水下堅(jiān)硬土地基開(kāi)挖的施工工法(改)

1、水下堅(jiān)硬土地基開(kāi)挖施工工法1、前言水工建筑物施工時(shí)，經(jīng)常遇到水下開(kāi)挖基坑或渠道。在水深且土質(zhì)堅(jiān)硬的“鐵板砂”或低液限堿性粘土?xí)r用普通挖泥船開(kāi)挖功效極低，甚至無(wú)法開(kāi)挖。在松嫩平原大慶地區(qū)水下高堿性低液限粘土及齊齊哈爾地區(qū)鐵板砂水下開(kāi)挖過(guò)程中總結(jié)了水下堅(jiān)硬土地基開(kāi)挖施工工法。主要利用耙吸挖泥原理，用鏟斗先翻松水下堅(jiān)硬的土層，再通過(guò)挖泥裝置將挖松的土挖出輸送至岸上。水下開(kāi)挖“鐵板砂“或級(jí)配良好的砂礫石，可采用單斗挖掘機(jī)及挖泥船聯(lián)合施工作業(yè)的方式，或采取改裝鏈斗式挖泥船開(kāi)挖。其原理是先對(duì)中密的鐵板砂進(jìn)行翻松，再用挖沙船進(jìn)行開(kāi)挖。當(dāng)開(kāi)挖水下堅(jiān)硬的粘性土?xí)r，先用鏈斗將水下粘土挖起通過(guò)卸泥裝置卸至船下集泥箱

2、，在集泥箱內(nèi)用絞刀把堅(jiān)硬的土塊攪碎成泥漿，再通過(guò)8吋泥漿泵將泥漿排到規(guī)劃的棄渣場(chǎng)。即斗齒切土鏈斗收集泥土鏈斗輸送泥漿至船上泥漿箱收泥并攪碎泥漿泵排放，相當(dāng)于絞吸式、鏈斗式、普通三種挖泥船聯(lián)合作業(yè)方式。經(jīng)多項(xiàng)工程實(shí)踐證明，該技術(shù)可節(jié)約大量人力、物力，不僅提前工期、而且經(jīng)濟(jì)效果顯著。2、工法特點(diǎn)2.1施工功效高水位較高的堅(jiān)硬地層水下土方開(kāi)挖，受水深度的影響，如采用常規(guī)水下施工方法，施工效率極低，甚至無(wú)法施工。采用本工法，集水下翻松、挖出水面、水上輸送于一體，開(kāi)挖效率顯著提高，施工費(fèi)用較低。2.2適用范圍廣傳統(tǒng)的水下挖掘施工針對(duì)不同的土質(zhì)采取不同的設(shè)備，而本工法可挖掘砂性土、鐵板砂、粘性土等多種特殊

3、土質(zhì)及深水條件下的各種環(huán)境，投用的設(shè)備少。2.3操作簡(jiǎn)單，調(diào)遣費(fèi)用低針對(duì)不同的水文地質(zhì)條件改制水下開(kāi)挖設(shè)備，開(kāi)挖施工作業(yè)操作過(guò)程簡(jiǎn)單，設(shè)備調(diào)遣量小，費(fèi)用低，機(jī)動(dòng)靈活。3、適用范圍適用于深水條件下的堅(jiān)硬砂礫石層、細(xì)砂層、粘土層土質(zhì)及其它土層的水下開(kāi)挖。4、工藝原理根據(jù)耙吸挖泥船的工作原理，通過(guò)對(duì)挖泥船、抽砂船、挖砂船的技術(shù)改造，改制成適應(yīng)特殊較復(fù)雜水文地質(zhì)條件下的水下翻松、挖出水面、水上輸送于一體的水下開(kāi)挖機(jī)械。此設(shè)備可適應(yīng)密實(shí)的級(jí)配良好細(xì)礫、堅(jiān)硬粘土互層或其它不良地層土的水下開(kāi)挖清理，具有絞吸式挖泥船、鏈斗式挖泥船、單斗、抽砂船的工作性能。5、施工工藝流程及操作要點(diǎn)5.1施工程序水文地質(zhì)條件調(diào)

