1）工艺选择
本工程水下开挖采用空气吸泥的方法进行基坑开挖，由于空气吸泥机操作简单、劳动强度低、工效高；可在渗水性大，不能排水开挖的砂砾石层中顺利取土，也可在饱和水状态下的粉细砂层、易于形成流沙的情况下代替人力开挖的特点。因此，本工程采用空气吸泥机进行水下开挖。
2）空气吸泥机工作原理
空气吸泥主要利用空气吸泥机。空气吸泥机主要设备包括空气吸泥器、吸泥管、排泥管、风管及其他配件。当空气吸泥机工作的时候，压缩空气沿进气管路进入空气吸泥器的空气箱后，通过内管壁上的小孔眼进入混合管，与管内泥水混合，形成比重小于1的汽水混合物。当送入的压缩空气充足，空气吸泥器在水面下有相当深度时，混合管中的汽水混合物在管外水头压力的作用下，顺着排泥管上升而排出坑外。与此同时，吸泥管管口处泥面被冲散形成泥浆，随汽水混合物向上流动而被吸入管内，在混合管内与压缩空气混合后排到坑外，完成空气吸泥工作。如此循环，从而完成基坑开挖。空气吸泥装置如图3-1所示。
3）空气吸泥机配套设备选型
（1）供风设备及管路。供风设备采用2台20m3/min的空气压缩机，每台设备配备一只10m3风包，从风包引出的管路引至布置在开挖平台上主供风管路中。主供风管路采用d=100mm，通过球形阀、弯头、软管等与从吸泥机上引出的供风管路相连。
（2）高压射水设备。为能将吸泥管口处的土层冲刷液化成泥浆，射水管需提供高压水。采用125D25型-4级高压泵提供高压射水，高压水泵直接从降压井里取水。
（3）排泥管路。排泥管路采用D=250mm钢管，通过法兰与空气吸泥机的排泥管相连。排泥管直接连至泥浆池，开挖时泥水混合物可直接排至泥浆池进行沉淀，经沉淀后泥土运至弃土场，由于水未被污染可直接向长江排放。
图3-1 空气吸泥装置示意图
（4）补水设备。在不断吸泥过程中需不断往基坑内补水，保持坑内水头不低于地下水位，以防止坑内翻砂。补水设备与施工时开启的两台吸泥机配套，以确保坑内水头高度。
4）水下开挖工艺流程
施工工艺流程如图3-2所示。
图3-2 施工工艺流程
（1）基坑疏干开挖及回灌。采用高压旋喷桩对地层进行加固后施作地下连续墙，开始基坑内降水施工，施作顶冠梁后，采用常规施工方法开挖至设计标高，回灌水并进行水上开挖和环梁施工。为了在土体开挖过程中达到降低下部承压含水层、防止纵向滑坡和基坑底部突涌的情况发生，开挖至-8m位置后且第三道环梁达到设计强度后，对基坑进行回灌，回灌后进行水下分层开挖，保证基坑内水位高于基坑外1m以上，水下开挖采取分层、分块进行，直至开挖至基坑底部，开挖过程中保持坑内液面不变。
（2）施工平台设计。施工平台全长30m、净宽7m，共一跨。该平台上部为单层双排上承式贝雷结构，设计有效荷载为40t。该平台分为两部分，中间空1m，两侧均为3m宽的小平台，用两个间距90cm两连体贝雷做主梁，且上下加强，贝雷上部用12号工字钢铺设，纵向间距为0.5m，工字钢上面铺设钢板，两侧台头用14号槽钢与贝雷用螺栓连接增加该平台的整体性。
每个平台的贝雷架两端各安装一道梁，梁下部两端各安装两个万向轮，如图3-3所示。沿着地连墙外侧安装可供万向轮行走的铁轨，铁轨总长为90.06m。在直径为34.2m的外圆上安装插拔式钢管护栏。由于在转动平台时需要装载机和挖掘机互相配合，故需要安装可拆卸护栏。护栏间距每2m一道，高度1.2m。在顶冠梁施工时沿顶冠梁外边预埋φ20圆钢制作的“？”形状钢筋，埋入顶冠梁不小于15cm，为以后水下开挖时平台上的旋喷桩机作揽风绳的拉结点。
（3）射水、搅拌。本工序利用20MPa的高压水流旋转切割原状土。为了更好地让原状土转换成泥浆，在原旋喷机具喷头上方增加三翼钻头，随旋喷机具旋转搅拌原状土，能更好地使较硬土块变成泥浆，如图3-4所示。
图3-3 施工平台示意及实物图
图3-4 施工示意图
