地下結構基坑工程施工的關鍵技術研究

李祖科

（湖南省第十工程有限公司，湖南 長沙 410000）

0 引言

伴隨城市化不斷加快，出現了更多的地下結構工程，各種地質環境及工程特征決定了各種基坑建設方案，基坑施工效果與安全，同地下結構質量及安全息息相關。因基坑施工決定地下結構施工成敗，應該對其分項工程、技術核心點進行歸納研究，以確保建設質量和安全。

1 常見地下結構工程及其基坑安全建設管理

（1）常見的土建地下結構工程。通常情況下，包含房屋建筑基礎項目、地下構筑物，如水池等。部分地下結構埋深較大產生深基坑，施工過程受限于諸多條件，包含氣候、附近環境等，易被土層擾動、荷載和自然條件等影響，施工情況比較復雜，存在一定的難度。結合功能以及理念要求，危險系數較大的分項工程除了會提高施工難度，也將影響地下結構建設質量及安全。

（2）地下結構基坑安全施工管理。正式施工前，要結合施工組織設計與圖紙，根據基坑項目施工特征，有效制定施工方案，指導后期作業開展。從專項方案來分析，應該對開挖方式、排水方式等進行確定，綜合考慮環保與文明作業等因素，確保建設方案的科學性；應該制定應急救援方案，有效發揮各方力量，一旦出現事故，可以及時采取救援機制，開展救援，盡量防止傷亡出現。針對開挖深度低于5m 的工程，要通過專家來論證方案[1]。論證方案內容是否全面、有效；圖紙能否滿足有關要求，能否達到現場實況需求，能否保證施工安全。基坑施工能否正常開展，應落實好以下方面施工管理，包括邊坡防護、土方開挖以及回填等。

2 基坑地下水處理施工技術

地下水很大程度上能影響基坑，在水和土體的作用下，會弱化土體可靠性及強度。含水量偏大，屬于導致基坑失穩的核心因素之一。降水以及截水，能夠切實截住滲水，提升邊坡可靠性，避免流失，減小含水率，方便進行作業，同時可以增強抗剪強度以及基坑可靠性，還能夠降低頂托力。要結合地質水文情況、附近環境等，選擇使用相應的形式來控制地下水。結合地下水含量，采取降低水位等手段來確保開挖正常開展，如果水位降幅比較明顯，可考慮回灌方式。通常來講，地下水處理包含降水法及止水法。

（1）降水法。也就是通過抽水設備抽水，讓水位下降到基坑地面50cm 之下，確保土體干燥。經常使用集水明排法，也就是將集水坑布設于坑底，通常處在基坑地下一兩米左右，附近開挖排水溝，使水流進坑中，通過水泵抽走。此技術便于排水，所以被大力推廣。當土體質地是細砂時，這一技術會形成流砂情況，有時還會降低承載力，導致坍塌，影響附近地面下沉。為避免流砂，要在枯水期作業，當然，也能把板樁打到基底，降低水力梯度；或者根據井點降水。對于井點降水施工技術，也就是在基坑附近建設濾水管（圖1）及濾水井，開挖期間持續收水，讓水位降到基坑地面，直到完工。優勢包括：助于基坑挖土一直維持干燥狀態，提高密實度，由此提高承載力，不足之處，讓使周圍地基形成沉降，要提前分析此因素對附近環境干擾，實施可行的預防舉措。該項技術常見包括輕型井點以及管井，要結合深度、水位等來布設井點，降水深度能實現12m，適用潛水層降水。管井降水深度能夠實現15m，適用承壓水層降水。為避免造成沉降，確保管線安全，當水位降幅比較突出時可考慮回灌技術，布設觀測井，對水位情況進行監測。在施工結束，具有抗浮條件，才能停止降水[2]。

