试析建筑深基坑支护及土方开挖施工技术

李春

中国水利水电第十一工程局有限公司（451000）

0 前言

随着建筑层数的增多，基坑支护及土方开挖的工作量也在增加，人们对其质量和安全要求也越来越严格，施工企业需结合现场施工环境，采用合理施工技术，如地下连续墙的构建、土钉墙施工技术等，以此来促进基坑施工的顺利进行，降低不良因素的影响。

1 深基坑工程

深基坑指的是开挖深度超过3m（含3m）的基坑（槽）的土方开挖、支护、降水过程，或者开挖深度不超过3m，但地质条件、周围环境和地下管线复杂，或影响毗邻建（构）筑物安全的基坑（槽）的土方开挖、支护、降水工程。深基坑支护及土方开挖作业是深基坑工程中的基础环节，两者相辅相成，相互配合，可有效保证建筑地基结构的稳定性[1]。

深基坑具有的特征有：首先，深基坑支护体系属于临时性工程项目，风险性较高，安全设备齐全性较差；其次，区域性较强，在支护及土方开挖作业中需要对现场地质情况进行勘查，因地制宜制订合理的施工方案；再次，深基坑工程施工中存在的影响因素较多，工程困难性较大；最后，深基坑工程的综合性较强，要求施工技术人员不但要了解岩土工程相关知识，还需要掌握力学理论、测量技术、计算机技术等多方面知识。

2 工程案例

2.1 工程概况

河南省三门峡市师家渠佳苑工程B地块处于三门峡市湖滨区经一路西侧，北侧为拟建道路、A地块和陇海铁路，农行家属院坐落于工程的南侧，拟建经二南路位于工程的西侧，该工程建筑面积为71447.01m2。B地块工程包括3栋住宅楼，住宅共31层，1、2层商业2栋，配电室1栋，2层地下车库，有商业和配套设施。该工程建筑抗震烈度7度，结构安全等级二级，工程采用钢混剪力墙结构。

2.2 工程地质概况

拟工程项目的建设区域地势平坦，局部有未拆民宅，且堆放大量的建筑垃圾，地表高程为382.0～385.5m。对基坑支护影响较大的地质层是上面4层，分别为：黄土状粉土，为黄褐色粉粒，土层中混杂砖块、碎石和混凝土块，揭露层厚度为0.5～4m；黄褐色粉粒状且质地较为均匀的黄土状粉土，土质表面有较多孔隙，有部分白色网膜、姜石，该层的湿陷性较为明显，揭露层厚度为3.5～5.9m；黄褐色粉粒状且质地较均匀的黄土状粉土，表面有大量的0.1～0.2mm孔隙，混杂小姜石，局部有较为明显的湿陷性，揭露层厚度为3.2～5.5m；黄褐色粉粒为主要物质且质地较为均匀的黄土状粉土，小孔隙较多，局部湿陷性较强，土层为中等湿度，揭露层厚度为3.6～6.5m。

3 支护施工

图1 基坑支护剖面图1

图2 基坑支护剖面图2

3.1 土钉墙施工流程

3.1.1 修坡

如图1及图2所示，基坑开挖施工中，要严格按照支护设计的规范完成放坡，处理边坡时需先完成开挖和支护施工，中间部分可采用分层开挖方式，采取挂线定位的方式保证喷射混凝土面层的平整度满足施工要求。

3.1.2 凿孔

结合设计图纸和工程地质，以设计孔位为基准测量方向，明确孔位，之后结合设计中所要求的孔长、俯角和孔径完成凿孔处理。施工中作好验收记录，两侧土钉的高度差应为0.2m，一侧钻孔角度需高于设计值，一侧钻孔角要低于设计值。

3.1.3 土钉安放

按设计规范完成杆体加工。为确保土钉位置满足工程施工要求，需焊接居中支架，支架的间距为2.5m，随后在孔内置入土钉。

3.1.4 注浆

将纯水泥浆注入设置土钉钢筋的孔中，水泥强度在M20以上，土钉和孔壁间不留空隙，由内而外注浆，注浆管与孔底相距0.5～1m，使用编织袋封堵孔口，避免浆液外溢，若有条件还可在水泥砂浆中加入适量膨胀剂。

