新建调蓄池深基坑开挖支护及设计优化

朱晓春

［摘 要］近年来，随着城市化进程的不断加快，城市建设对于土地的利用率也越来越高，建筑工程基础设施的建设难度也越来越大。在一些地势较低的城市，建筑基础设施的建设更是面临着较大的挑战。深基坑开挖是建筑工程建设过程中的重要环节，也是建设难度最大的环节之一。为了确保基坑开挖工作的安全和顺利进行，需要对基坑开挖过程中的支护和设计进行优化。本文以深圳市龙岗区同乐河中游调蓄池为例，结合这一工程案例，对深基坑开挖及支护施工技术及設计优化进行分析，希望能够为今后深基坑开挖施工的研究和应用提供一定的参考。

［关键词］调蓄池；深基坑开挖；支护方案；设计优化

［中图分类号］TU4 文献标志码：A

深基坑开挖过程中的支护设计和施工方案影响着该工程的质量、成本、施工周期及安全性等因素，也影响到了调蓄池工程的整体效率和运行效果。为解决这些问题，需要针对具体工程情况，制定适合的支护设计和优化方案，便于施工人员在实际操作中更好地采取相应措施，创造出更好的施工环境和更高效的施工效果。基于此，本文探讨了基坑开挖中的支护方案及设计优化方法，介绍了基坑开挖前期的准备工作，详细讲述了基坑开挖过程中的支护方案，包括支撑结构的选取、支护材料的选择等。最后，本文探讨了设计优化的方法，包括基坑支护设计的优化方法、基坑开挖过程中的设计调整等。

1 工程案例

同乐河中游调蓄池位于深圳市龙岗区宝龙街道同乐河左右支交汇处同富裕路附近，新建调蓄池规模为3.0万m3，基坑深度约为21.25～10.3m，调蓄同乐河左、右支及三棵松水初小雨溢流污染，总服务面积6.26km2，同乐河左支初小雨通过在乐园路排放口新建1条dn1000-hdpe管收集，沿同乐河左支河道左侧敷设，接近惠盐高速公路时，通过顶管方式，敷至同富裕路。顶管工作井内径直径7.0m，壁厚0.8m，深度11.45m，工作井距离惠盐高速路堤边坡坡脚20.6m。于同乐河右支气盾坝附近新建dn1500钢筋混凝土管收集同乐河右支初小雨，汇合至同乐河中游调蓄池进水井，经3m×2.5m的闸孔转输至同乐河中游调蓄池。

新建调蓄池深基坑工程是一项重要的基础设施建设工程，旨在为城市的水资源管理和防洪排涝等提供支持。然而，在该工程的施工过程中，由于地下水位较高、土层松软等因素的影响，深基坑开挖及支护工作面临着诸多困难和风险。为了保障施工安全，提高工程效率，需要采取一系列有效的措施进行支护和优化设计。

2 调蓄池深基坑开挖的技术难点和复杂问题

（1）土壤稳定性问题：开挖深度较大的深基坑会对周围的土体产生一定的影响，可能导致土体失稳，甚至引起地面塌陷。因此，在开挖深基坑前需要进行土体稳定性分析和加固措施设计，以确保施工的安全性和可靠性。

（2）地下水位控制问题：调蓄池深基坑开挖过程中，地下水的排水和控制是一个重要问题。如果地下水不能得到有效控制，会导致坑底涨水，影响施工进度和质量。因此，需要采用一系列地下水控制措施，如降低地下水位、加固地下水隔离带等［1］。

（3）支护结构设计问题：深基坑的支护结构是保证施工安全和质量的关键。合理的支护结构设计可以保证深基坑的稳定性和承载能力，同时减少施工难度和成本。支护结构的选择和设计需要考虑地质条件、土体性质、施工难度等因素。

（4）施工方法问题：调蓄池深基坑开挖的施工方法需要根据实际情况进行选择和调整。不同的施工方法会对土体和支护结构产生不同的影响，需要根据具体情况制定施工方案。同时，施工过程中需要注意施工质量和安全，确保施工进度和质量。