4、查施工方案確定水上開(kāi)挖設(shè)備改制施工作業(yè)區(qū)及棄渣場(chǎng)規(guī)劃施工區(qū)測(cè)量放樣水下土方開(kāi)挖質(zhì)量檢測(cè)。5.2水文地質(zhì)條件調(diào)查開(kāi)挖前進(jìn)行詳細(xì)的水文地質(zhì)條件調(diào)查，取得開(kāi)挖區(qū)域詳細(xì)的水文資料和地質(zhì)資料，詳細(xì)了解開(kāi)挖區(qū)的土層情況和施工期的河水及地下水位變化情況。5.3施工區(qū)測(cè)量放樣開(kāi)挖前選用合適的測(cè)控儀器設(shè)備，在岸邊或圍堰上設(shè)置好控制點(diǎn)，確定施工放樣及控制測(cè)量方法。5.4水下開(kāi)挖設(shè)備的改制根據(jù)工程具體情況，調(diào)查分析水下開(kāi)挖區(qū)域的地層巖性，結(jié)合常用的挖泥船、抽砂船、單勾等設(shè)備的工作原理及特點(diǎn)，研制適合本工程條件的水下開(kāi)挖施工設(shè)備改造計(jì)劃，改制開(kāi)挖設(shè)備。5.5基坑水下開(kāi)挖5.5.1岸邊開(kāi)挖一般江河的岸邊坡經(jīng)多年的維護(hù)加

5、固，岸邊的水上、水下土方開(kāi)挖采用挖掘機(jī)進(jìn)行開(kāi)挖，首先修筑臨時(shí)便道，由挖掘機(jī)分多個(gè)施工作業(yè)面同時(shí)進(jìn)行開(kāi)挖，水下開(kāi)挖料經(jīng)岸邊瀝水后，再用挖掘機(jī)裝自卸汽車外運(yùn)到監(jiān)理工程師或建設(shè)單位指定棄渣場(chǎng)。開(kāi)挖時(shí)一次開(kāi)挖不到設(shè)計(jì)深度時(shí)，水深在3.0m-5.0m采用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)進(jìn)行開(kāi)挖，挖掘機(jī)進(jìn)不去及水深超過(guò)5.0m的區(qū)域采用挖砂船及挖泥船進(jìn)行開(kāi)挖至設(shè)計(jì)底高程，邊坡按水下自然穩(wěn)定坡角確定，一般在1:3-1:4，最大限度地減少用挖泥船進(jìn)行水下開(kāi)挖的工程量。5.5.2河道開(kāi)挖河道中部陸地設(shè)備進(jìn)不去時(shí)，采取水面行走式開(kāi)挖設(shè)備施工。如果遇到多年沉積的級(jí)配良好細(xì)礫鐵板砂或較硬粘土?xí)r，先用翻松裝置進(jìn)行翻松，再用經(jīng)改制的挖泥（砂）

6、船開(kāi)挖。保證水下開(kāi)挖的幾何尺寸及高程，是水下開(kāi)挖的關(guān)鍵質(zhì)量控制點(diǎn)之一。開(kāi)挖前先進(jìn)行開(kāi)挖試驗(yàn)，確定開(kāi)挖船的布點(diǎn)、開(kāi)挖方向。挖砂船開(kāi)挖出的渣料，直接輸送到岸上，經(jīng)瀝水后裝自卸車運(yùn)送到指定的臨時(shí)棄渣場(chǎng)。在土方施工中，經(jīng)常測(cè)量、校正平面位置、標(biāo)高、邊坡。待水下土方開(kāi)挖完成后，用工作船統(tǒng)一進(jìn)行基坑高程驗(yàn)收，對(duì)不平整的部位，用鏈斗進(jìn)行掃平。經(jīng)自檢合格后報(bào)監(jiān)理單位進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后進(jìn)行封底混凝土澆筑。采用挖沙船進(jìn)行基坑開(kāi)挖施工示意圖如下：挖沙船開(kāi)挖作業(yè)施工平面布置圖-1挖沙船挖沙管挖沙船挖沙管挖沙船挖沙管挖沙船挖沙管10cm180cm180cm180cm180cm開(kāi)挖完成后地面高程線基坑開(kāi)挖完成后的縱斷面