3.1.5 挂钢筋网片

基于设计的要求，在边坡面上间隔绑扎钢筋网，钢筋网的规格为 φ6@175×175 或 φ6@250×250，钢筋搭接的长度在300mm以上。完成网片钢筋绑扎施工后使用φ14钢筋连接土钉头，将其焊接在杆体上，焊接施工中需确保焊点的牢固性。

3.1.6 喷混凝土

完成工程验收后方可喷射混凝土，面层混凝土设计厚度为 100mm，水泥、石和砂配合比为 1∶2∶2，采用P.C32.5R水泥，水泥强度为C20。

3.2 微型桩施工流程

3.2.1 钻机就位

搭设就位钻机后，应及时移动钻机，让转盘的中心与护筒中心保持一致。然后起吊钻头，移动钻机，使钻头的中心与桩位对应[2]。桩位偏差不得超过20mm，直桩体的垂直度偏差在1%以内，并按照设计要求调整斜桩的倾斜度，钻机底盘的水平度满足要求后方可开展钻孔施工。

3.2.2 成孔

成孔时主要应用小型钻机，孔率应在1%以内，孔深误差在50mm，桩径误差不得超过10mm。微型桩施工中，需采取有效措施避免发生穿孔和浆液损失等问题。对此，施工人员可采取跳孔施工、间歇施工等施工方式，也可在浆液中添加适量速凝剂。

3.2.3 插管

在中间位置插入钢管，且在钢管下段1/3的位置配置梅花眼，在注浆施工前使用弹性橡胶作好密封处理。

3.2.4 回填石料

采用粒径为0.5～1cm的碎石回填，在回填施工中避免异物进入孔内。为提高回填的密实度，可适度振动钢管，以体积计算法明确碎石填充量。工作人员要先计算钻孔的容积，进而明确单孔使用的碎石量。钻孔容积计算的过程中容易出现误差，且投放时空隙也会发生较大变化，投放量误差要控制在10%～20%。其中，缩径和级配不良是导致桩身强度不达标的主要因素。

3.2.5 注浆

注浆材料主要使用纯水泥浆，注浆压力在0.8 MPa以上，水灰比在0.45～0.55，采用高速搅拌机拌制水泥砂浆。随后将其移至低速搅拌储浆桶中，搅拌和注浆同时进行，水泥砂浆从管外流出后方可拔管。做好钢管端部的密封工作，并严格按照施工要求加压，水泥浆液自管外流出后方可停止加压。

4 土方开挖

4.1 土方开挖的注意事项

土方开挖的顺序和方法应当符合工程设计，始终秉承开槽支撑和先撑后挖的原则。在开挖施工中应分层开挖，以防超挖。深基坑挖土后土体回弹变形超过规定范围，进而出现地基卸载等问题[3]。

该工程B区块施工中主要分为东西两个区域，在开挖施工时要从中向东西两侧分层开挖。在1#楼及3#楼东侧开设土外坡道，坡道口位置基坑的深度为5.5m。且主要应用后退式开挖，开挖的深度与基底标高相同，车库基础形式为天然地基联合独立基础。基坑边采用分层开挖施工方式，单层开挖的深度要与设计锚杆竖向间距相同。详见表1。

基坑周边开挖施工中，应坚持开挖和支护协同进行的原则。开挖施工后需及时支护坡面，相同坡面上层支护体施工的时间与下层土开挖的时间间隔在5d以内，基坑四周3m以内的位置不可堆放土方，并做好土方转运工作，防止土方集中放置破坏边坡的稳定性。为避免反铲下坑开挖，基坑中部土层开挖采用一次性开挖施工方式，反铲和土方运输通道通常设置于基坑的中部。

表1 土方开挖质量要求

4.2 土方开挖方法

单层土方开挖施工中，务必严格按照工程施工要求预留运输通道，土方运输车辆不可在边坡上部平台上运行。

土方开挖施工前，避免生活用水和雨水渗入基坑。为此，可在基坑外侧设置截水沟，采用红砖和砂浆砌筑排水沟断面，排水沟侧面基地面抹面施工中使用1：2的水泥砂浆，以强化现场的排水效果。再者，仔细检查挖土和运输机械设备是否就位，如设备无法安全运行，则要与相关单位采取有效的应对措施。

