New technology of hydraulic soil education on the area filled with fly ash

Architectural Engineering May 2013, Volume 1, Issue 1, PP.22-26

New Technology of Hydraulic Soil Education on the Area Filled with Fly Ash Tao Cui 1#, Chenxing Gao 2, Guowei Liang 1 1. Shibei District of Binhai New Area Management Office, Qingdao 266000, China 2. Weifang High-techindustry Construction Investment Development Co., Ltd, Weifang 261000, China #

Email: 635112026@qq.com

Abstract At coastal fly ash dredger fill area, the soil particle is super fine and loose, result in low bearing capacity. The underground water level and tides influence the deep foundation excavation strongly because the construction site is near to the Jiaozhou bay.

According to the geology and terrain, mechanical and hydraulic soil eduction method was adopted in soil excavation combining slope and riprap revetment. Hydraulic soil eduction is a water cannon soil erosion, to be packed into the mud pump mud, and then take place outside the field.

Keywords: Mechanical Excavation; Hydraulic Soil Eduction; Economic Benefits

临海粉煤灰吹填区域水力排土法施工新技术* 崔涛 1，高辰星 2，梁国伟 1 1.市北区滨海新区管理办公室，山东 青岛 266000 2.潍坊高新城市建设投资开发有限公司，山东 潍坊 261000 摘

要：粉煤灰吹填区域颗粒细腻、土质松散，承载力差。场地南临胶州湾，地下水位高、潮汐影响强烈。根据实际情

况采用机械和水力排土结合来进行土方开挖，开挖过程中进行放坡并倾倒碎石护坡。水力排土就是用高压水枪冲刷土体， 使之成为泥浆汇集到泥浆泵处，然后抽出场地之外。 关键词：机械开挖；水力排土；经济效益

引言 沿海地区存在较多的填海造陆区域，其中不少区域利用粉煤灰回填。粉煤灰颗粒细腻、松散，饱水状态 下有摇震反应，失水后能随风吹动。在这种区域下施工主要有以下难点：场地承载能力差，不能直接进行大 面积土方开挖；潮汐影响强烈，地下水位高，海水冲刷能力强。 针对该实际情况，经反复讨论决定采用场地回填碎石、机械开挖和水力排土相结合的方法进行开挖；水 力排土就是利用高压冲水压力冲刷要开挖的土体，以水为土的载体，使其成为流沙状泥水，再用泥浆泵排到 场边沉淀，所析出来的水可以重复利用，沉淀下来的土可作为场内土回填或排出。

1 工程概况 拟建场地位于青岛市娄山河污水处理厂西侧，规划四号线、规划五号线和规划六号线之间，南临胶州湾， 东距环胶州湾高速公路约 700m，与青岛石油化工厂相望。该工程由中转车间、应急暂存车间、渗滤液处理 站、机修车间及锅炉房、综合楼、食堂、宿舍、门卫、洗车台、加油站等 16 个单体组成，总建筑面积 36487.22 1

国家自然科学基金面上项目（50878109） ，泰山学者建设工程专项经费资助 - 22 http://www.ivypub.org/ae

平方米，设计基底标高-1.65~-3.8m，基坑深度约 3.65~7.6m，旋喷桩帷幕轴线周长约 699.0m。其中中转车间 土方开挖量最大、开挖深度最深、地质结构最复杂。中转车间底板长 144m，宽 82.5m；地下一层，地下室埋 深 8.2m。本工程设计采用桩基础及大体积成片筏板基础，底板厚度 800mm，局部 1500mm，预制桩桩头在垫 层上预留 700 钢筋锚固在底板中，混凝土外墙厚度 500mm，地下室室内无回填土，200mm 厚混凝土整体地 面，土方开挖量约 8.7 万立方米。开挖过程以中转车间为例，其它单体参照开挖。基坑平面布置如图 1 所示。