三翼钻头如图3-5所示。
①施工步骤如下：
（a）旋喷设备就位。
（b）低压旋喷下放喷头至地表下30cm。
（c）启动高压水泵及空压机，使喷头及三翼钻头边旋转边下沉，速度为25～35cm/min。
图3-5 三翼钻头
（d）切割搅拌下沉2.0m时，停留切割搅拌1min，然后边提升边搅拌至顶面，提升速度为50～60cm/min（每次以2.0m高度为一个往返工作）。
（e）用ZJQ200-55-75型（流量为200m3/h、扬程为55m、功率为75kW、转速为980r/min）潜水渣浆泵吸出泥浆，将泥浆排出基坑外专用沉淀池，沉淀干燥后装车外运。渣浆泵固定在旋喷机具的一侧，加焊一个钢架，挂上滑轮，利用旋喷机具上副卷扬机起吊（下放）渣浆泵。
（f）旋喷机具吸泥施工时，要加强清土效果的量测，保证整个设备匀速向下清土。
（g）为了保证无附着残留土体，利用高压旋喷机具所产生的高压水流冲刷地连墙边壁，使地连墙边壁附着残留土体剥落，然后由潜水渣浆泵排出泥浆。
②主要施工参数见表3-1，主要设备情况见表3-2。
表3-1 主要施工参数
表3-2 主要设备
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（4）水下空气吸泥。水下空气吸泥主要通过潜水渣浆泵进行吸泥操作。ZJQ型潜水渣浆泵为水泵与电机同轴一体，工作时通过电机轴带动水泵叶轮旋转将能量传递给浆体介质，使之产生一定的流速，带动固体物流动，实现浆体的输送。其主要特点如下：
整机为干式电机下泵式结构。电机采用机械密封保护，能有效地防止高压水和杂质进入电机内腔。除主叶轮外，还设有搅拌叶轮，能将沉淀于水底的淤渣搅拌成湍流后抽取出来。叶轮、搅拌叶轮等主要过流部件采用高耐磨材质制造，耐磨损、耐腐蚀、无堵塞、排污能力强，能有效地通过较大的固体颗粒；不受吸程限制，吸渣效率高，清淤更彻底；无需配备辅助真空泵，投资更低廉；无需配备辅助搅拌或喷击装置，操作更简便。电机潜入水下，无需建设复杂的地面保护和固定装置，管理更便易。搅拌叶轮直接接触沉积面，通过下潜深度控制浓度，因而浓度控制更自如。设备直接潜入水下工作，无噪声及振动，现场更整洁。
当吊车、空气吸泥机及风管、水管等安装布置完毕且空气压缩机、风包等各机械设备调试正常后，开始向坑内回灌水至+7.0～+7.5m处，配合机械搅拌，开始启动潜水渣浆泵进行吸泥操作。根据现场实际情况决定是否开启高压水泵连接吸泥机供水管进行冲泥。
空气吸泥时各设备平面布置如图3-6所示。
①吸泥分区。吸泥按照先中后边、分层对称的原则进行，每层按照1m进行分层吸泥。将整个基坑划分为两个区域，吸泥机1在Ⅰ区进行移动，吸泥机2在Ⅱ区进行移动。吸泥时，两台吸泥机始终保持对称布置（图3-7）。
②吸泥操作要点：
（a）按要求安装好高压水泵、低压取水泵、空气吸泥机、坑内及坑外的高压进水管、进气管和排泥管等。
（b）机械设备安装后进行调试，确保每台设备运转正常。
图3-6 设备平面布置图
图3-7 吸泥分区示意图
（c）吸泥时应按照吸泥分区示意图所示要求进行对称开挖，每层开挖深度不超过1m。
（d）到达设计高程前应控制吸泥机头，宜平吸平扫，防止超吸而超深。
（e）吸泥机头应勤运动，平扫坑底，保证出泥率，防止吸清水。
（f）吸泥过程中，严格控制坑内水位不低于地下水位。
（5）泥浆处理。从吸泥管排出的泥浆先进入泥浆池进行初次沉淀，沉渣通过挖机从泥浆池挖出外运。然后用污水泵将泥浆池的水排入弃土场上的三级沉淀池，经三次沉淀后泥水分离，泥渣被挖机挖放于弃土场，水直接排入长江。
（6）基底处理。当开挖至设计标高后，对基底进行处理，将基底泥渣处理干净，否则在灌注水下混凝土时泥渣在混凝土中形成夹层，影响混凝土质量。