圖1 濾水管

（2）止水法。也就是在基坑附近建設防滲帷幕，截斷水流。實際做法，包括水泥樁、連續墻等，攪拌樁常常和灌注樁融合，產生可靠結構，能夠擋土，也能夠起到隔水帷幕作用。

3 護坡、基坑支護及監測施工技術

基坑土體可靠，一般通過摩擦力與粘聚力來實現平衡，若缺少平衡，將出現坍塌，將影響地下結構作業，甚至影響附近建筑與地面，因此，邊坡防護及基坑支護非常關鍵。

（1）護坡技術。要結合土質情況、水位、附近建筑狀況等來選取邊坡，坡度要確保邊坡可靠。通常來講，在土質和外界環境影響下，如細砂液化，會導致抗剪強度降低；坡頂有著動荷載，土體自重增加；滲流會導致剪應力提高，有時還會大于抗剪強度。以上均能導致邊坡失去穩定、出現滑動。基于此，要和邊緣有著適當距離，隨挖隨運，不能存在動荷載，防止造成塌方。還要有效排除地面水，避免侵入邊坡。為了保證坡面可靠以及堅固，要合理放緩坡度。結合現場狀況，可使用砂漿、混凝土等護坡。

（2）基坑支護。支護結構常常用于基坑，承受土壓力、荷載等，發揮擋土以及止水效果，避免坍塌，保證施工安全，防止危害周圍建筑及設備。支護結構包括泥土樁、旋噴樁，也包括土釘墻（圖2）、鋼板樁等。泥土樁以及旋噴樁是利用機械把原狀土與水泥固化，產生水泥土墻。借助重力保持整體穩定，又當作止水結構，能靈活布設，使用低于6m 的基坑[3]。作業時要結合配合比配制水泥漿，充分掌握標高，可引入輕型觸探技術來對樁身強度進行檢查。結合深度以及地質水文，排樁通常使用懸臂式結構。利用帶鎖口結構銜接與咬合產生擋墻，具備一定止水效果，可重復利用、便于施工，然而變形較大，開挖深度為4~6m 時候，需要布設支撐，適用軟土區域。將攪拌樁與H 型鋼結合，產生的結構不但具備止水作用，也有著較強的剛度，適用8~10m 的基坑。

圖2 土釘墻

對于混凝土灌注樁來講，它屬于一種經常使用的支護結構，一般選擇間隔式排列，組合方法，在起到擋土作用的同時，也能發揮止水效果。常常應用于深基坑支護。就地下連續墻而言，既能當作支護結構，也能當作承重結構，剛度較好、變形不大，適用軟土地區，也適用深基坑支護。土釘墻也屬于一種支護結構，布設鋼筋，基于鉆孔注漿，產生復合土體，借助鋼筋網噴射，由此嵌固土體，提高邊坡可靠性。此結構適用于深度低于5m 的基坑，不能用于淤泥質土。對于灌注樁、連續墻等，一般在頂端布設冠梁，進而增強擋墻剛度，避免頂部位移。針對較深基坑，為降低變形以及位移，還需要布設支撐以及拉錨體系。支撐體系一般使用鋼支撐，包含支撐以及立柱等構件，用來承受土壓力以及水壓力。橫向支撐結合基坑大小與深淺，可使用對撐以及角撐，要具有一定的強度以及可靠性，節點構造要科學穩定，同時避開軸線。使用錨索，因為坑中不存在支撐障礙，所以能夠優化作業條件，提升作業效率與質量，可用于砂土以及深基坑支護。

（3）監測與變形控制。正式開挖之前，需要明確監測方案。因為開挖以及支護存在動態性，為進一步指導作業，要及時開展監測以及變性控制，對以下項目開展監測，包括土體變形、水位和附近建筑等。一旦變形大于標準，要提高觀測次數，當存在事故征兆時，要持續觀測，同時實施可行措施管控變形，立即消除隱患，確保基坑安全。以下是變形監控值：一級基坑，墻頂位移監控值3cm，墻體位移監控值5cm，沉降監控值3cm；二級基坑，墻頂位移監控值6cm，墻體位移監控值8cm，沉降監控值6cm；三級基坑，墻頂位移監控值8cm，墻體位移監控值10cm，沉降監控值10cm。