7、剖面圖-1說(shuō)明：挖沙船在水面上的位置固定主要靠左右岸及上下游圍堰上設(shè)置的錨，通過(guò)牽引繩前進(jìn)。平整度控制是基坑水下開(kāi)挖的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，當(dāng)水下開(kāi)挖至設(shè)計(jì)高程以上50cm時(shí)，如上圖。挖沙船的開(kāi)挖刀口按間距180cm排列由一端向另一端推進(jìn)，將開(kāi)挖面的平整度控制在10cm之內(nèi)。級(jí)配良好密實(shí)細(xì)礫層水下翻松方法采用自制浮船，如果有條件亦可使用承載力足夠的拖船，浮船上用18m長(zhǎng)臂挖掘機(jī)對(duì)水下鐵板砂進(jìn)行翻松。其施工方法是在開(kāi)挖區(qū)的兩岸平行于建筑物軸線對(duì)稱設(shè)錨固鋼絲繩的錨具，通過(guò)兩岸連接的一對(duì)鋼絲繩來(lái)穩(wěn)定浮船，長(zhǎng)臂挖掘機(jī)在浮船上進(jìn)行水上開(kāi)挖作業(yè)。固定于浮船上的兩臺(tái)0.4m3長(zhǎng)臂反鏟挖掘機(jī)，一臺(tái)固船一臺(tái)翻松，根據(jù)開(kāi)

8、挖區(qū)域可在水上對(duì)水下用采砂船開(kāi)挖不了的級(jí)配良好細(xì)礫實(shí)施翻松作業(yè)。4.5.4粘土水下開(kāi)挖方法對(duì)鏈斗挖沙船時(shí)行改造，在收砂前臂加設(shè)切土刀，為防止黏泥粘鏈斗影響效率，在鏈斗的背面焊接除泥齒裝置進(jìn)行料斗的輔助卸泥，船體下部設(shè)集泥箱，集泥箱內(nèi)裝有絞刀并設(shè)泥漿泵。在開(kāi)挖區(qū)域的前后設(shè)錨，改型挖泥船通過(guò)鋼絲繩固船并起到牽引的作用，層層開(kāi)挖，直到設(shè)計(jì)深度。在水下土方開(kāi)挖作業(yè)過(guò)程中，在集泥箱處設(shè)自動(dòng)控制液面高度的加水裝置，自動(dòng)上水，實(shí)現(xiàn)切土刀切土，鏈斗挖泥，集泥箱收泥，絞刀攪拌打碎泥團(tuán)，泥漿泵排泥聯(lián)合作業(yè)。排泥管采用聚乙烯白塑料管，直接連至業(yè)主、監(jiān)理指定的排放地。6、材料與設(shè)備6.1主要材料鋼絲繩、鋼管、型鋼、鋼

9、板、絞刀、油筒、排泥管、浮筒、錨。6.2主要設(shè)備機(jī)動(dòng)快船、長(zhǎng)臂挖掘機(jī)、抽砂船、泥漿泵、100-200t浮船、抽砂泵、鏈斗式挖沙船。7、質(zhì)量控制質(zhì)量控制主要是水下開(kāi)挖平整度控制措施。當(dāng)采用挖砂船開(kāi)挖時(shí)，先確定最深點(diǎn)，然后再向其它部位擴(kuò)展。根據(jù)基坑內(nèi)的水面水位情況在開(kāi)挖接近基底設(shè)計(jì)高程時(shí)，加大測(cè)控的量測(cè)頻次，提前確定吊繩入水深度，防止超挖、欠挖。岸邊采用挖掘機(jī)進(jìn)行開(kāi)挖的部分，如用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)一次能挖至設(shè)計(jì)高程的區(qū)域或部位，根據(jù)水面高程確定長(zhǎng)臂挖的長(zhǎng)臂入水深度，由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量員進(jìn)行跟蹤監(jiān)控，確保一次開(kāi)挖至設(shè)計(jì)高程，不再用抽砂船進(jìn)行開(kāi)挖。大面積水下開(kāi)挖完成后，利用水下遠(yuǎn)紅外觀測(cè)儀進(jìn)行測(cè)量，如有達(dá)不到高程的部

