地下结构基坑工程施工的关键技术研究

李祖科

（湖南省第十工程有限公司，湖南 长沙 410000）

0 引言

伴随城市化不断加快，出现了更多的地下结构工程，各种地质环境及工程特征决定了各种基坑建设方案，基坑施工效果与安全，同地下结构质量及安全息息相关。因基坑施工决定地下结构施工成败，应该对其分项工程、技术核心点进行归纳研究，以确保建设质量和安全。

1 常见地下结构工程及其基坑安全建设管理

（1）常见的土建地下结构工程。通常情况下，包含房屋建筑基础项目、地下构筑物，如水池等。部分地下结构埋深较大产生深基坑，施工过程受限于诸多条件，包含气候、附近环境等，易被土层扰动、荷载和自然条件等影响，施工情况比较复杂，存在一定的难度。结合功能以及理念要求，危险系数较大的分项工程除了会提高施工难度，也将影响地下结构建设质量及安全。

（2）地下结构基坑安全施工管理。正式施工前，要结合施工组织设计与图纸，根据基坑项目施工特征，有效制定施工方案，指导后期作业开展。从专项方案来分析，应该对开挖方式、排水方式等进行确定，综合考虑环保与文明作业等因素，确保建设方案的科学性；应该制定应急救援方案，有效发挥各方力量，一旦出现事故，可以及时采取救援机制，开展救援，尽量防止伤亡出现。针对开挖深度低于5m 的工程，要通过专家来论证方案[1]。论证方案内容是否全面、有效；图纸能否满足有关要求，能否达到现场实况需求，能否保证施工安全。基坑施工能否正常开展，应落实好以下方面施工管理，包括边坡防护、土方开挖以及回填等。

2 基坑地下水处理施工技术

地下水很大程度上能影响基坑，在水和土体的作用下，会弱化土体可靠性及强度。含水量偏大，属于导致基坑失稳的核心因素之一。降水以及截水，能够切实截住渗水，提升边坡可靠性，避免流失，减小含水率，方便进行作业，同时可以增强抗剪强度以及基坑可靠性，还能够降低顶托力。要结合地质水文情况、附近环境等，选择使用相应的形式来控制地下水。结合地下水含量，采取降低水位等手段来确保开挖正常开展，如果水位降幅比较明显，可考虑回灌方式。通常来讲，地下水处理包含降水法及止水法。

（1）降水法。也就是通过抽水设备抽水，让水位下降到基坑地面50cm 之下，确保土体干燥。经常使用集水明排法，也就是将集水坑布设于坑底，通常处在基坑地下一两米左右，附近开挖排水沟，使水流进坑中，通过水泵抽走。此技术便于排水，所以被大力推广。当土体质地是细砂时，这一技术会形成流砂情况，有时还会降低承载力，导致坍塌，影响附近地面下沉。为避免流砂，要在枯水期作业，当然，也能把板桩打到基底，降低水力梯度；或者根据井点降水。对于井点降水施工技术，也就是在基坑附近建设滤水管（图1）及滤水井，开挖期间持续收水，让水位降到基坑地面，直到完工。优势包括：助于基坑挖土一直维持干燥状态，提高密实度，由此提高承载力，不足之处，让使周围地基形成沉降，要提前分析此因素对附近环境干扰，实施可行的预防举措。该项技术常见包括轻型井点以及管井，要结合深度、水位等来布设井点，降水深度能实现12m，适用潜水层降水。管井降水深度能够实现15m，适用承压水层降水。为避免造成沉降，确保管线安全，当水位降幅比较突出时可考虑回灌技术，布设观测井，对水位情况进行监测。在施工结束，具有抗浮条件，才能停止降水[2]。

图1 滤水管

（2）止水法。也就是在基坑附近建设防渗帷幕，截断水流。实际做法，包括水泥桩、连续墙等，搅拌桩常常和灌注桩融合，产生可靠结构，能够挡土，也能够起到隔水帷幕作用。

3 护坡、基坑支护及监测施工技术

基坑土体可靠，一般通过摩擦力与粘聚力来实现平衡，若缺少平衡，将出现坍塌，将影响地下结构作业，甚至影响附近建筑与地面，因此，边坡防护及基坑支护非常关键。

（1）护坡技术。要结合土质情况、水位、附近建筑状况等来选取边坡，坡度要确保边坡可靠。通常来讲，在土质和外界环境影响下，如细砂液化，会导致抗剪强度降低；坡顶有着动荷载，土体自重增加；渗流会导致剪应力提高，有时还会大于抗剪强度。以上均能导致边坡失去稳定、出现滑动。基于此，要和边缘有着适当距离，随挖随运，不能存在动荷载，防止造成塌方。还要有效排除地面水，避免侵入边坡。为了保证坡面可靠以及坚固，要合理放缓坡度。结合现场状况，可使用砂浆、混凝土等护坡。

（2）基坑支护。支护结构常常用于基坑，承受土压力、荷载等，发挥挡土以及止水效果，避免坍塌，保证施工安全，防止危害周围建筑及设备。支护结构包括泥土桩、旋喷桩，也包括土钉墙（图2）、钢板桩等。泥土桩以及旋喷桩是利用机械把原状土与水泥固化，产生水泥土墙。借助重力保持整体稳定，又当作止水结构，能灵活布设，使用低于6m 的基坑[3]。作业时要结合配合比配制水泥浆，充分掌握标高，可引入轻型触探技术来对桩身强度进行检查。结合深度以及地质水文，排桩通常使用悬臂式结构。利用带锁口结构衔接与咬合产生挡墙，具备一定止水效果，可重复利用、便于施工，然而变形较大，开挖深度为4~6m 时候，需要布设支撑，适用软土区域。将搅拌桩与H 型钢结合，产生的结构不但具备止水作用，也有着较强的刚度，适用8~10m 的基坑。