结构底板边缘线 MBR池 旋喷桩止水帷幕

旋喷桩挡墙 格栅式布置 应急暂存车间

中转车间 -3.80

结构底板边缘线

图 1 基坑平面布置图

2 施工方案 根据设计图纸、地质勘察报告及现场实际情况，拟采用机械大面积开挖及水力排土相结合的方法进行土 方开挖。 上部 4m 粉煤灰层采用机械开挖，因地下粉煤灰层较厚，含水量饱和，且根据粉煤灰特性，水分不易排 出，易产生径流、塌陷，机械开挖层必须连续作业并一次性挖至挖掘机有效开挖深度。开挖宜从中转车间短 边进行，考虑到旋喷重力式挡墙工程量大，工期紧，开挖时即便挡墙施工完毕也不能达到强度要求，因此开 挖从中转车间北侧向南进行。为提高自卸车效率，卸土点选在中转车间西侧空地。 下部 3m 粉煤灰及部分淤泥混砂层采用水力排土法施工，待机械挖土由北向南进行约 30m 时，水力排土 开始沿中转车间北边线向南进行；取水点为娄山河污水处理厂混合配水池，池内水量约 5 万 m3/天，完全可 以满足排土施工用水要求，采用 2 个大口径取水泵抽水分管至多个高压水泵；泥浆采用预埋管路排放至西侧 空地，西侧空地标高较低，避免造成地表回流。水利排土至设计底标高后，边坡上倾倒碎石土护坡，然后用 挖掘机再进行修坡，锚喷面层施工。

3 主要施工步骤 3.1 施工方案的确定 水力排土法主要是根据工程的大小、工期及基坑的深度来确定方案。施工方案主要是涉及到开挖点的选 取、开挖顺序、人工机具及各种保证措施。施工之前最好找一块和场地相似区域进行水力排土实验。实验中 只需要一套排土设备，模拟实际工程进行实验，施工中要总结经验，不断调整，为正式开挖做好准备。

3.2 潜水泵抽水 利用水力排土法的工程，最好周围有水塘或水池，能保证充足的用水，对于无地表水可用的地区则需要 打井准备井水。潜水泵不应直接放入水底，以避免杂草、泥沙等破坏机器，最好和水底保持在 50cm 以上。 取水泵可采用低压水泵，能够保证将水抽到施工现场即可。用水枪冲刷土体需要足够的压力，所用在现场可 准备一个高压水泵作为增压泵，取水点到冲土点之间要选用高压软管，排土管可选用低压软管。

3.3 高压冲土 将各冲土施工连接好后，打开高压水枪进行试压，一般压力不要太大也不宜太小，一般在 0.5MPa～ - 23 http://www.ivypub.org/ae

1.0MPa。压力太大水枪不宜操控而且容易引起泥浆飞溅，太低又达不到效果，施工员调好压力后进行正式排 土。水力排土可以由两种形式进行，一种是从上往下俯视冲土，另一种是从下往上仰视冲土。水力冲土过程 中要注意以下几点： 1）水力排土要分层施工，每层的挖土厚度控制在 1m 左右，可保持土体的稳定，防止塌方。 。

。

2）冲击水流与所开挖的的土面之间要保持一定的角度，一般要保持在 30 ～45 之间。

3.4 泥水汇流 一般每立方米用水量约为 3～4m3，水力冲土中要尽量使冲击的开挖面形成一定的坡度，以便形成的泥水 能顺利排出，坡度可控制在 1%～2%之内。冲出的泥水自冲刷点流向泥浆泵位置，呈漩涡状通过泥浆泵直接 外排。

3.5 泥浆水外排 泥浆水的外排主要是通过泥浆泵将汇流来的泥浆排出场地之外。泥浆泵的选取要根据水枪的排水量进行 选择，一般泥浆泵的功率宜为水枪的 2～3 倍左右。泥浆泵至冲刷点最好在 5～10m，为使泥浆顺利外排 ， 应用浮筒法固定泥浆泵，即用两个 φ600 的铁皮筒和两根 φ48 钢管焊接成井字格构架，泥浆泵放在井字架上。 一般与泥浆泵相连的出水管可以选择低压软管,因为此时的水压力较小,用低压软管完全能够满足排泥浆的需 要。泥浆要排到场外的低洼地带，或提前准备排土坑。

3.6 人工修土 水力排土不能排到设计基坑低，要保留一部分的土进行人工修挖。开挖过程中要严格控制挖土的标高， 一般水力排土后的坑底标高距离设计标高要大于 30cm 为宜。

4 效益分析 水力排土不像机械挖土那样，需要挖掘机进行操作，只需几套排土设备就可实现排土。因此，避免了高 额的租赁费用，而且不耗油，不污染空气，也不会产生很大的噪音。水力排土用到得是工程中常见的设备， 一套排土设备包括高压水枪头、增压泵、泥浆泵、清水泵、耐压软管等。

4.1 水力排土 水力排土可连续作业，我们假设 24 小时不停排土，可安排 3 班倒，每班 2 个人，根据下表给 1 给出的 山东省工程价目表可进行计算。 表 1 水力排土设备价目表

单位：元

使用机械

台班

单价

泥浆泵

1

276.55

增压泵

1

177.45

清水泵

1

88.71

耐压管

2000m

2200

其他

100

根据以上查定额的数据计算结果如下： 一套水力排土设备共耗电为 8×1×1.2×(11+5.5+5.5)=211.2 千瓦/台班， 一天的耗电量为 211.2×3=633.6 千瓦。 每天所需的工日为：2×3=6 工日 则人工费：6×56=336 元 机械费： （276.55+177.45+88.71+50）×3=1928.13 元 - 24 http://www.ivypub.org/ae