挖桩间土的过程中，大型挖掘机开挖高度为1.5m，且其与桩的距离为0.2m。小型挖掘机主要处理桩前和桩间的土方，挖掘机开挖时需预留10 cm的桩间土，桩间土开挖时预留0.06m，在清理和平整施工中配以人工处理方式。

土方开挖中必须高度重视锚杆基坑护坡施工，采取分段开挖方式，以免超挖。规定每段长10m，每一层的开挖深度为1～2m。支护施工完成，且混凝土面层强度达到设计强度的75%后，方可进行下层土方开挖和下层锚杆施工。

土方开挖时应在施工区域开挖高程控制方格网，以高程控制点为基础在网格木桩上确定标高，使用卷尺或水准仪严格控制下挖深度。

采用挖掘机开挖时，施工人员需仔细检查挖掘机的性能。前后行走的过程中要明确是否存在障碍物。采用机械回转式挖掘机，施工人员需明确四周是否有物料和行人。辅助人员要明确挖点和回转区域，不可在禁区作业。

机械无法完成开挖的位置可配合人工开挖，同时将松土运送至机械作业区域内后用机械运出。

支护施工与土方开挖施工需保持协调关系，维护施工现场安全。施工人员先要处理基坑周围的土方，后处理基坑中部的土方，做到土方和支护施工互不干涉。完成支护施工后，继续挖掘预留土方，以提高工程施工质量。

4.3 基坑排水

深基坑工程中，排水设施一般设置在基坑上口位置、底部、内部等区域内。施工人员在基坑上口位置可设置截水墙，在底部位置可设置排水沟和集水坑等设施。在规划过程中，排水系统与基坑边缘位置的距离要控制在大于1.5m的位置上。在设置底部排水沟和集水坑时，要作好防渗处理，避免沉降等问题的产生。基坑内部在开挖过程中需设置临时排水系统，与底部排水系统协同作业，及时将基坑开挖中存在的水有效排出。临时排水系统与基坑边缘位置要控制在0.5m以上。在排水设施选用上，要以大功率潜水泵和污水泵为主，尤其是雨量较大区域内，应加强大功率排水设备的应用，以削弱洪涝灾害的影响，降低深基坑施工难度。

5 基坑支护安全技术措施

5.1 基坑开挖安全措施

在基坑开挖作业前，对现场情况及开挖周边环境特征进行了解，搞清楚建筑基础埋设深度，根据工程建设要求合理规划基坑开挖施工方案，规划科学施工流程，作好安全防护措施，减少危险的发生。

5.2 孔桩安全技术

孔口周边要设置防护圈，安排专人对孔口内施工予以监督和控制。在吊装过程中，应采用科学防护措施，避免坠落伤人事故的发生。在孔桩开挖过程中，如果深度不足5m可直接借助井外照明设施辅助施工，如果深度超过5m则需设置井下照明设备。施工前检查水泵质量和性能，要求施工人员使用安全防护设备。检查电缆线路的质量，确保其无破损。成孔过程中要加强施工环境的通风效果，减少有害气体堆积对施工人员安全造成威胁。孔桩施工中加大观察力度，及时解决存在的问题，改进施工质量。

5.3 做好土方开挖监管工作

土方开挖前务必做好开挖方案的制订及技术交底工作。开挖过程中，可安排技术人员做好从旁指导，确保开挖深度、基坑坡度。尤其是在使用土钉墙施工技术时，要严格控制开挖深度，以免降低基坑稳定性，引发滑移等问题。

5.4 做好支护质量控制

工作人员需完善支护施工质量检验制度，并将其落实到具体工作中。在施工前对支护材料及支护结构合理性进行检查和验收，保证原材料、成品及半成品质量与实际要求相符。

6 结语

基坑支护及土方开挖是一个循序渐进的过程。在实际施工作业中，必须严格按照方案要求有顺序地开展施工作业，且做好施工中的监督和管控工作，以减少质量问题的产生，有效提高深基坑施工的整体质量，增大建筑工程安全系数。