土方吹填开挖施工工法.docx
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土方吹填开挖施工工法
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，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。
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、操作要点
5.2.1施工准备
（1）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
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=K′×［（0.8L0）2—L12］1/2
式中：
L——接头间距（m）；
L0——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
90°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。
其它
1.排泥管口如需加装喷口，喷口直径应通过计算确定。
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。
接力泵的连接需符合下列要求：
①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。
②接力泵与输泥管线的连接应采取柔性连接。
（3）测量控制
吹填施工前测量队放出开挖边线（预留3m保护层），吹填过程中应对每一个吹填层放线，打好高程、边线点并做好标记。
5.2.2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3~4台泥浆泵。
每个泥浆泵负责抽取周边30m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。
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
①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4~5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。
5.2.3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
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
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
2
7
推土机
TY160
台
1
8
塑料管道
D350
m
21000
9
塑料软道
D325
m
470
10
泥浆袋
6寸
m
4362
11
电动机
22kw
台
22
12
电动机
160kw
台
15
13
测量仪器
套
1
14
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
2
3
质检人员
2
4
测量人员
4
5
调度人员
2
6
安全人员
2
7
冲土打砂工
120
8
管道安装工
30
9
管道维护工
18
10
电焊工
6
11
修理工
4
12
电工
4
13
司机
6
合计
220
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、电气设备和线路的绝缘必须良好，各种电动机械接地，接地电阻不大于4Ω，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700mm～1800mm，汉江流域降水量年内分配不均匀，5～10月降水占全年的70％～80％，7、8、9三个月占年降水量的40％-60％。
降水主要集中在4—8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27.97～29.53m，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高约22.8m，右侧临高漫滩侧则高达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）淤泥质粉质壤土，厚1.25m左右、粉细砂厚约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2010.5——2010.9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：
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：
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弃渣场，经济效益大幅提高。
③质量效果：
吹填开挖很好的解决了雨天施工道路行车不便的问题，同时通过吹填开挖的克服了开挖过程中的扬尘问题，保证了基坑边坡外观质量。
④经济效果：
生产效率的提高，开挖进度的稳定、人力及资源的节省，经济收益显著。
a：
单方利润增加额=12.65元/m³（机械开挖单价）×60万m³-10.5元/m3（吹填单价）×60万m³=129万元；
b：
工期节约费用=[2.8万元（液压反铲月租赁费）×4台（配置台数）+1.7万元（装载机月租赁费）×2台（配置台数）+2万元（15T自卸车月租赁费）×12辆（配置台数）]×1个月（赶工时间）=38.6万元。
C：
总计节省资金：
129万+34万=167.6万元。
十、工法总结
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。
吹填开挖工艺使一些特殊施工情况下机械开挖不可能完成的任务变成可能，解决了一直以来困扰施工单位的一些难题。
通过采用吹填工艺进行土方开挖，不但完成了开挖任务，而且达到了减尘减噪的目的。
同时吹填开挖的成功运用，使生产效率及经济效益收效显著，质量大幅度提高，形成了一套崭新的土方开挖工艺在土方开挖工程生产实际中得以广泛应用和推广。
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