总计：336+1928.13=2264.13 元 材料费：高压水管总需要 2200 元 每套水力排土设备按每天排土 600m3 来算，根据施工定额的格式，算出每 10 m3 所需要的人工、机械定 额，如下： 人工：6×10÷600=0.1 工日 机械：1÷60=0.0167 每台班所需机械为：0.0167×3=0.501 费用：每套管子按每天 50 元取，那么（2264.13+50）÷600×10=38.57 元

4.2 机械开挖 如果采用机械开挖，施工的定额见下表 2。 单位：10 m3

表 2 机械开挖施工定额 人工

综合工日

材料

机械

工日

0.09

3

水

m

0.1200

履带式推土机

台班

0.023

自卸汽车

台班

0.101

洒水车

台班

0.006

履带式单斗挖掘机

台班

0.025

由上表看以看出， 每天每挖 10 m3 土需要 0.025 个单斗挖掘机， 所以， 每台班挖掘机可以挖 10÷0.025=400 m3。 根据山东省工程建筑工程价目表可查取施工的定额价，见下表 3。 表 3 施工定额价目表 项目名称

单位

挖土方 自卸车运普通土

基价

人工费

材料费

机械费

3

95.66

2.52

0.46

92.68

3

115.70

2.52

0.46

112.72

10 m

挖土方 自卸车运坚土

单位：元

10 m

因为水力排土挖土方一般适应与像粉煤灰这种软土，所以取机械定额价的时候选择挖普通土一项。 人工费：根据现行的市场情况，将人工费调为 56 元/工日，所以人工费为 0.09×56=5.04 元。 材料费：0.46 元 机械费：92.68 元 总费用：5.04+0.46+92.68=98.18 元

4.3 人工开挖 如果采用人工开挖，施工的定额见下表 4. 单位：10 m3

表 4 人工开挖施工定额 项目 名称

单位

人工

工日

人工挖土方（普通土）

人工运土方

2m 以内

2m 以外

运距 20m 以内

200m 以内每增运 20m

2.28

3.49

1.96

0.44

根据山东省工程建筑工程价目表可查取施工的定额价，见下表 5。 根据表 5，对于深基坑我们选择 2m 以外的施工定额。 - 25 http://www.ivypub.org/ae

表 5 施工定额价目表 项目名称

单位

人工挖土方 2m 以内 普通土 人工挖土方 2m 以外 普通土 人工运土方 运距 20m 以内 人工运土方 200m 以内每增运 20m

单位：元

基价

人工费

3

63.84

63.84

3

97.72

97.72

3

54.88

54.88

3

12.32

12.32

10 m 10 m 10 m 10 m

材料费

机械费

人工费：由于人工开挖全部用的都是人，所以不对人工费进行调整，按照省建筑工程价目表的规定取为 28 元。 挖土方工费为：3.49×28=97.72 元 运土方的人工费为：1.95×28=54.88 元 总费用：97.72+54.88=152.6 元

4.4 开挖方法之间对比 对于一套设备或是一台设备来说，机械开挖所需要的台班定额是最小的。因此，就单位台班来讲，采用 机械开挖是速度最快，最省工期的方法，采用水力排土法的速度一般，而采用人工的方法是最慢的。 从经济方面来说，同样挖 10 m3 的土，机械开挖所需要的费用为 98.18 元，水力排土所需要的费用为 38.57 元，人工开挖所需的费用为 152.6 元。从以上可以看出，水力排土所需的费用是最低的，机械开挖其次，人 工开挖费用最高。人工开挖一般在进行深基坑时不采用，通常用的是机械开挖。当采用水力排土法时，其成 本为机械开挖的 38.57÷98.18=39.3%，也就是说采用水力排土法可以节约 60%的资金，获得更多的经济效益。

5 结语 生产实践证明，在临海粉煤灰吹填区域，水冲法土方开挖施工方便、操作简单、有良好的经济效益。采 用水力排土的方法是经济、有效、可行的。本工程采用该方法简便有效，且成本相对其它深基坑开挖措施更 低，对类似地层的深基坑基础工程具有很好的借鉴作用。

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陈忠汉, 黄书轶, 程丽萍. 深基坑工程[M], 北京: 机械出版社, 2003: 29-38

【作者简介】 崔涛（1987-） ，男，山东即墨人，硕士研究生，市北区滨海新区管理办公室科员，负责滨海新区开发建设 前期项目推进。Email: 635112026@qq.com

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