杨鹏飞 刘凌志 钱闯
中建八局第一建设有限公司 上海市 200001
摘要： 通常情况下，对高层建筑基坑进行土方开挖，一般采用人工、机械或人工配合机械进行开挖作业[1]，项目经过多次现场实地勘察，结合以往类似工程案例与经验，针对本地市场环境、政策、周边环境及场地情况，通过内外部多方专家对工程特点分析，考虑采用水力冲挖技术，并采用泥浆船运输土方，结合BIM技术进行方案模拟和验证，提高土方开挖及运输的效率，缓解交通拥堵的压力，解决项目土方开挖及运输等过程中的难题，加快工程管道铺设施工，最大限度的减少对周边交通运行、其他在建工程的不利影响。
关键词：水冲法，BIM技术，方案模拟，土方外运
1、背景环境
本项目地处杭州市核心城区，延安路是杭州的中轴线，商业中心，人员密集。周边主要有标力大厦、银泰百货、武林广场等商业办公楼，周边居民区主要有耶稣堂弄小区、南都天水苑小区、延安新村小区、皇亲苑小区等。周边道路较为狭窄，早晚高峰车流量大，交通压力大。人流交通密集，扬尘、噪音需严格控制。
依赖车队运输，土方外运困难，外运量巨大，作业面持续紧张。旧土无法及时外运，需要进行覆盖，产生新土后需要再次进行覆盖，工效进一步降低。采取合适的外运方式，减少土方外运对周边交通、居住区等的不利影响是非常有必要的 [2]。
2、水冲法土方外运工艺原理
依据自然界水流冲刷的原理，借助水力切割的作用来完成挖土，利用泥浆携砂的原理完成运土的土方工程施工作业。离心泵自供水源抽取水后，水流由高压泵产生压力，通过水枪喷嘴射出一股密集的高压、高速柱状水流，对需要开挖的土体进行切割、粉碎，使之湿化、崩解，混合液经排水沟汇流入集浆坑内[3]，再由泥浆泵经输泥管道输送至弃土区域进行沉淀，从而完成土方工程挖、装、运、卸、填的各道施工工序。沉淀的泥土可作为场内回填用土或外运，水可重复利用[4]。
3、工程概况
项目位于杭州市下城区延安路与百井坊巷交汇处，北至体育场路。地处市中心武林商圈的核心，是杭州标志性项目，下城区两高引擎性的项目。项目总用地面积4.48万㎡，总建筑面积约39万㎡，其中地上建筑面积19.41万㎡，地下建筑面积19.56万㎡，项目规划建设6栋42-150m高的塔楼，17-22m高商业裙楼及5层地下室。本项目分为2个地块，即武林天水单元XC0105-05A地块及SC0105-05B地块。其中05A地块基坑开挖深度约为28.4~29.7m，土方量约为129万m3。05B地块土方量约为20万m3，工程总土方量约150万m3。
4、水冲法土方外运施工技术及流程
4.1施工组织
场内设置泥浆坑，利用高压水枪，将土方冲刷成泥浆，通过泥浆泵汇集至泥浆箱，设置2路泥浆管道，通过主泵往外泵送。利用体育场路下方浣纱渠敷设泥浆管道，设置架空支架进入出口池，并通过出口池进入运河。武林门游船码头段采用配重沉底法进行管道敷设，西湖文化广场桥下方栈桥段，采用浮标法敷设管道，至坝子桥段采用支架法沿运河驳坎敷设管道，管道均以法兰连接并刷绿色油漆、设置仿生绿植，以保障管道的密闭性与美观。坝子桥位置设置泥浆驳运点，设2处泊位，运输船临停即装，装满即走，其余船只通过对讲机和GPS待装调度，保证船只的衔接。
4.2工艺流程
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工艺流程图
4.3施工要点
4.3.1水冲法整体路线
水冲法土方外运路线为：施工现场→体育场路人防通道→浣纱渠→密渡桥泵站西侧浣纱渠检修口→密渡桥泵站分流渠→密渡桥泵站分流渠出口→京杭运河→临时驳运点→卸土点。
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周边关系及线路图
4.3.2施工机具选型及安装
(1)泥浆泵选型
工程土方开挖区多点开挖，多泵同时施工[5]。对各泥浆坑选用立式泥浆泵（浮筒架设），总管泥浆加压泵采用卧式泥浆泵（适合陆上安装及转运）。
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卧式泥浆泵
水泵的扬程=出入浆口垂直高差+管路损失+出口压力+安全裕量。
出浆输送规模为1500m3/h，输送距离约为3800m，综合计算泥浆泵所需扬程约为91m，选用GMZM300-250型泥浆泵。
(2)泥浆管选型
根据工程区管道布置空间要求、管道输送距离及管道安装难易、泥浆泵运行要求，确定采用DN400管进行输送。
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管道连接图（法兰连接）
(3)清水泵安装
泥浆配置通过清水泵加压后，分支管注入待挖区坑中配制泥浆。清水泵采用φ160mm将输送管与泵体连接，端部连接转换头，转换头由8路支管接头，支管采用φ110mm锦塑软管连接，最终清水由支管人工控制涌出至泥浆池。清水泵由专用电箱控制。
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清水泵转换头
4.3.3施工工艺
(1)土方转运
将场内临时弃土转运至泥浆池旁制定位置，通过采用高压水冲土拌浆，同时将场内泥浆抽排至水冲法泥浆池中，通过钢筋篦子将较大块障碍物筛分，最终由泥浆泵送管外运。
