆泵将泥浆送至 压力罐，然后用接力泵输出。整个施工过程除了边坡修整外，均不使用大型施工 机械（挖掘机、装载机和自卸汽车等）。这不但减少了施工场地的占用，而且避 免了由于基坑积水无法施工及雨天施工道路难以通行而导致土方开挖的工期滞 后。 该施工工艺只适合用于松散的地基土， 如：粉质粘土及粉细砂等，否则其施 工强度将大大降低。2“吹填开挖”的施工机具：高压水枪、泥浆泵，接力泵等小型机械打破了 土方机械开挖必须使用大型机械的常规理念

3、，仅仅采用一些简单的管线及小型机 械布置，即可达到开挖效果。3“吹填开挖”的施工方法决定了施工过程中需要大量的施工用水打砂、冲砂，当土质越干，液化成浆越困难，所需用水越多。所以吹填开挖一般使用于水 源丰富或者地下水位很低的地区。4.“吹填开挖”在整个施工过程中施工现场不会出现一片机械繁忙的工作状 态，相较于机械开挖消耗的燃料少，排放的废气少，污染小，社会效益明显，同 时避免了大型机械开挖过程中机械伤人的危害性。2三、适用范围吹填的施工原理决定了其适用于土质松散的粉质粘土和粉细砂的土方开挖， 并且施工地点或附近需存在充足水源。由于吹填开挖的施工速度相较于正常情况 下的机械开挖速度要慢。所以吹填一

4、般只适用于降雨频繁， 排水困难、施工机械 通行不方便的土方开挖。四、工艺原理由于粉质粘土和粉细砂的粒径小、 质轻，抗冲刷能力差，遇水后易液化形成 泥浆，故利用其特点，采用高压水枪将原本固态的土冲刷成适宜浓度的泥浆，同时采用泥浆泵将其抽排出开挖点。若原本开挖面存在积水，则不但不会影响施工 进行反而有利于加快土质液化，减少施工用水，提高施工强度。施工过程中形成的泥浆是根据现场实际情况及开挖地点与弃渣场的距离布 置排泥管线送至弃渣场或者回填区。由于开挖现场与渣场一般相距较远，泥浆泵 无法将泥浆一次运输至渣场，故需联合接力泵辅助运输。五、工艺流程及操作要点5.1 工艺流程图5.2.1施工准备3（1）

5、施工用电线路铺设根据需要的开挖强度预测吹填施工需投入的设备数量，并预估所需用电负 荷，配置相应的输电线路及变电设施，当供电不足时还要安装发电机组。（2） 排泥管线的架设施工前，安排测量人员对管线沿线地形进行测量选定合适的管线走向并对接 力设备定位、标识，方便管线架设施工。岸管的铺设要点如下表。岸管敷设的技术要点项目技术要点管线选择1.敷设前必须对排泥管道进行检查，已破损和严重锈蚀、磨损的管件 修补前不得使用。2.排泥主管线应按新旧或磨损轻重程度依次连接敷设，对埋入地下、 跨越公路、堤防以及穿越市区、村镇、景区等处的排泥管，要选用 较新的管道与管件，并保证接头紧固严密，无漏水、漏泥现象。水陆接头

6、 入口角度1.在狭窄水域施工、当挖槽窄长以及挖槽距岸边较近， 水上管线活动 范围往往较小，为避免浮管出现死弯，入口岸管一般应与挖槽方向 成45左右的角度。2.当水上管线活动范围较大时，入口角可根据开挖区与水陆接头的相对位置做适度放大，一般应控制在90。以内水陆接头间距当开挖段较长，需要敷设一条以上的岸管或需设置多个水陆接头 时，接头间距可按下式进行控制：L=KX（0.8L0）2L121/2式中：L接头间距（m；LO浮管长度（m）；L1开挖中心线到岸边的最大垂直距离（m）;K折算系数。双向施工，水陆接头入口角度在900左右时，取2.0;单向施工，水陆接头入 口角度在45。左右时，取1.5。管道支