图2 土钉墙

对于混凝土灌注桩来讲，它属于一种经常使用的支护结构，一般选择间隔式排列，组合方法，在起到挡土作用的同时，也能发挥止水效果。常常应用于深基坑支护。就地下连续墙而言，既能当作支护结构，也能当作承重结构，刚度较好、变形不大，适用软土地区，也适用深基坑支护。土钉墙也属于一种支护结构，布设钢筋，基于钻孔注浆，产生复合土体，借助钢筋网喷射，由此嵌固土体，提高边坡可靠性。此结构适用于深度低于5m 的基坑，不能用于淤泥质土。对于灌注桩、连续墙等，一般在顶端布设冠梁，进而增强挡墙刚度，避免顶部位移。针对较深基坑，为降低变形以及位移，还需要布设支撑以及拉锚体系。支撑体系一般使用钢支撑，包含支撑以及立柱等构件，用来承受土压力以及水压力。横向支撑结合基坑大小与深浅，可使用对撑以及角撑，要具有一定的强度以及可靠性，节点构造要科学稳定，同时避开轴线。使用锚索，因为坑中不存在支撑障碍，所以能够优化作业条件，提升作业效率与质量，可用于砂土以及深基坑支护。

（3）监测与变形控制。正式开挖之前，需要明确监测方案。因为开挖以及支护存在动态性，为进一步指导作业，要及时开展监测以及变性控制，对以下项目开展监测，包括土体变形、水位和附近建筑等。一旦变形大于标准，要提高观测次数，当存在事故征兆时，要持续观测，同时实施可行措施管控变形，立即消除隐患，确保基坑安全。以下是变形监控值：一级基坑，墙顶位移监控值3cm，墙体位移监控值5cm，沉降监控值3cm；二级基坑，墙顶位移监控值6cm，墙体位移监控值8cm，沉降监控值6cm；三级基坑，墙顶位移监控值8cm，墙体位移监控值10cm，沉降监控值10cm。

4 开挖方式以及回填施工技术

（1）基坑开挖以及土体加固。一般来讲，要在水位下降到基坑地面50cm 之下时实施开挖作业，开挖期间，要注意检查地下水位，判断是否满足设计标高，确保开挖面干燥。土方要坚守有关原则，包括分层开挖。支护结构作业要和挖土充分结合，伴随挖土深入，侧压力与变形均会提高，要立即布设支撑降低变形，不能先挖后撑。要结合基坑面积、深度以及土质条件等，来选取开挖方式。一般来讲，包括分段以及分层开挖方式。在平面缺乏规整、土质不好时，要选择第一种开挖方式，一边开挖一边浇筑，分段长度应该低于25m[4]。当基坑比较深、土质较好时，要选择第二种开挖方式，挖到基底30cm 位置时，通过人工修整挖到标高。这一种方式要结合分层以及对称原则开展，通常从中间向两边开挖。在多层分层的情况下，要选择阶梯式分层方式。不论是哪一种开挖方式，都要考虑边坡的可靠，避免出现塌方，若有必要开展土体加固，增强土体强度以及侧向抗力，降低变形，避免渗流，有效处理插入深度不够问题。对于土体加固可以考虑注浆法，比如压密注浆以及喷射注浆。通过土体固结来增强抗压力，尤其软土区域，能够增强土体抗力，降低支护结构变形。

（2）回填施工要点。回填土土质要满足要求，不能存在石块或者碎砖，不能使用建筑垃圾，要使用黏性土、素土压实，根据要求搅拌水泥土。混凝土强度要满足设计要求，在达到抗浮条件之后才能开展回填。例如，使用抗浮锚杆（图3），在强度满足标准的前提下才能开展土方回填，适时开展上部施工。最大程度使用同类土回填，不能混合利用土料。回填要根据排水顺序，从高处到地处进行回填，有着不一样标高时，要先回填低处，在达到一样标高之后再进行浇筑。要分层压实，厚度要低于0.5m，一般可以使用夯实法、压实法等方式。土料类型、含水量、压实次数均能决定压实效果，可结合需求选取实验段明确，通常压实度超过94%。

图3 抗浮锚杆

5 基槽开挖施工技术

选择天然地基土当作持力层时，一般可以使用黏土层、砂层，承载力特征值要超过160kPa。当对持力层进行开挖时，不能在雨天开展，同时开展干作业处理，避免浸泡使承载力下降，开挖要使用降排水举措。进入持力层超过20cm，完成基槽开挖之后要立即开展验槽，确定承载力达到要求之后立即封底，避免长时间暴露，防止影响持力层，正式浇捣之前，要做好浮土清理工作。在基槽开挖遇上异常状况时，要立即反馈，持力层小于设计标高，要持续挖到持力层，通过素混凝土换填到标高。在有着淤泥、黏土时，如果不进行处理将引起沉降偏大等情况，有时还会出现地基剪切破坏。可选用的处理方式包括换填法、排水固结等。较为普遍的土方置换，如果是粉质黏土，要挖除所有软弱土层，随后换填垫层，通过振碾密实，可引入轻型触探技术来对承载力进行检查，承载力特征值要超过160kPa[5]。使用桩基础时，因为地基卸土，抗剪强度显著下降，并且挖土高差产生侧向推力，可能形成横向位移，让桩形成位移以及倾斜，容易导致垂直承载力下降，给桩身的完整带来影响。

6 结语

基坑工程由于地下结构项目特征、技术运用等的差异而存在不一样的建设难度，实际建设中要结合实况选取适当的作业方案，全面遵守有关施工要点，强化所有环节的施工管控，确保施工正常开展，保证基坑质量及安全，最终实现项目施工目标。