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中心出土点周围土方转运照片
(2)高压冲水拌制泥浆
工程水冲法水源取自运河水。取水管线与泥浆管线采取相同路线，河水通过高压泵及接力泵运至场内，并转为高压水冲刷原土层，将原土拌制泥浆，泥浆比重暂定1.2~1.25，能够高效出土。
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场内原土高压冲水拌制泥浆现场照片
(3)泵送上岸
泥浆泵置于液面下1m左右，时时监控，防止空转。为保证泥浆的均匀性，泥浆池内增加搅拌装置，防止因静止而产生沉淀，通过泥浆泵及输送管将船运的泥浆泵送，回填至废弃矿坑。
根据试压情况，所选泥浆泵送系统满足泵送要求，无需沿途设置增压泵。
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泵送上岸示意图
5、BIM技术模拟
6、5.1 BIM简介
7、BIM全称Building Information Modeling，建筑信息模型。在建筑工程行业、以工程建设为对象的新兴工程实施技术。该技术通过数字化手段，在计算机中建立出一个虚拟建筑，虚拟建筑会提供一个单一、完整、包含逻辑关系的建筑信息库[6]。相比较传统的工程建设方式，BIM 可以实体工程的三维化展现、数字化表达；保证各专业协同作业的统一公共数据条件；可以进行工程全生命周期管理的信息数据基础；是各分析软件的公共载体[7]。
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5.2模拟应用
模型完成后，通过BIM技术的“三维可视化”的优点，对项目进行可视化应用，解决设计意图和实际现场模型偏差的矛盾，基于BIM的4D施工进度模拟为施工进度计划的优化与编制、为现场施工进度管理、为项目建设工期的缩短等带来了帮助。
利用BIM模型，模拟项目周边环境，结合实地现场勘探，实现BIM的可视化功能，提高项目的观赏度及阅读能力，增加建筑整体的真实性及体验感。
项目定位模拟
基于BIM技术，依据图纸，创建场地，蓄水池，蓄水泵，泥浆泵，泥浆池，挖土机，PPC管道，泥浆箱等模型，铺设场地，形成完整的施工场布设置。
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项目水冲土模拟
运河段根据不同的环境要求，利用浮标法，支架法等进行管道敷设，管道法兰连接并刷绿色油漆、设置仿生绿植，真实的模拟现场布置状况。
运河段管线布置-浮标法
坝子桥位置设置泥浆驳运点，运输船临停位置，船只通过对讲机和GPS待装调度，保证船只的衔接。利用运河，实现土方外运的目的。
泥浆
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外运示意
8、效益分析
7.1工期效益
1）出土效率高，本地块传统出土的效率为2500方/天，水冲法土方外运4500方/天。杭州恒隆地块总土方量约130万m3。采用传统方法出土约需要600余天，采用水冲法出土约需要300余天。节约工期约300天。项目影响较大，早投入使用，早产生效益，对政府的税收作出贡献。
2）水冲法出土可24小时施工，提高施工效率，降低基坑风险。
3）可降低约20%成本。
7.2环境效益
1）减少施工扰民的问题；
2）减少对市政道路造成损害；
3）施工无噪音、扬尘、光等污染，达到了核心城区文明施工的要求；
4）对周边道路及运输沿线道路依赖非常小，缓解核心城区交通拥堵问题；
7.3技术优势
1）降低基坑安全风险。
2）高峰期每日减少土方车200车次，周边及沿线市政道路得到有效保护。
3）利于保护周边老旧建筑及众多周边地下管线。
9、结束语
常规的土方外运对周边道路及土方运输沿线道路会产生一定的污染，运输路线长，影响范围广，环保压力大。同时，会对周边及运输沿线居民的正常出行造成影响。由于本施工方法的创新性，结合BIM技术进行施工方案的模拟分析和可行性验证，提前发现实施过程中可能存在的问题，保障了水冲法土方外运的可靠性和工期。水冲法土方外运施工技术确保基坑安全，做到变形受控，基坑工程施工做到短平快，降低基坑的“时空效应”对基坑的安全有利。施工方便、安全、操作简单、成本低廉、缩短工期、保证质量等优点[8]。可见，在大力提倡建设环保节约型的时代背景下，水冲法土方外运施工技术具有广泛的运用前景。
参考文献
[1]朱良锋;周建军.水冲法土方开挖施工技术[J].建筑技术,2018(5).
[2]周科学.水冲法土方开挖施工技术[J].黑龙江科技信息,2017(9).
[3]梁旭辉.土方工程施工排水技术的探讨[J].企业技术开发（下半月）,2011,(7).
[4]宋培培.水冲法土方开挖施工技术应用[J].科技创新与应用,2012(7).
[5]王伟东.水冲法工艺在软土地区土方开挖工程中的应用[J].建设监理,2012(9).
[6]李建成.建筑信息模型与建设工程项目管理[J].项目管理技术,2006(1)
cts under construction.
[7]张建平.BIM技术的研究与应用[J].施工技术,2011(2).
[8] 缪志伟;王承翼;李强;泮峰.水冲法土方开挖施工技术[J].建筑技术开发,2009(10).