4 開挖方式以及回填施工技術

（1）基坑開挖以及土體加固。一般來講，要在水位下降到基坑地面50cm 之下時實施開挖作業，開挖期間，要注意檢查地下水位，判斷是否滿足設計標高，確保開挖面干燥。土方要堅守有關原則，包括分層開挖。支護結構作業要和挖土充分結合，伴隨挖土深入，側壓力與變形均會提高，要立即布設支撐降低變形，不能先挖后撐。要結合基坑面積、深度以及土質條件等，來選取開挖方式。一般來講，包括分段以及分層開挖方式。在平面缺乏規整、土質不好時，要選擇第一種開挖方式，一邊開挖一邊澆筑，分段長度應該低于25m[4]。當基坑比較深、土質較好時，要選擇第二種開挖方式，挖到基底30cm 位置時，通過人工修整挖到標高。這一種方式要結合分層以及對稱原則開展，通常從中間向兩邊開挖。在多層分層的情況下，要選擇階梯式分層方式。不論是哪一種開挖方式，都要考慮邊坡的可靠，避免出現塌方，若有必要開展土體加固，增強土體強度以及側向抗力，降低變形，避免滲流，有效處理插入深度不夠問題。對于土體加固可以考慮注漿法，比如壓密注漿以及噴射注漿。通過土體固結來增強抗壓力，尤其軟土區域，能夠增強土體抗力，降低支護結構變形。

（2）回填施工要點。回填土土質要滿足要求，不能存在石塊或者碎磚，不能使用建筑垃圾，要使用黏性土、素土壓實，根據要求攪拌水泥土。混凝土強度要滿足設計要求，在達到抗浮條件之后才能開展回填。例如，使用抗浮錨桿（圖3），在強度滿足標準的前提下才能開展土方回填，適時開展上部施工。最大程度使用同類土回填，不能混合利用土料。回填要根據排水順序，從高處到地處進行回填，有著不一樣標高時，要先回填低處，在達到一樣標高之后再進行澆筑。要分層壓實，厚度要低于0.5m，一般可以使用夯實法、壓實法等方式。土料類型、含水量、壓實次數均能決定壓實效果，可結合需求選取實驗段明確，通常壓實度超過94%。

圖3 抗浮錨桿

5 基槽開挖施工技術

選擇天然地基土當作持力層時，一般可以使用黏土層、砂層，承載力特征值要超過160kPa。當對持力層進行開挖時，不能在雨天開展，同時開展干作業處理，避免浸泡使承載力下降，開挖要使用降排水舉措。進入持力層超過20cm，完成基槽開挖之后要立即開展驗槽，確定承載力達到要求之后立即封底，避免長時間暴露，防止影響持力層，正式澆搗之前，要做好浮土清理工作。在基槽開挖遇上異常狀況時，要立即反饋，持力層小于設計標高，要持續挖到持力層，通過素混凝土換填到標高。在有著淤泥、黏土時，如果不進行處理將引起沉降偏大等情況，有時還會出現地基剪切破壞。可選用的處理方式包括換填法、排水固結等。較為普遍的土方置換，如果是粉質黏土，要挖除所有軟弱土層，隨后換填墊層，通過振碾密實，可引入輕型觸探技術來對承載力進行檢查，承載力特征值要超過160kPa[5]。使用樁基礎時，因為地基卸土，抗剪強度顯著下降，并且挖土高差產生側向推力，可能形成橫向位移，讓樁形成位移以及傾斜，容易導致垂直承載力下降，給樁身的完整帶來影響。

6 結語

基坑工程由于地下結構項目特征、技術運用等的差異而存在不一樣的建設難度，實際建設中要結合實況選取適當的作業方案，全面遵守有關施工要點，強化所有環節的施工管控，確保施工正常開展，保證基坑質量及安全，最終實現項目施工目標。