深基坑開(kāi)挖與支護(hù)施工技術(shù)研究

摘 要：為著力提高工民建施工水平，減少深基坑施工問(wèn)題，相關(guān)人員需將深基坑施工作為重點(diǎn)，關(guān)注深基坑現(xiàn)場(chǎng)條件，選擇最佳的開(kāi)挖與支護(hù)技術(shù)，提高深基坑結(jié)構(gòu)性能?；诖耍胤治龉っ窠ㄖ械纳罨娱_(kāi)挖與支護(hù)技術(shù)的類型及要點(diǎn)，以期為同類型項(xiàng)目提供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：工業(yè)與民用建筑；深基坑開(kāi)挖；支護(hù)技術(shù)

中圖分類號(hào)：TU473? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2023）12-0032-03

0 引言

深基坑施工是許多高層、大體積建筑的施工重點(diǎn)，一旦深基坑開(kāi)挖與支護(hù)存在問(wèn)題，后續(xù)施工中的安全風(fēng)險(xiǎn)大，易發(fā)生事故。因此，要注重深基坑開(kāi)挖與支護(hù)。每一工程的基坑條件有所不同，相關(guān)人員需考慮這些特殊性，優(yōu)化深基坑開(kāi)挖與支護(hù)的施工技術(shù)體系。

深度超過(guò)5 m的建筑基坑要執(zhí)行深基坑防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。此類深基坑的深度較大、要求較高，開(kāi)挖與支護(hù)過(guò)程中經(jīng)常面臨一系列安全隱患。相關(guān)人員在施工之前，需進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)了解深基坑現(xiàn)場(chǎng)的土質(zhì)、水文等基本情況，制定基坑開(kāi)挖與防護(hù)方案。

1 深基坑施工的特點(diǎn)

1.1 施工難度較大

深基坑工程施工中面臨各種問(wèn)題，如環(huán)境問(wèn)題、技術(shù)難題等，這些都是需關(guān)注的重點(diǎn)方面。工民建項(xiàng)目中面臨的地理?xiàng)l件較為復(fù)雜和多變，這是施工中需尤其關(guān)注的方面[1]。深基坑施工期間，現(xiàn)場(chǎng)可能面臨不良地質(zhì)，比如軟土條件的土層含水量較高，在這樣的環(huán)境下施工必須提前進(jìn)行降水和排水工作，并且應(yīng)加固土體。

1.2 安全風(fēng)險(xiǎn)大

深基坑施工期間面臨諸多的安全風(fēng)險(xiǎn)，這些風(fēng)險(xiǎn)來(lái)自于設(shè)備、環(huán)境、人員等方面。無(wú)論在工民建深基坑施工期間采用何種技術(shù)，有關(guān)人員都需要提前辨識(shí)風(fēng)險(xiǎn)，確定風(fēng)險(xiǎn)類型、出現(xiàn)環(huán)節(jié)、影響程度，制定最佳的風(fēng)險(xiǎn)防控措施。

2 工民建中的基坑開(kāi)挖技術(shù)

2.1 放坡施工法

深基坑施工期間，放坡挖土為直接分層放坡開(kāi)挖方式，其施工作業(yè)空間大，施工效率高，耗時(shí)短。如工民建深基坑施工為無(wú)支護(hù)的土方開(kāi)挖，可選擇此方式，該方式一般無(wú)法用于城市建筑中。當(dāng)基坑深度在5～20 m，周圍環(huán)境條件符合要求時(shí)，施工人員需進(jìn)行一系列的分析與計(jì)算，規(guī)范操作，以確保土坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