7、撑支撑排泥管的基础、支垫物、支架等必须牢固可靠，不能出现晃 动、歪斜等现象，以避免造成排泥管接头损坏。管口位置应尽量远离泄水口且离开围堰内坡脚不小于10m敷设高程排泥管在弃土（吹填）区内的敷设高程应高于吹填控制高程，以 防止管线在吹填过程中被淤埋。41.排泥管口如需加装喷口，喷口直径应通过计算确定。其它2.排距较长、地形起伏变化较大时，除在管线最高处装设呼吸阀外,还应每隔500m安装一个呼吸阀。特殊情况下的管线敷设要注意：（1）排泥管穿越较宽沟渠、水塘时，一般应敷设在管架或浮体上。（2）排泥管道必须穿越公路、铁路时应向有关主管部门提出申请，申请中需 注明穿越的具体位置、时间与方式，获准后方可实

8、施。并采取下列方式处理：1排泥管跨越普通公路时，可采用全埋、半埋或明敷方式，但管道两侧车辆 上下的坡度不得大于1:6,以免造成汽车底盘与排泥管相碰。2排泥管过高速公路与铁路时，应选择在附近涵洞或桥下通过。常用排泥管道有：钢管、聚胺酯橡胶管、塑料（高密度聚氯乙烯）管、尼 龙（或改性尼龙）管。其中钢管是目前疏浚与吹填工程使用最为普遍的一种，塑 料管、尼龙（或改性尼龙）管是近些年来推出的新型排泥管道，其各自特点及使 用范围见下表。常用排泥管道特性管道类型优点缺点主要使用范围钢管耐高压、耐撞击、易修补、价格低易锈蚀所有排泥管道聚胺酯橡胶管耐腐蚀、耐磨损性 好、柔韧性较强价格高、摩阻大、 易老化、无法修

9、补挖泥船吸泥伸缩管、水上浮管、 水下柔性潜管塑料（高密度聚氯乙烯）管重量轻、摩阻小易老化、 不耐撞击、耐磨性较差、修补困难岸管尼龙 （或改 性尼龙）管重量轻、摩阻小、耐磨性好易老化岸管（2）接力泵安装当弃渣场离吹填施工区较远时，往往需要多个接力泵一起工作，才能将泥浆 输至弃渣场。所选择的接力泵要与泥浆泵的性能（特别是流量及特性）相同或尽 可能接近，如差别太大，将导致泥浆泵的功率不能得到充分发挥，影响施工效率。5接力泵的连接需符合下列要求：接力泵吸入口余压一般应保持在一个大气压左右，最低不得小于50kPa,布置时要考虑到泵前管线的改动可能会带来的影响。接力泵与输泥管线的连接应采取柔性连接（3）测

10、量控制吹填施工前测量队放出开挖边线（预留3m保护层），吹填过程中应对每 个吹填层放线，打好高程、边线点并做好标记。522吹填施工（1）场区吹填场区吹填采用分层分块开挖方式，层高不得超过1m，每个施工块一台泥浆泵、两把高压水枪，由中间至四周不断吹填开挖。每仓吹填完成后，应间隔一段 时间，待初步排水固结后，才允许进行下一层吹填施工。为了控制开挖深度、保 证开挖平整度，每隔30m左右插一个标记杆。当吹填高度达到标记好的高程时, 打砂人员应及时向1#接力泵指挥人报告，1#接力泵收到消息后安排停机。整个吹填场区一般采用多条管线同时 开工的施工方式，每条输浆管线连接34台 泥浆泵。每个泥浆泵负责抽取周边3

11、0m范围 内的泥浆。等施工准备工作做好后由一名持枪手 在泥浆泵四周用高压水不断打砂形成泥浆， 然后由另一名持枪手用高压水抢冲水稀释 并将稀释过程中的泥浆引至泵口， 待泥浆达 到泥浆泵所能抽取的量和浓度时开启泥浆 泵进行抽浆。为了减少施工麻烦、保证施工 进度，除了检修机械外一般泥浆泵一旦开启就不会随便停止。在打砂过程中高压 水枪口不能毫无目的的随便移动，要从泥浆泵周边某处逐渐的向四周扩展， 引浆 高压水枪手要随时注意泥浆的浓度，当两部高压水枪冲砂形成的泥浆仍然过浓时 要适当的增加高压水枪数，以免过高浓度的泥浆阻塞管道。6泥浆泵抽取泥浆向上送至开挖边缘以外的压力罐将泥浆集中，并通过压力罐上接的一个

