水下坚硬土地基开挖施工工法(改)

水下坚硬土地基开挖施工工法

1、前言

水工建筑物施工时，经常遇到水下开挖基坑或渠道。在水深且土质坚硬的“铁板砂”或低液限碱性粘土时用普通挖泥船开挖功效极低，甚至无法开挖。在松嫩平原大庆地区水下高碱性低液限粘土及齐齐哈尔地区铁板砂水下开挖过程中总结了水下坚硬土地基开挖施工工法。主要利用耙吸挖泥原理，用铲斗先翻松水下坚硬的土层，再通过挖泥装置将挖松的土挖出输送至岸上。水下开挖“铁板砂“或级配良好的砂砾石，可采用单斗挖掘机及挖泥船联合施工作业的方式，或采取改装链斗式挖泥船开挖。其原理是先对中密的铁板砂进行翻松，再用挖沙船进行开挖。当开挖水下坚硬的粘性土时，先用链斗将水下粘土挖起通过卸泥装置卸至船下集泥箱，在集泥箱内用绞刀把坚硬的土块搅碎成泥浆，再通过8吋泥浆泵将泥浆排到规划的弃渣场。即斗齿切土→链斗收集泥土→链斗输送泥浆至船上→泥浆箱收泥并搅碎→泥浆泵排放，相当于绞吸式、链斗式、普通三种挖泥船联合作业方式。

经多项工程实践证明，该技术可节约大量人力、物力，不仅提前工期、而且经济效果显著。

2、工法特点

2.1施工功效高

水位较高的坚硬地层水下土方开挖，受水深度的影响，如采用常规水下施工方法，施工效率极低，甚至无法施工。采用本工法，集水下翻松、挖出水面、水上输送于一体，开挖效率显著提高，施工费用较低。

2.2适用范围广

传统的水下挖掘施工针对不同的土质采取不同的设备，而本工法可挖掘砂性土、铁板砂、粘性土等多种特殊土质及深水条件下的各种环境，投用的设备少。

2.3操作简单，调遣费用低

针对不同的水文地质条件改制水下开挖设备，开挖施工作业操作过程简单，设备调遣量小，费用低，机动灵活。

3、适用范围

适用于深水条件下的坚硬砂砾石层、细砂层、粘土层土质及其它土层的水下开挖。

4、工艺原理

根据耙吸挖泥船的工作原理，通过对挖泥船、抽砂船、挖砂船的技术改造，改制成适应特殊较复杂水文地质条件下的水下翻松、挖出水面、水上输送于一体的水下开挖机械。

此设备可适应密实的级配良好细砾、坚硬粘土互层或其它不良地层土的水下开挖清理，具有绞吸式挖泥船、链斗式挖泥船、单斗、抽砂船的工作性能。

5、施工工艺流程及操作要点

5.1施工程序

水文地质条件调查→施工方案确定→水上开挖设备改制→施工作业区及弃渣场规划→施工区测量放样→水下土方开挖→质量检测。

5.2水文地质条件调查

开挖前进行详细的水文地质条件调查，取得开挖区域详细的水文资料和地质资料，详细了解开挖区的土层情况和施工期的河水及地下水位变化情况。

5.3施工区测量放样

开挖前选用合适的测控仪器设备，在岸边或围堰上设置好控制点，确定施工放样及控制测量方法。

5.4水下开挖设备的改制

根据工程具体情况，调查分析水下开挖区域的地层岩性，结合常用的挖泥船、抽砂船、单勾等设备的工作原理及特点，研制适合本工程条件的水下开挖施工设备改造计划，改制开挖设备。

