本发明涉及水利水电工程大坝坝基施工技术领域，尤其属于大坝基坑开挖施工技术领域，特别涉及一种基坑大面积松软土层的开挖方法。
背景技术：
近年来，我国大型水电工程的建设主要集中在西部高山峡谷地区，受复杂地形和地质条件限制，坝址选择常面临着诸多困难。在河流上修建大坝时枢纽建筑物易遇到河床存在大面积松软土层的情况，如深厚粉土质砂土层或纯砂土层，粉土质砂和纯砂均属可液化砂土，自然状态下的物理力学性质较差，表现为强度低、压缩性高及透水性差等，这类地基往往不能满足建筑物对强度和变形的要求，因此必须进行基础处理。
粉土质砂具有细颗粒含量高、结构微密、透水性弱及承载力低等特点，施工中无法自行排水固结，粉土细颗粒在有水的环境下极易液化，在动水作用下极易被水流带走而产生侵蚀、管涌、渗流冲刷甚至塌陷，导致边坡失稳，同时粉土质砂在饱和状态下呈流态，自稳定性极差，施工机械进入粉土质砂易出现陷车，导致机械设备无法通行。
纯砂具有含水量大、透水性差和承载力低等特点，在渗水作用下呈流动状态，在大坝基坑开挖施工时，易出现施工道路布置难、排水难、开挖难及机械效率低下等问题。
鉴于粉土质砂和纯砂的特殊物理特性，施工中会出现较多的不确定性安全因素，在建造大坝时必须挖除，以避免上述不利因素对坝基施工造成影响。
目前国内尚未见大面积基坑松软土层，特别是大面积深厚粉土质砂或纯砂开挖施工先例，研究基坑大面积松软土层开挖，特别是大坝粉土质砂或纯砂地基的安全快速开挖问题已成为特殊地基条件下筑坝的关键性技术问题。
技术实现要素：
本发明提供了一种基坑大面积松软土层的开挖方法。本发明适用于基坑大面积软弱地基及不均匀地基，特别是大面积深厚粉土质砂及纯砂的开挖，可提高坝基开挖施工效率，保证坝基开挖施工质量和施工安全性。
本发明所采用的技术方案是：根据基坑大面积松软土层的总开挖厚度，将土层进行分层，采用铺填法、倒退法和滤水法相组合的方式进行自上而下逐层开挖。
为了实现本发明的目的，拟采用以下技术思路，基坑大面积松软土层开挖是将拟开挖的松软土层、如粉土质砂或纯砂进行分层，开挖前采用换填料对第一层的自然露出面进行铺筑，以提高土层的承载力、减小变形，同时形成施工机械行走道路；第一层铺筑完成后，将铺筑料连同首层一并挖除；第一层开挖完成后继续对露出的下层松软土层进行换填料铺筑，铺筑好换填料后开挖至再下层，即换填料随着开挖施工自上而下逐层铺筑和开挖，每一层粉土质砂或纯砂的开挖顺序均为：先铺筑，后开挖铺筑料与松软土层。
具体技术方案如下：
一种基坑大面积松软土层的开挖方法，其特征在于：将基坑大面积松软土层按总开挖厚度进行分层，自上而下逐层开挖，第一层开挖前在松软土层上铺筑换填料，向下开挖至相邻下层表面，然后在相邻下层表面铺筑换填料，继续开挖相邻下层，循环至全部土层开挖完成。
所述松软土层是粉土质砂层或纯砂层。
所述粉土质层砂换填料是石碴，铺筑换填厚度为0.5～1.0m。
所述纯砂层换填料是砂卵石，铺筑换填厚度为0.2～0.5m。
所述换填料的作用是改善松软土层的承载力及稳定性，换填料过厚不利于保证施工效率，换填料过薄则换填作用不显著，经计算并综合施工具体情况，取换填料厚度不大于1.0m。
所述松软土层每层开挖厚度是：粉土质砂层1.0～3.0m，纯砂层2.0～2.5m。
所述粉土质砂层在排水困难层开挖厚度是1.0～1.5m。
所述松软土层在水头和动荷载作用下，易液化发生管涌，鉴于不同土体的自稳定性和分层开挖要求不同，为了保证土体稳定，对于排水困难土体，可适当减小每层开挖厚度，应不大于2m；对于自稳定性稍好的土体，每层开挖厚度应不大于3m。
所述在进行纯砂层开挖时，当露出的纯砂层含水量大时，在露出区域内开挖排水沟，形成自然排水，待自然滤水重复各层纯砂层开挖。
每层开挖前，采用装载机或推土机摊铺、推土机对换填料进行碾压密实。
所述开挖采用反铲挖掘机开挖取土装渣，自卸汽车运土出渣。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
1、采用分层开挖法进行粉土质砂或纯砂开挖，有效提高了大坝坝基深厚粉土质砂和纯砂的开挖效率，保证了施工的安全性，降低了施工成本。
2、采用自上而下逐层开挖并换填的施工方法，降低了粉土质砂的液化机率，提高了施工机械的效率。