3 调蓄池深基坑开挖支护的技术要点

3.1 基坑开挖前期准备工作

在基坑开挖前期，充分的准备工作能够为后续的施工提供充足的保障，确保施工的顺利进行和安全性。具体要点包括五个方面。一是在进行调蓄池深基坑开挖前，需要进行详细的地质勘察和土壤力学试验，了解地下情况和土壤力学特性，为后续的支护设计和施工方法选择提供依据。二是根据地质勘察和土壤力学试验结果，设计合理的支护结构。支护结构设计应考虑施工期间的土壤稳定性、施工效率和支护结构的安全性。三是根据设计支护结构和地下情况，确定基坑的开挖范围和深度。同时，还需要考虑基坑周围的建筑物和地下管线等因素，避免施工对周围环境造成不必要的影响。例如，本工程中开挖采用人工配合机械分层开挖，根据基坑所处位置的土质、水文条件、现场允许程度等因素确定具体方案［2］。四是确定降水井和排水管道的位置和数量，降水井和排水管道的设置能够有效降低地下水位，保证施工期间土壤稳定。五是根据支护结构设计和地下情况，选择合适的施工方法。施工方法应考虑施工效率、土壤稳定性、安全性等因素。为保证施工安全预防高空坠落事件的发生，基坑开挖施工过程中要做好临边防护工作。防护栏杆如图1 所示。

3.2 开挖基坑

开挖前，先由人工沿沉井边线开挖1.2m宽的探坑，然后每条边框取若干探点，用洛阳铲再次探明是否存在地下管线。开挖过程中采用人工配合机械分层开挖，根据基坑所处位置的土质、水文条件、现场允许程度等因素具体确定。一般控制在2.5m左右，设计有要求时，从其要求。基坑开挖到位后，对地基进行平整夯实，使其具有足够的承载力。沉井范围内需铺设20cm厚水泥砂浆（厚度可根据现场情况进行调整），以免井筒制作过程中产生不均匀沉降导致井筒倾斜，甚至井壁混凝土开裂，同时进行地下水位的控制和排水工作，确保基坑内部的稳定性和安全性。

3.3 安装支撑结构

支撑结构的选择和安装需要综合考虑土体性质、基坑深度、周围环境和施工周期等因素。常用的支撑结构包括钢支撑、混凝土支撑和土工合成材料等。以下是安装支撑结构的一般步骤。首先，根据基坑的深度和土体性质，选择合适的支撑结构类型和尺寸。支撑结构的尺寸和布置应根据设计要求和实际情况进行调整和优化。其次，要在基坑边缘开挖出足够的空间，以便安装支撑结构。按照设计要求和预定的顺序和方法进行支撑结构的安装。在安装过程中，需要注意支撑结构的水平、垂直和平面度等方面的控制，确保支撑结构的稳定性和正确性。第三，连接支撑结构。支撑结构的连接方式有焊接、螺栓和卡板等多种方法。在连接过程中，需要注意连接部位的紧密度和可靠性，确保支撑结构的稳定性和安全性。最后，安装支撑结构后，需要进行严密的检查和维护，及时发现和处理问题，同时进行相应的维护和修复工作，确保支撑结构的正常运行和使用［3］。

3.4 基坑降水

在调蓄池深基坑开挖支护施工中，基坑降水是一个非常重要的问题。基坑降水通常采用泵站或井点降水的方法来解决。泵站降水是指在基坑内设置降水泵站，通过泵站将地下水泵出基坑外，以维持基坑内干燥状态。而井点降水则是通过在基坑周围设置多口井点，将地下水泵出并排入汇水管道中，再通过汇水管道将地下水排出基坑外。在进行基坑降水前，需要首先进行地下水勘探，确定地下水的水位、流向和含水层的性质等。同时，还需要根据地下水勘探结果确定降水方案，包括降水井点的数量、井点深度、泵站的位置和泵站的数量等。此外，还需要注意以下事项：一是选择合适的泵站和井点降水方案，以确保基坑内地下水的及时排出；二是随时监测基坑内的地下水水位，并根据监测结果及时调整降水方案；三是加强现场管理，确保降水设备的及时维护和保养，以免设备故障影响降水效果；四是在降水过程中，需要注意基坑周围建筑物和地下管线的安全，避免因为降水导致周围建筑物或管线的沉降或损坏。

3.5 完善辅助设施

在深基坑开挖支护中，完善的辅助设施是非常重要的。这些设施可以提高施工效率，保证施工质量，并确保安全生产。第一，设置施工平台，其目的是为了方便施工人员及物料进出基坑而设置的平台，通常设置在基坑边缘，便于施工人员进行作业。施工平台的建设需要考虑安全、稳定性和承载能力等因素。第二，合理设置通风设施。基坑开挖时，基坑内部会产生大量的粉尘和有害气体，有效的通风设施可以将基坑内部的空气流动起来，保证施工人员的健康和安全。保持基坑内部的清洁，及时清理垃圾和废弃物。第三，设置照明设施，基坑内部通常光线较暗，为了保证施工人员的安全和作业效率，做好照明工作，确保基坑内部有足够的光线。第四，准备测量设备，基坑开挖需要进行测量，以确保开挖的尺寸和位置符合设计要求，如水准仪、全站仪等。第五，救援设备。在施工过程中，可能会发生意外，因此需要设置救援设备，包括消防器材、急救箱等。