12、水 泵送来的 清水进行 进一步的稀 释，以致 泥浆浓 度达到25%50%,然后由压力罐另一端的接力泵向 前运输。 当运距较远时一台接力泵无法将泥 浆快速的送至渣场， 在运输途中会由于压力 减小产生的推力不足导致泥浆运输速度减 慢， 需要在运输途中适当距离处安置接力 泵。边坡处的打浆要特别注意打浆的角度， 枪口要以越来越缓的斜坡向下冲砂，以防坡 脚过陡，坡面整体下滑。 另外为防止滑坡 在开挖区边坡还要留3m保护层，采用人工 配合反铲进行开挖，并且要滞后吹填面二至三层。同时为加快边坡排水及边坡稳 定，在开挖保护层是沿坡脚挖设排水沟。（2）施工管理每条生产线由班工长负责泥浆浓度及本班次的施工安全，另

13、外每班由1#接力泵指挥部一名人员通过对讲机专职开机、停机总指挥，负责整条管线总体协 调。2安排人员24小时不停的巡视管道，有问题及时抢修。开机时由头至尾逐 一开起，停机时由尾至头逐一停机，接力泵看守人员应时刻注意各种仪表的指示 数值，并做好记录，每二十分钟向1#接力泵汇报一次，如遇紧急情况应首先与开 挖区指挥部取得联系，开挖区指挥部收到消息应及时采取有效措施， 避免出现管 道堵塞的情况发生。3由于泥浆泵的叶片都有一定的使用寿命，大泵的叶片一般45天要进行换新，小泵的叶片每天更换。以免在施工中机械故障，影响施工进度。4对压力内壁罐每天3次抹黄油， 增加其光滑度， 减少泥浆在压力罐内阻塞 的可能性

14、。523渣场维护吹填形成的泥浆通过接力泵输送到渣场后，会有局部地方形成土堆。经过一 段时间的固结，待其上能行走机械时，采用人工配合推土机进行平整。由于吹填开挖施工污水较多，为了减小污染，尽可能将渣场建成简易沉淀池 形，使泥浆能很好的沉淀，然后将污水疏导至排水沟。因从渣场中排除的污水仍 然含有大量的泥浆，会在排水沟中沉淀，所以要定期用反铲配合人工对排水沟疏 导和维护，对于离主排水沟较远7的区域采用人工修整支排水沟的方式加强排水， 以保证不淹没农田。渣场沉砂袋装土护坡 I 渣场 I溢流堰六、材料设备施工设备配置序号设备各称规格型号单位数量备注1接力泵T250PS-35台5备用3台2泥浆泵22kw台

15、22备用4台3增压罐个4备用1个4发电机组400kw台4备用1台5发电机组200kw台11备用2台6反铲CAT320c台27推土机TY160台18塑料管道D350m210009塑料软道D325m470810泥浆袋6寸m436211电动机22kw台2212电动机160kw台1513测量仪器套114对讲机对3注：此机械配置为兴隆水利枢纽电站标段基坑土方吹填开挖过程中的3条生产线配备的机械配置（运距6km），仅做为参考七、劳动力组织及安全措施7.1 劳动力组织施工人员配置序号工种人数备注1管理人员20整个施工队分为 三个工作组，轮 换执勤，确保24小时不停工。2技术人员23质检人员24测量人员45调

16、度人员26安全人员27冲土打砂工1208管道安装工309管道维护工1810电焊工611修理工49注： 此人员配置为兴隆水利枢纽电站标段基坑土方吹填开挖过程中的人员配置，仅做为参考。7.2 安全措施施工现场必须设置安全防护措施，必须配备足够的消防器材。在各配电箱旁 边必须悬挂相关的危险标志牌。所有作业人员进场时必须佩戴安全帽。施工人员 将严格按有关施工规范施工，做好预防监测控制措施，尤其应注意雨季的施工安 全，做好排水和边坡支护措施。厂房一期开挖吹填在雨季进行，开挖前做好场内的截排水沟，进行有组织的 排水，防止雨水对边坡冲刷破坏。下雨天停止吹填，人员全部撤离现场，做好防雷、放电措施。(1) 施工

17、用电安全1、现场设配电房，采用三相五线制，配电房建筑面积约60平方米左右，并 具备一级耐火等级。2、用电由有相应专业资质的持证专业人员管理，负责保护所有设备的线路 和开关箱，停用的设备必须接闸断电，锁好开关箱；搬迁和移动用电设备应切断 电源，作妥善处理后进行；对用电过程发现的问题应及时报告和解决。3、严格用电管理，现场临时电线路按施工临时设施用电安全技术规范 要求布设，必须由持证的专职电工上岗操作， 不得任意拉接电线和电器设备，采 用三相五线制供电系统，各类电器设备均安设安全保险装置，严格执行一机一闸 一保护，对电力线路、电器设备经常检查、维修、调整并做好测试、检查、维修 记录。4、电气设备和