基坑工程中放坡開(kāi)挖應(yīng)注意以下要點(diǎn)：①如現(xiàn)場(chǎng)條件符合要求，且經(jīng)由專業(yè)人員的計(jì)算與檢驗(yàn)后確認(rèn)邊坡相對(duì)穩(wěn)定，可選擇放坡開(kāi)挖技術(shù)。多級(jí)放坡的工況下施工人員需驗(yàn)算各級(jí)邊坡的穩(wěn)定性。如坡腳附近有局部坑內(nèi)深坑，需按深坑深度為參考檢驗(yàn)與計(jì)算邊坡的穩(wěn)定性。②施工前安排專人進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)展開(kāi)調(diào)研，了解地質(zhì)、水文等基本情況，得到土層性質(zhì)、開(kāi)挖深度、荷載等基本數(shù)據(jù)，據(jù)此計(jì)算坡體坡度、放坡平臺(tái)寬度?；庸こ虨槎嗉?jí)放坡開(kāi)挖情況時(shí)，坡間放坡平臺(tái)寬度需達(dá)3 m以上[2]。③無(wú)隔水帷幕放坡開(kāi)挖基坑采用降水措施時(shí)，需在單級(jí)放坡基坑的坡頂布設(shè)降水系統(tǒng)。④坡體表面應(yīng)以基坑開(kāi)挖深度、基坑暴露時(shí)間、土質(zhì)情況等為參考，確定最佳的護(hù)坡方式。

2.2 中心島式挖土法

中心島式挖土方式多用在大型基坑中。開(kāi)挖作業(yè)期間以中心作為支點(diǎn)，向四周開(kāi)挖土方，利用中心島作為支點(diǎn)架設(shè)支護(hù)結(jié)構(gòu)，以提高開(kāi)挖施工的安全性。

支護(hù)結(jié)構(gòu)有角撐、環(huán)梁式、邊桁架式3種，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)可將中間土墩作為支點(diǎn)搭設(shè)棧橋，挖掘機(jī)經(jīng)棧橋下到基坑進(jìn)行挖土，運(yùn)土的汽車也能經(jīng)棧橋運(yùn)土。在現(xiàn)場(chǎng)如能規(guī)范利用中心島式挖土法，可確保挖土及運(yùn)土的速率相對(duì)較高。但此方式下也存在一定的缺點(diǎn)，挖除基坑四周的土體，支護(hù)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)時(shí)間承擔(dān)荷載，軟黏土的時(shí)間效應(yīng)顯著，如時(shí)間持續(xù)延長(zhǎng)，支護(hù)結(jié)構(gòu)可能存在或大或小的變形，不利于保障基坑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。如果基坑深度大、地下水位高，開(kāi)挖土體處于地下水位以下，有關(guān)人員需盡早采取降水措施。

2.3 盆式挖土法

盆式挖土法即為先開(kāi)挖基坑中間的土方，周圍四邊預(yù)留土坡，最后再挖除。利用盆式挖土法開(kāi)挖深基坑時(shí)，周邊土體對(duì)圍護(hù)墻產(chǎn)生了一定的支撐作用，能最大程度上減小圍護(hù)墻的變形。但開(kāi)挖期間產(chǎn)生的土方較多，運(yùn)送不便。對(duì)有支護(hù)的土方開(kāi)挖、基坑面積較大、支撐，或者拉錨作業(yè)困難、不具備放坡條件時(shí)，優(yōu)先采用盆式挖土法。

3 工民建中深基坑支護(hù)技術(shù)

3.1 土方支護(hù)

伴隨著深基坑開(kāi)挖作業(yè)，對(duì)土體的擾動(dòng)較大，為降低結(jié)構(gòu)失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，相關(guān)人員需合理應(yīng)用土方支護(hù)技術(shù)，以增強(qiáng)土方的穩(wěn)定性、安全性，最大程度上避免土方有坍塌、滑動(dòng)現(xiàn)象。施工中需結(jié)合實(shí)際情況來(lái)選擇支護(hù)形式，比較常用的支護(hù)形式有以下5種。

3.1.1 土體抗力支護(hù)

土方支護(hù)作業(yè)中，可利用土體自身的抗力來(lái)進(jìn)行支護(hù)。因?yàn)橥馏w抗力的支護(hù)能力有限，主要用在淺基坑施工條件下。如現(xiàn)場(chǎng)土體情況良好，坑壁傾斜度較小，施工期間可增加土體的摩擦阻力、內(nèi)聚力、抗剪強(qiáng)度，保持土體的自穩(wěn)。即使不施加外力，土體也能保持相對(duì)的穩(wěn)定性，不會(huì)出現(xiàn)明顯的坍塌或者滑移。