3.6 施工监测和维护

在调蓄池深基坑开挖支护施工中，施工监测和维护是非常重要的一环，可以有效保证工程的顺利进行和质量安全。以下从三个方面介绍施工监测和维护的内容。一是监测设备和方法。在施工过程中，需要安装各种监测设备，如土压力计、水位计、变形仪等，对基坑支护结构及周边土体进行实时监测。同时，还需要采取多种监测方法，如现场观测法、测量法、试验法等，对基坑开挖过程中的变化进行分析和评估。二是监测内容。包括地下水位、土体变形、支护结构变形等方面。其中，地下水位是基坑开挖过程中需要重点关注的内容，需要及时采取降水措施，保证基坑内部的安全稳定。土体变形和支护结构变形也需要及时监测和评估，及时发现并解决问题。三是维护措施。在施工过程中，需要对基坑支護结构进行维护，保证其稳定性和安全性。具体措施包括及时补充土压力、调整支护结构、加强支护结构连接等。同时，还需要加强对周边环境的管理，保证周边土体的稳定性和安全性。

4 调蓄池深基坑设计优化

4.1 基坑支护设计的优化方法

针对深基坑的支护设计优化，具体可概括以下五个方面。一是合理选择支护结构。基坑支护结构的选择应考虑开挖深度、周边环境、土体性质等多种因素，选择适合的支护结构，如桩墙、钢支撑、混凝土拱形支撑等。同时，还需考虑支护结构的施工难度和成本。二是加强支护结构连接。支护结构的连接是保证整个支护系统稳定性的关键，需要采用可靠的连接方式，如钢筋混凝土悬臂梁、钢管撑等，以确保支护结构之间的相互配合和支撑作用。三是优化基坑降水方案。基坑降水是基坑开挖中需要重点关注的问题。在降水方案设计中，应采用合理的降水管网布置、适当的降水流量和降水时间等措施，以确保基坑内部的稳定性和安全性。四是加强辅助设施的设计。辅助设施的设计对于基坑开挖的顺利进行和质量安全非常重要。包括支撑结构的基础设计、支护结构施工过程中的安全措施、工程物资和设备的存储和管理等方面。需要综合考虑各种因素，确保辅助设施的完善和合理。五是精细化施工管理。基坑支护的施工管理需要严格按照设计方案进行，确保施工过程中的质量和安全。需要做好施工计划的制定、施工现场的管理、工程质量的检查和验收等工作。同时，还需要加强对施工过程中的各种问题的解决和应对。

4.2 基坑开挖过程中的设计优化调整

基坑开挖过程中的设计调整是指在工程施工过程中随时根据实际情况对原设计方案进行修改、优化和完善，以使得整个工程更加有效、安全和经济。调蓄池深基坑设计优化之基坑开挖过程中的设计调整要点包含五方面内容。一是现场监测和数据分析，通过对施工现场采取动态监测数据获取和处理分析技术，及时掌握、把握变化趋势，发现问题并及时做出调整。二是基坑边界调整，由于场地条件、土层性质等客观因素的影响，有时会发现原来设想中的基坑形状并不完全适用于实际情况，这就需要重新认真评估和规划。三是工艺流程调整，若在开挖过程中遇到了预期之外的难题，可以尝试使用一些针对性强的、提前商定好的备选方案，或者通过创新方法，优化施工工序，以达到效率的提升与建筑质量的保证。四是支护材料选用调整，对于变化或突发情况，可以适时更换或优化支护结构的材料，如特殊型钢、新型背挡墙等，以增强基坑土壤稳定，降低施工风险。五是关键节点优化，在实际工程建设中需要关注施工过程中出现的难点，并不断研究合理的方法和技术来解决问题，如提高堆土墙工程质量控制、改进支护结构的实现细节等。

5 结语

本文围绕新建调蓄池深基坑开挖支护及设计优化展开研究，系统梳理了基坑开挖的基本步骤和要点，并深入探讨了基坑开挖过程中的技术难点和复杂问题。通过对相关文献和案例的分析，提出了一系列基坑开挖支护和设计优化的方法和建议。基坑开挖技术将继续发展，需要进一步研究和探索新的支护结构和建设方法，以满足不断变化的工程需求。

参考文献

［1］叶永，刘杨，谢旋. 深基坑开挖中支护结构参数优化设计［J］. 三峡大学学报（自然科学版），2023，45（3）：14-19.

［2］杨自龙. 提水泵站工程中深基坑开挖与降水的施工方法［J］. 珠江水运，2023（5）：94-96.

［3］文志成，张开民. 建筑工程深基坑开挖与支护技术分析［J］. 中华建设，2023（3）：134-136.