18、线路的绝缘必须良好，各种电动机械接地，接地电阻不大于4Q，电气设备及线路检修时，先切断电源。(2) 机具设备安全使用措施1、各种机械要有专人负责维修、保养，并经常对机械运行的关键部位进行检查，保证安全防护装置完好，设备装置附近设标志牌及安全使用规则牌。2、 各种机械设备视其工作性质、性能的不同搭设防尘、防雨、防晒、防噪 音工棚等10装置。3、 机械服从指挥，制动器性能良好。4、 高压水枪在使用过程中不能正面对人，每部水枪要至少相距15m，以免 高压冲水伤人。八、质量要求1吹填过程中要落实每层开挖高度和平整度，控制边坡冲砂角度、保护层预 留厚度，同时确保泥浆浓度不能超过50%。2加强质量管理，落

19、实工程质检人员职责，协调每个工作环节之间的连接。九、效益分析现以我项目部的施工情况为例进行效益分析。具体情况如下。9.1、工程实例（1）工程概况兴隆水利枢纽位于汉江下游湖北省潜江、天门市境内，上距丹江口枢纽378.3km,下距河口273.7km,由泄水闸、船闸、电站厂房、鱼道、两岸滩地过 流段及交通桥组成。（2）气象、水文条件汉江流域属副热带季风区，流域多年平均年降水量约为700mm1800mm， 汉江流域降水量年内分配不均匀，510月降水占全年的70%80%,7、& 9三个月占年降水量的40%-60%。降水主要集中在48月。汉江洪水由暴雨产生，洪水的时空分布与暴雨一致。夏、秋季洪水分

20、期明显 是本流域洪水的最显著特征。（3）电站厂房工程地质电站位于右岸漫滩与河槽的交接部位，其中河槽段河床高程约27.9729.53m,高漫滩地面高程约37.90m左右，漫滩前缘为天然堤，堤顶最高点38.34m， 堤高约0.5m,临河岸坡高约10.5m，总体坡比1:2,上部近直立。电站厂房建基面高程10.20m,持力层为粉细砂层。施工期间，人工边坡左侧临河侧河床咼约22.8m,右侧临咼漫滩侧则咼达31.6m,左侧边坡由（含泥）粉细砂组成，右侧边坡主要由上部全新统上段（alQ43）粉质壤土，厚1.3m左右、粉细砂厚2.7m左右；中部全新统中段（alQ42）淤泥质 粉质壤11土，厚1.25m左右、粉

21、细砂厚约8.4m、含泥粉细砂12.8m左右；下部全 新统下段（alQ41）粉细砂厚约13.2m等组成。各土层工程性质均较差，尤其边坡 上部分布的厚约1.25m的淤泥质粉质壤土抗剪强度低，对边坡稳定有较大影响。（4）施工部署情况我标段为电站厂房建设，基坑开挖总量约118万m3,其中一期开挖107万m3, 二期开挖11万m3。其中一期开挖计划在2010.52010.9的时间段内完成。 该段时间为降雨量较多，平均每月有8天为雨天。由于施工工期内场地公用施工道路尚未形成，且受雨季及右侧施工道路状况影响，为满足业主对工期提前的要求，电站厂房一期开挖采用吹填开挖与机械开 挖相结合的方式进行。吹填开挖范围为

22、：上下游防冲槽之间的厂房主体部分，吹填方量约60万m3。机械开挖范围为：上游防冲槽至上游围堰、下游防冲槽至下 游围堰和围堰以内部分，开挖量约47万m3。开挖面如下图所示：12基坑一期开挖平面示意图9.2吹填开挖后获得的效果：1减尘减噪：通过吹填开挖，避免了刮风扬尘及机械施工噪音扰民事件， 生 产能有序正常的开展，同时有利于环境保护和文明施工。2工效效果：吹填开挖技术的运用使粉细砂和粉质粘土的开挖变得更加便捷,把各工序的衔接时间降低到了最低， 节约了人力资源和劳动时间，生产效率 和进度得以大幅度提高。具体表现为：机械开挖需多人配合，改进后施工人员轻 松就可完成；机械开挖需用液压反铲、自卸车等大型机械施工，改进后采用PVC管线、泥浆泵等小型机械即可直接使弃渣到达