（7）剪力槽清理。潜水员下潜至剪力槽位置，在水底用风镐将三道剪力槽处的刨花板及混凝土凿除。
（8）刷壁效果检查。
①抽水检查。完成刷壁后，将液面下降2～3m，然后检查露出的坑壁，如若坑壁上干净没有泥皮附着，则可推断整个坑内刷壁效果良好，如果坑壁不干净，可重新刷壁，直至坑壁干净为止。
②可视探头检查。刷壁结束后，将基坑内的泥浆全部用清水置换出来，使得基坑内水体基本澄清，然后将可视探头固定在旋喷施工机具上，由上而下，沿坑壁缓慢转动，在显示屏上可清晰看到坑壁情况。可视探头在水清澈的条件下可视距离在0.5～1.5m。在水浑浊条件下，厂家可根据施工要求调整探头焦距，满足施工要求，如图3-8所示。
图3-8 可视探头
5）水下开挖质量保证措施
（1）原材料管理措施：所有工程材料应事先进行检查，严格把好原材料进场关，不合格材料不准验收，保证使用的材料全部符合工程质量的要求。每项材料到工地应有出厂检验单，同时在现场进行抽查，来历不明的材料不用，过期变质的材料不用，消除外来因素对工程质量的影响。
（2）加强施工技术管理，严格执行以总工程师为首的技术责任制，使施工管理标准化、规范化、程序化。认真熟悉施工图纸，深入领会设计意图，严格按照设计文件和图纸施工，吃透设计文件和施工规范、验标，施工人员严格掌握施工标准、质量检查和验收标准及工艺要求，并及时进行技术交底，在施工期间技术人员要跟班作业，发现问题及时解决。
（3）严格执行工程监理制度，施工队自检、经理部复检、合格后及时通知监理工程师检查签认，隐蔽工程必须经监理工程师签认后方能隐蔽。
（4）经理部、作业队设专职质检工程师、班组设兼职质检员，保证施工作业始终在质检人员的严格监督下进行。质检工程师有质量否决权，发现违背施工程序、不按设计图、规范及技术交底施工，使用材料半成品及设备不符合质量要求者，有权制止，必要时下停工令，限期整改并有权进行处罚，杜绝不合格成品。
（5）制定施工计划的同时，编制详细的质量保证措施，没有质量保证措施不许开工。质量保证体系和措施不完善或没有落实的应停工整顿，达到要求后再继续施工。
（6）建立质量奖罚制度，明确奖罚标准，做到奖罚分明，杜绝质量事故发生。
（7）严格施工纪律，把好工序质量关，上道工序不合格不能进行下道工序的施工，否则质量问题由下道工序的班组负责。对工艺流程的每一步工作内容要认真进行检查，使施工规范化。
（8）制定工程创优规划，明确工程创优目标，层层落实创优措施，责任到人。
（9）坚持三级测量复核制，各测量桩点要认真保护，施工中可能损毁的重要桩点要设好护桩，施工测量放线要反复校核。认真进行交接班，确保中线、水平及结构物尺寸位置正确。
（10）施工所用的各种计量仪器设备定期进行检查和标定，确保计量检测仪器设备的精度和准确度，严格计量施工。
（11）做好质量记录：质量记录与质量活动同步进行，内容要客观、具体、完整、真实、有效，字迹清晰，具有可追溯性，各方签字齐全。由施工技术、质检、测试人员或施工负责人按时收集记录并保存，确保本工程全过程记录齐全。
（12）加强量测和监测、施工开挖过程中，用测斜仪对施工围护结构和基坑周边建筑物的位移进行动态监测、沉降监测，开挖基坑前和开挖后定时对基底进行水位监测和地基沉降监测，并做监测记录。收集信息，反馈指导施工，保证地下施工安全。
（13）混凝土拌合、运输、入模、捣固、养生必须按规范要求施工。模板支撑牢固，内面平整光滑，尺寸符合设计，中线水平准确。混凝土捣固密实，做到外光内实，成型美观。灌筑混凝土时按规定频率取样制作试块，养生后送试验室检验。
（14）坚持文明施工，创造良好的施工环境，为优质、安全、高效创造良好的施工条件。做到道路平整、排水通畅、机械车辆停存和材料堆放有序。
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