10、位，再采用挖砂船進(jìn)行找平，直至達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。8、安全措施8.1現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)人員須提前進(jìn)行安全教育，船員持證上崗。施工作業(yè)及水上作業(yè)人員安全作業(yè)崗位證件齊全，具有安全作業(yè)許可，5級(jí)以上大風(fēng)天停止水上開(kāi)挖作業(yè)。8.2船邊設(shè)置防護(hù)欄桿，防護(hù)欄桿高度1.1m，長(zhǎng)臂挖掘機(jī)在浮箱上保證留有足夠的工作面。8.3船上的所有操作人員均穿救生衣，戴安全帽，操作浮橋上備用救生圈、桿、繩子等若干，保證水上安全作業(yè)設(shè)施齊全。8.4在施工區(qū)域周圍備用2條工作船，以備應(yīng)急時(shí)用。8.5及時(shí)與當(dāng)?shù)睾Ｊ虏块T聯(lián)系，取得水上水下施工作業(yè)的支持與幫助。8.6水上開(kāi)挖要設(shè)專人看護(hù)，設(shè)專職安全員2名，24小時(shí)不間斷地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查、監(jiān)

11、督、指導(dǎo)。9、環(huán)保措施9.1成立文明施工和環(huán)境保護(hù)領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu),全面貫徹國(guó)家和有關(guān)部門關(guān)于文明施工、環(huán)境保護(hù)的法令、法規(guī)和規(guī)章制度。9.2運(yùn)油、儲(chǔ)油油筒采用不漏的新筒，保持船上清潔，防止對(duì)水庫(kù)的水體產(chǎn)生污染。船只上的工作人員，嚴(yán)禁向水庫(kù)內(nèi)拋棄廢物以及生活垃圾等文明施工。9.3加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)管理，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、材料堆放合理整齊，開(kāi)展經(jīng)常性文明施工大檢查和文明施工評(píng)比活動(dòng)，獎(jiǎng)勵(lì)先進(jìn)、懲罰落后，促進(jìn)文明施工水平的提高。9.4合理規(guī)劃施工現(xiàn)場(chǎng)，開(kāi)挖棄渣堆放整齊。經(jīng)常對(duì)施工排水通道及道路進(jìn)行維修、養(yǎng)護(hù)，保證水路及施工道路暢通、完好。9.5施工結(jié)束后，按發(fā)包人要求盡快清理施工現(xiàn)場(chǎng)，除業(yè)主同意外，拆除其它一切臨時(shí)設(shè)施

12、，清除建筑垃圾，恢復(fù)原來(lái)的地形地貌。10、效益分析10.1經(jīng)濟(jì)效益分析水下堅(jiān)硬土地基開(kāi)挖施工工法不但縮短了排降水時(shí)間，施工工效較傳統(tǒng)的水下開(kāi)挖措施顯著提高了，施工成本降低。10.2社會(huì)效益分析水下堅(jiān)硬土地基開(kāi)挖施工為我國(guó)在低水位施工水工構(gòu)筑物提供了施工方法和施工經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)節(jié)約工期，節(jié)省費(fèi)用，低碳環(huán)保，社會(huì)效益明顯。10.3技術(shù)效益分析水下堅(jiān)硬土地基開(kāi)挖施工技術(shù)的應(yīng)用和推廣，解決了長(zhǎng)期困擾施工領(lǐng)域水下粘土及硬質(zhì)土開(kāi)挖技術(shù)難題，為我國(guó)在低水位條件下拓寬了施工技術(shù)的領(lǐng)域，為深水條件下水工構(gòu)筑物的施工提供了有效的施工方法。11、應(yīng)用實(shí)例11.1北引渠首泄洪閘工程11.1.1工程概況泄洪閘工程位于北引渠

13、首樞紐軸線樁號(hào)（2+473.5-2+69處嫩江主河道上，共12孔，每孔凈寬16m，總凈寬192m，由進(jìn)口段、閘室段、消力池段、海漫段組成。由于基底承壓水頭高，滲透系數(shù)大(500m/d)，經(jīng)過(guò)多次專家技術(shù)論證，采用水下開(kāi)挖基坑，水下澆筑混凝土壓重基礎(chǔ)處理施工方案，于2010年末已完成主體工程的基坑水下開(kāi)挖及封底混凝土施工。11.1.2開(kāi)竣工日期開(kāi)工時(shí)間為2009年11月22日，竣工時(shí)間為2011年10月31日，基坑內(nèi)水下土方開(kāi)挖完工日期為2010年8月31日。實(shí)物工程量本工程的主要工程量為：土方開(kāi)挖2003500m3，水下土方開(kāi)挖1082458m3，占總開(kāi)挖土方量的54%。主體工程基坑內(nèi)水下土方