與其他類型的土體支護(hù)方式相比，土體抗力支護(hù)的成本較低，整個(gè)施工過(guò)程簡(jiǎn)單，施工污染小，在管道溝槽、小型工業(yè)場(chǎng)地的基坑施工中效果較為理想。如基坑深度較大，且土質(zhì)相對(duì)疏松，坑壁傾斜度較大，僅依賴土體自身抗力無(wú)法形成穩(wěn)定的支護(hù)結(jié)構(gòu)，就需要采取其他的土體支護(hù)方式。

3.1.2 邊坡支護(hù)

邊坡支護(hù)為土方支護(hù)中的關(guān)鍵技術(shù)，能有效支護(hù)、保護(hù)基坑邊坡。為提高邊坡支護(hù)的施工效果，有關(guān)人員需了解基坑周圍的土體性質(zhì)、坡度及深度、周邊建筑物的分布及類型，選擇最優(yōu)的支護(hù)結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)階段的邊坡支護(hù)方面主要有混凝土護(hù)坡、加筋土護(hù)坡、鋼筋網(wǎng)護(hù)坡、巖石錨桿護(hù)坡等，每種支護(hù)方式都有各自的特點(diǎn)，施工期間應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況來(lái)選擇。一般來(lái)說(shuō)，混凝土護(hù)坡的應(yīng)用范圍廣，此技術(shù)的施工流程簡(jiǎn)單，形成的支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，大部分土壤及邊坡均可利用該方法。加筋土護(hù)坡時(shí)需使用纖維、網(wǎng)格、鋼筋等材料，以增強(qiáng)土體的抗剪強(qiáng)度，達(dá)到支撐效果。鋼筋網(wǎng)護(hù)坡施工時(shí)，有關(guān)人員需在邊坡表面鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，將其與基坑中的混凝土墻相固定，以預(yù)防土體滑動(dòng)、坍塌。巖石錨桿護(hù)坡下需在邊坡結(jié)構(gòu)中打入巖石錨桿，將其與鋼筋網(wǎng)、混凝土墻等支護(hù)結(jié)構(gòu)相固定，從而保持邊坡的穩(wěn)定性、抗震性[3]。邊坡支護(hù)時(shí)相關(guān)人員需關(guān)注邊坡土體的類型及特點(diǎn)，合理選擇支護(hù)方式，并做好監(jiān)測(cè)工作，在有異常的情況下及時(shí)處理。

3.1.3 土釘支護(hù)

土方支護(hù)方面土釘支護(hù)的應(yīng)用較多，不僅具有經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)，也具有技術(shù)性優(yōu)勢(shì)。在淺基坑或者土質(zhì)較差的情況下可采用土釘支護(hù)技術(shù)。土釘支護(hù)具有成本低、效率高、施工便捷的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)鋼筋混凝土構(gòu)件與土體之間的力學(xué)連接可形成整體結(jié)構(gòu)，降低土體失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。

深基坑作業(yè)中如采用土釘支護(hù)技術(shù)，施工人員需做好土釘?shù)倪x型，參考土體性質(zhì)、基坑深度、支撐時(shí)間等。考慮到土釘支護(hù)的技術(shù)原理，鋼筋混凝土構(gòu)件的性能對(duì)支護(hù)效果存在直接影響，主要可利用玻纖土釘、碳纖維土釘?shù)取Ｍ玲斨ёo(hù)作業(yè)中有關(guān)人員也需從現(xiàn)場(chǎng)情況出發(fā)優(yōu)化施工方案，如基坑相對(duì)較小可直接利用手工挖孔、手工鉆孔等傳統(tǒng)方式，大型基坑則需采用機(jī)械化作業(yè)方式，如機(jī)械鉆孔、土釘射釘?shù)取?/p>

3.1.4 土壤釘支護(hù)

深基坑支護(hù)施工中土壤釘支護(hù)也較為常用。在整個(gè)支護(hù)體系中，釘子能將鋼筋或纖維增強(qiáng)材料固定于土體中，構(gòu)成整體性結(jié)構(gòu)，使土體具有一定的抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度。應(yīng)合理選用釘子，注意釘子的數(shù)量、長(zhǎng)度，以確保所選用的釘子符合基坑深度、土體性質(zhì)、結(jié)構(gòu)支護(hù)需求。在埋設(shè)釘子時(shí)，應(yīng)保持埋設(shè)深度的合理性，且需要控制相鄰釘子的間距，以避免釘子分布不均影響支護(hù)效果。為實(shí)現(xiàn)釘子與土體之間的固結(jié)，一般直接使用混凝土或者噴射混凝土。