3、采用换填法、倒退法和滤水法相组合的施工方式，保证了施工的有序性和安全性，施工效率高。
附图说明
图1是本发明的粉土质砂分层开挖示意图；
图2是本发明的纯砂分层开挖示意图；
图3是本发明的纯砂分层开挖机械布置示例图。
图中：1-粉土质砂或纯砂层，2-换填石碴或砂卵石层，3-自卸汽车，4-反铲挖掘机，5-机械出渣行驶方向。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。
实施例1：
参见图1，一种大面积深厚粉土质砂开挖方法，包括粉土质砂层1和换填石碴层2。
大面积深厚粉土质砂在开挖前，根据粉土质砂的总开挖厚度，将粉土质砂分为10层，逐层进行开挖，每层开挖厚度为2.5～3.0m，本例取2.5m。
粉土质砂在开挖前，采用换填料对每层粉土质砂进行铺筑，以形成施工机械行走通道。
粉土质砂换填料是采用级配良好的石碴，每层粉土质砂的换填厚度为0.5～1.0m，宽度为5～8m。
粉土质砂换填料铺筑，是采用反铲将石碴装入自卸汽车运输至粉土质砂开挖处进行铺筑和换填。
粉土质砂开挖，是在第一层粉土质砂开挖前，在粉土质砂出露区域铺筑一层厚度为1.0m的石碴，铺筑完成后采用装载机或推土机摊铺、推土机进行碾压密实。
粉土质砂开挖，是在第一层粉土质砂完成石碴铺筑后，将反铲挖掘机4布置到粉土质砂开挖部位，采用小吨位自卸汽车3后退法行走至粉土质砂开挖处，反铲挖掘机边开挖边利用大角度旋转进行装车出渣。
粉土质砂开挖，是先进行小面积粉土质砂开挖，再进行大面积开挖。
参见图3，大面积深厚粉土质砂开挖方法，原则上反铲比自卸汽车高一级台阶或平齐进行开挖施工，以便于反铲开挖。
粉土质砂在开挖过程中，对于排水困难的粉土质砂区域，可减少每层开挖厚度至1.0～1.5m。
粉土质砂开挖方法，每层粉土质砂开挖均采用反铲挖掘机边开挖边后退的方法，并尽量扩大反铲的开挖范围，直至全部开挖完成。
实施例2：
参见图2，大面积深厚纯砂开挖方法，包括纯砂层1和换填砂卵石层2。
大面积深厚纯砂在开挖前，根据纯砂的总开挖厚度，将纯砂分为5～10层，逐层进行开挖，每层开挖厚度为2.0～2.5m，本例取2.5m。
纯砂开挖，由于纯砂承载力小，施工机械设备进入纯砂区域存在下陷、无法通行的情况，在施工前应根据基坑中纯砂出露面积的大小，对主要由纯砂构成的路面进行铺筑并换填后再开挖。
纯砂换填料是从砂卵石、基坑开挖料砂砾石或爆破碴料中选取。
纯砂在每层开挖前，采用砂卵石在纯砂出露区域铺筑2～4条、厚度0.2～0.5m和宽度8～10m的施工道路，以行走设备。
纯砂开挖方法，是在第一层纯砂开挖前，在纯砂出露区域内铺筑一层厚度为0.5m的砂卵石，对其它层进行开挖后换填砂卵石。
纯砂开挖方法，是在砂卵石铺筑完成后采用装载机或推土机摊铺、推土机进行碾压密实。
纯砂层开挖方法，是在第一层砂卵石铺筑完成后，将反铲挖掘机4布置到第一层纯砂开挖部位，采用小吨位自卸汽车3后退法行走至纯砂开挖处，反铲挖掘机边开挖边利用大角度旋转进行装车出渣。
纯砂开挖方法，对于出露范围较大的纯砂，采用铺筑一层砂卵石的方式进行第一层大面积铺筑，存在工程量大和施工成本高等问题，可采用放射状铺筑砂卵石的方式，即仅对施工道路所在范围进行铺筑。
纯砂开挖方法，对于开挖强度高(2万m3/天)、车流量大、基坑道路坡比大(大于9％)及施工区域雨季较长的情况，可采用干拌混凝土或建筑用红砖对每层纯砂进行铺填，效果更好。
对于基坑大面积上出露范围有限且成块状分布的纯砂层，采用预留法进行开挖，即预留纯砂所在部位，优先开挖周围条件较好的部位，以降低周围大面积纯砂的高度，以利于纯砂自行排出一部分含水。
当出露的纯砂层含水量较大时，可在出露区域内开挖排水沟，形成自然排水条件，待自然滤水一段时间后随大面积纯砂一同开挖，以减少砂卵石换填铺筑工程量。
当出露的纯砂层无水或含水量较少且出露面积不大时，直接对纯砂层进行开挖。
大面积深厚纯砂开挖方法，每层均按照上述方法逐层开挖，直至全部开挖完成。开挖第二层、第三层至最后一层纯砂时，将铺筑的砂卵石连同下部纯砂一并挖除。
参见图3，开挖方法中，反铲比自卸汽车高一级台阶或平齐进行开挖施工，以便于反铲开挖。