14、開(kāi)挖工程量約為26萬(wàn)m3，其中級(jí)配良好砂礫石開(kāi)挖18萬(wàn)m3，粘土水下開(kāi)挖57379m3，其它土水下開(kāi)挖22621m3。應(yīng)用效果及存在問(wèn)題主體基坑土方開(kāi)挖采取的是挖掘機(jī)及挖泥船聯(lián)合施工作業(yè)的方式，中間部位先用長(zhǎng)臂挖對(duì)中密的鐵板砂進(jìn)行翻松，再用挖泥船進(jìn)行開(kāi)挖。粘土水下開(kāi)挖采用改型挖泥船進(jìn)行開(kāi)挖。岸邊位置采用單勾、反鏟及長(zhǎng)臂挖掘機(jī)進(jìn)行開(kāi)挖。實(shí)踐證明，選用合理的施工方法，合適的施工機(jī)具，不僅加快了施工進(jìn)度而且保證了工程的施工質(zhì)量、安全，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。11.2大慶石化紅旗泡泵站引渠水下開(kāi)挖11.2.1工程概況紅旗泡泵站引渠工程位于紅旗泡水庫(kù)庫(kù)區(qū)內(nèi)，長(zhǎng)度665m，渠底寬度為35.42m ,渠底高

15、程143.50m至140.00m,渠道兩側(cè)的邊坡為1：3.0。開(kāi)挖棄土場(chǎng)位于原泵站輸水管堤的南側(cè)庫(kù)區(qū)，距開(kāi)挖區(qū)平均運(yùn)距為500m。水庫(kù)正常蓄水位為148.00m。庫(kù)底的地面高程143.50146.00m。11.2.2開(kāi)竣工日期本工程開(kāi)工日期為: 2007年5月10日，竣工日期為: 2007年11月30日。11.2.3水下開(kāi)挖工程量為158586m311.2.4應(yīng)用效果及存在問(wèn)題開(kāi)挖區(qū)域內(nèi)的地層巖性主要以第四系更新統(tǒng)沖積層（alQ3）高液限粘土（黃色、灰黑色）為主，含堿量高，比較堅(jiān)硬（R=150KPa），水下開(kāi)挖的土質(zhì)巖性類別為六類土，開(kāi)挖難度較大。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，采取改裝鏈斗式挖泥船開(kāi)挖。此方

16、案每條船主要的技術(shù)指標(biāo)為：船長(zhǎng)26m，寬5.5m，高2.6m，自重18t，載重160t，總裝機(jī)240千瓦，產(chǎn)量設(shè)計(jì)為50m3-100 m3/h。適于砂土層、泥土砂層、黃黏土層、鹽堿土等硬質(zhì)土層。本工程采取分段分層開(kāi)挖方法，每段為50m長(zhǎng)，每層50cm（絞刀為臥式，其直徑為1m）。引渠頂高程為145.88m，分層10層開(kāi)挖底高程為140.00m。每層工深度控制精度為15cm，單船行駛作業(yè)寬度為5m，船的行駛主要以卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩牽引，先施工需要護(hù)砌的渠道末端，逐漸向渠道的首端推進(jìn)。施工作業(yè)結(jié)束，隨之將定位樁拆除。本工程采用改裝鏈斗式挖泥船進(jìn)行水下開(kāi)挖不僅提高了功效，解決了引渠水下開(kāi)挖技術(shù)難題。11.3齊齊哈爾通陽(yáng)街污水泵站工程11.3.1、工程概況齊市通陽(yáng)街污水泵站工程，位于齊齊哈爾市區(qū)通陽(yáng)街。地下水位142.00m，沉井刃腳底設(shè)計(jì)高程為135.35m，即封底時(shí)沉井內(nèi)的水深為6.7m7.0m，封底砼的厚度為1.3m1.6m。11.3.2開(kāi)竣工日期開(kāi)工日期: 2005年7月10日，竣工日期: 2005年11月10日。水下開(kāi)挖土方量為2283 m311.3.4、應(yīng)用效果及存在問(wèn)題根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，地基高程140.8