因?yàn)榛炷恋男阅芴厥?，能填充釘孔，并連接釘子，增強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)的完整性。噴射混凝土的加固方式較為常用，能構(gòu)成穩(wěn)固的支護(hù)結(jié)構(gòu)。在噴射混凝土期間應(yīng)由專業(yè)人員來(lái)負(fù)責(zé)，這些人員需注意混凝土的坍落度與噴射壓力，保持噴射的均勻性、全面性，使混凝土完全覆蓋于支護(hù)結(jié)構(gòu)。但結(jié)合工民建深基坑中的土壤釘支護(hù)情況，此方式也存在一定的不足，其對(duì)土壤釘?shù)臄?shù)量、長(zhǎng)度有限制，如深基坑深度異常大，需布設(shè)更多的土壤釘，施工難度大且成本較高[4]。釘子與土壤之間的結(jié)合效果與溫度、濕度等環(huán)境因素存在直接關(guān)系，為此施工期間應(yīng)安排專人監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)。

3.1.5 樁墻支護(hù)

工民建項(xiàng)目對(duì)深基坑支護(hù)的高要求，在一些情況下可選擇樁墻支護(hù)技術(shù)，特別是在基坑深度較大、土質(zhì)較差的情況下，樁墻支護(hù)的效果理想。樁墻支護(hù)是將鋼筋混凝土樁或混凝土樁直接打入打下，使其與周圍土體相結(jié)合構(gòu)成連續(xù)的支撐墻，利用該墻體來(lái)保持周邊土體的穩(wěn)定性。

與其他土體支護(hù)技術(shù)相比，樁墻支護(hù)的支撐力大、剛度高，構(gòu)成的支護(hù)結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定，能預(yù)防基坑周邊土體的沉降。如施工現(xiàn)場(chǎng)采用樁墻支護(hù)技術(shù)，施工人員在設(shè)置鋼筋混凝土樁、混凝土樁時(shí)應(yīng)關(guān)注數(shù)量，并保持這些樁體的質(zhì)量，合理填充土壤或者混凝土材料?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中有關(guān)人員需綜合土質(zhì)、水文等特點(diǎn)，選擇恰當(dāng)?shù)臉秹Y(jié)構(gòu)。

3.2 結(jié)構(gòu)支護(hù)

3.2.1 鋼支撐

利用鋼支撐可增強(qiáng)深基坑的穩(wěn)定性，其支撐原理為鋼材的強(qiáng)度與剛度優(yōu)勢(shì)，使用鋼材可支撐周邊土體。在實(shí)際施工中采用鋼支撐結(jié)構(gòu)，整個(gè)安裝過(guò)程簡(jiǎn)單、工作量小，且成本相對(duì)較低。當(dāng)然，鋼支撐還具有其他優(yōu)點(diǎn)，如鋼材的可塑性和可變形性決定了其能在較大的變形范圍內(nèi)起到支撐作用，具有較強(qiáng)的適用性，在許多深基坑中均可利用這一技術(shù)。如要達(dá)到支撐目標(biāo)，有關(guān)人員還需要進(jìn)行局部加固或移動(dòng)處理，以應(yīng)對(duì)基坑開(kāi)挖期間的結(jié)構(gòu)變化。

3.2.2 混凝土墻

深基坑中可采用混凝土墻能加固結(jié)構(gòu)應(yīng)對(duì)變形。施工期間，有關(guān)人員需在基坑周邊設(shè)置混凝土墻板或者墻壁，用這些結(jié)構(gòu)支撐周圍的土體。與其他支護(hù)方式相比較，混凝土墻支護(hù)結(jié)構(gòu)能同時(shí)承受水平與豎向的荷載作用，所形成的支護(hù)結(jié)構(gòu)性能優(yōu)越?；炷翂Φ慕Y(jié)構(gòu)及材料都決定了其良好的穩(wěn)定性，可給深基坑提供更大的支撐力，最大程度上降低施工風(fēng)險(xiǎn)。不過(guò)，混凝土墻支護(hù)時(shí)的成本較高，在現(xiàn)場(chǎng)不僅需搭設(shè)模板，還需要澆筑混凝土，材料、人工費(fèi)用高。