5.5基坑水下开挖

5.5.1岸边开挖

一般江河的岸边坡经多年的维护加固，岸边的水上、水下土方开挖采用挖掘机进行开挖，首先修筑临时便道，由挖掘机分多个施工作业面同时进行开挖，水下开挖料经岸边沥水后，再用挖掘机装自卸汽车外运到监理工程师或建设单位指定弃渣场。开挖时一次开挖不到设计深度时，水深在3.0m-5.0m采用长臂挖掘机进行开挖，挖掘机进不去及水深超过5.0m的区域采用挖砂船及挖泥船进行开挖至设计底高程，边坡按水下自然稳定坡角确定，一般在1:3-1:4，最大限度地减少用挖泥船进行水下开挖的工程量。

5.5.2河道开挖

河道中部陆地设备进不去时，采取水面行走式开挖设备施工。如果遇到多年沉积的级配良好细砾铁板砂或较硬粘土时，先用翻松装置进行翻松，再用经改制的挖泥（砂）船开挖。保证水下开挖的几何尺寸及高程，是水下开挖的关键质量控制点之一。开挖前先进行开挖试验，确定开挖船的布点、开挖方向。挖砂船开挖出的渣料，直接输送到岸上，经沥水后装自卸车运送到指定的临时弃渣场。

在土方施工中，经常测量、校正平面位置、标高、边坡。待水下土方开挖完成后，用工作船统一进行基坑高程验收，对不平整的部位，用链斗进行扫平。经自检合格后报监理单位进行验收，验收合格后进行封底混凝土浇筑。采用挖沙船进行基坑开挖施工示意图5.5.2-1、5.5.2-2如下：

4.5.3级配良好密实细砾层水下翻松方法

采用自制浮船，如果有条件亦可使用承载力足够的拖船，浮船上用18m长臂挖掘机对水下铁板砂进行翻松。其施工方法是在开挖区的两岸平行于建筑物轴线对称设锚固钢丝绳的锚具，通过两岸连接的一对钢丝绳来稳定浮船，长臂挖掘机在浮船上进行水上开挖作业。固定于浮船上的两台0.4m3长臂反铲挖掘机，一台固船一台翻松，根据开挖区域可在水上对水下用采砂船开挖不了的级配良好细砾实施翻松作业。

4.5.4粘土水下开挖方法

对链斗挖沙船时行改造，在收砂前臂加设切土刀，为防止黏泥粘链斗影响效率，在链斗的背面焊接除泥齿装置进行料斗的辅助卸泥，船体下部设集泥箱，集泥箱内装有绞刀并设泥浆泵。在开挖区域的前后设锚，改型挖泥船通过钢丝绳固船并起到牵引的作用，层层开挖，直到设计深度。在水下土方开挖作业过程中，在集泥箱处设自动控制液面高度的加水装置，自动上水，实现切土刀切土，链斗挖泥，集泥箱收泥，绞刀搅拌打碎泥团，泥浆泵排泥联合作业。排泥管采用聚乙烯白塑料管，直接连至业主、监理指定的排放地。

6、材料与设备

6.1主要材料

钢丝绳、钢管、型钢、钢板、绞刀、油筒、排泥管、浮筒、锚。

6.2主要设备

机动快船、长臂挖掘机、抽砂船、泥浆泵、100-200t浮船、抽砂泵、链斗式挖沙船。

7、质量控制

质量控制主要是水下开挖平整度控制措施。当采用挖砂船开挖时，先确定最深点，然后再向其它部位扩展。根据基坑内的水面水位情况在开挖接近基底设计高程时，加大测控的量测频次，提前确定吊绳入水深度，防止超挖、欠挖。

岸边采用挖掘机进行开挖的部分，如用长臂挖掘机一次能挖至设计高程的区域或部位，根据水面高程确定长臂挖的长臂入水深度，由现场测量员进行跟踪监控，确保一次开挖至设计高程，不再用抽砂船进行开挖。

大面积水下开挖完成后，利用水下远红外观测仪进行测量，如有达不到高程的部位，再采用挖砂船进行找平，直至达到设计及规范要求。

8、安全措施

8.1现场施工作业人员须提前进行安全教育，船员持证上岗。施工作业及水上作业人员安全作业岗位证件齐全，具有安全作业许可，5级以上大风天停止水上开挖作业。