3.2.3 擋土墻

擋土墻主要是通過(guò)疊加不同的土方來(lái)支撐基坑結(jié)構(gòu)的，對(duì)預(yù)防土方坍塌、崩塌等具有明顯的作用。為發(fā)揮擋土墻在支護(hù)方面的優(yōu)勢(shì)，相關(guān)人員必須在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行一系列調(diào)研，掌握基坑的基本參數(shù)，考慮土體的自然角度、土壤承載力等，優(yōu)化擋土墻結(jié)構(gòu)參數(shù)，使其具有較高的結(jié)構(gòu)承載力[5]。擋土墻支護(hù)施工的流程少，可選擇機(jī)械或者人工挖掘方式，整個(gè)施工過(guò)程中的成本較低，在一些對(duì)支護(hù)有嚴(yán)格要求的情況下，可將擋土墻支護(hù)與其他方式相結(jié)合。

3.2.4 樁支撐技術(shù)

深基坑工程現(xiàn)場(chǎng)利用樁支撐技術(shù)時(shí)，有關(guān)人員需在支撐位置鉆孔，并將鋼筋混凝土澆筑于每一鉆孔。鋼筋混凝土的承載力高，在鉆孔中澆筑鋼筋混凝土后，樁體可利用混凝土的性能，提高其支護(hù)能力。為凸顯樁支撐技術(shù)的作用，有關(guān)人員在前期需進(jìn)行一系列測(cè)量與計(jì)算，精確定位鉆孔位置，控制每一鉆孔的孔深、孔徑等參數(shù)。

在利用樁支撐技術(shù)時(shí)鉆孔雖可疏散、緊密布置，但需根據(jù)實(shí)際需求來(lái)選擇。澆筑施工期間相關(guān)人員需在樁頂澆筑一大層鋼筋混凝土，以預(yù)防后續(xù)施工期間地下水滲入沙土等情形。一旦有地下水滲透現(xiàn)象，施工人員需立即采取防控措施，否則地下水將降低樁身性能。

3.2.5 深層攪拌樁支護(hù)

深基坑支護(hù)期間，合理利用深層攪拌樁能提高基坑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。施工過(guò)程中有關(guān)人員需根據(jù)支撐需求準(zhǔn)備高性能石灰或水泥，將這些作為固化材料，并將其與攪拌裝置中的軟土相混合，使混合料充分固化構(gòu)成樁體。深層攪拌樁的耐水性、穩(wěn)定性較強(qiáng)，在深基坑中能發(fā)揮支撐作用。如工民建深基坑屬二三級(jí)基坑，基坑深度在7 m以內(nèi)，且基坑邊緣與紅線的距離完全重合，可直接利用深層攪拌樁技術(shù)。

深層攪拌樁具有透水性，能保持水土，整個(gè)施工期間的機(jī)械設(shè)備簡(jiǎn)單，施工成本低。在利用深層攪拌樁支護(hù)施工技術(shù)時(shí)，有關(guān)人員必須清晰了解其作用原理，在后續(xù)的施工作業(yè)期間切實(shí)執(zhí)行技術(shù)規(guī)范，避免違規(guī)操作等行為。

4 結(jié)束語(yǔ)

深基坑開(kāi)挖與支護(hù)是工民建項(xiàng)目的重點(diǎn)和難點(diǎn)。雖當(dāng)前的施工技術(shù)越發(fā)成熟，相關(guān)人員要立足實(shí)際情況，選擇最佳的深基坑開(kāi)挖與支護(hù)技術(shù)，從而構(gòu)建完善的施工技術(shù)體系，加強(qiáng)施工的技術(shù)管理與質(zhì)量控制。

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收稿日期：2023-11-05

作者簡(jiǎn)介：陸立江（1966—），男，甘肅蘭州人，本科，工程師，研究方向：工業(yè)與民用建筑。