地下工程基坑開挖施工影響因素的探究

曾揚帆 戴尊 黃勇

摘要：深基坑開挖項目通常位于現(xiàn)有密集建筑物、道路和橋梁、地下管道、地下隧道附近。雖然是臨時工程，但其技術(shù)復(fù)雜度往往高于永久性建筑，稍有疏忽，不僅會危及基坑本身的安全，還可能會損壞附近的建筑物、道路橋梁及其它各種地下結(jié)構(gòu)，造成重大損失。本文分析了基坑支護的常用方法和思路，探討了地下工程基坑開挖施工過程管理的有效途徑。

關(guān)鍵詞：基坑支護;設(shè)計分析;施工管理

引言

由于城市化的快速發(fā)展，城市人口過度擁擠，土地資源有限甚至稀缺，建筑空間過度擁擠，城市綠化面積不斷縮小，導(dǎo)致高層、超高層建筑的不斷出現(xiàn)。為了節(jié)約土地，充分利用地下空間，同時也為滿足高層建筑的地基本身一定埋深的需要，以及車位、機房、儲藏區(qū)等都為基坑存在的可能。從發(fā)展趨勢來看，中國在建的高層及超高層建筑越來越高，地下空間發(fā)展也越來越深。密集的結(jié)構(gòu)群、深坑和復(fù)雜的地下結(jié)構(gòu)都對基坑的開挖施工增加了一定程度的難度。

基坑的建設(shè)和施工受多種因素的影響：工程地質(zhì)、環(huán)境、施工技術(shù)、施工知識等，所有這些都會影響基坑開挖的施工。施工過程中既要保證支撐結(jié)構(gòu)的安全，又要控制建筑物和周圍土壤等自然環(huán)境的變化，以保證相鄰建筑物對地下結(jié)構(gòu)的安全。同時，為保證安全，既要節(jié)約成本，又要慎重，便于施工，減少施工時間，這對設(shè)計師提出了很高的要求。為此，世界上許多巖土大師對基坑支護這個課題一直在研究，并在這方面取得了豐碩可靠的成果。

1基坑支護方式

1.1構(gòu)架支撐

在早期，使用支撐石來保護挖掘區(qū)域是一種普遍的做法。用于建筑的建筑材料和配件很多，尤其是：支撐木質(zhì)地下工程設(shè)備，包括門框、門廊和風扇，適用于小型開挖區(qū)域。具有重量輕、搬運安裝方便、損壞前變形嚴重但不會突然斷裂等優(yōu)點，但所需耗材多，施工難度很大。近現(xiàn)代，較多使用門框或拱門形式的鋼支撐來承受重載，且可多次使用，具有良好的耐火性，占用空間小的優(yōu)點;但需要更多的鋼材，成本相對較高。在傳統(tǒng)木支撐無法承受負載的條件下，或者支撐無法移除而必須保留的情況下，可以將其視為鋼支撐。如今使用鋼筋混凝土構(gòu)件支撐，適用于基坑變形控制要求較高的場所;這種支撐具有高耐用性、良好的耐火性和耐用性，但存在后續(xù)拆除運輸、材料無法周轉(zhuǎn)而造成浪費。無論使用何種支撐，都應(yīng)在同一平面上，具有足夠的完整性，連接應(yīng)牢固可靠，并用剪刀撐、水平撐等連接。

1.2錨噴支護

錨噴混凝土支護是使用錨桿和噴射混凝土來支撐圍巖。這種形式的支護可以追溯到?1960年代，錨桿與噴射混凝土與圍巖形成支護結(jié)構(gòu)，可有效限制圍巖的自由發(fā)育，調(diào)節(jié)圍巖壓力分布，防止巖體滑移。它可以在施工期間用作臨時支撐，在某些情況下不需要永久支撐或覆蓋。根據(jù)附近巖層的情況，可以采用不同類型的支護：一種是用錨桿，通常只用局部;二是使用噴射混凝土，大面積使用但也有時只使用在局部;三是將錨桿與噴射混凝土結(jié)合，主要用于隧道等地下洞室的上拱和側(cè)壁;四是錨桿加噴射混凝土，增加單層或雙層鋼圍欄可提高噴層的強度和和整體性，從而提高承載力;第五種是錨噴加金屬網(wǎng)，然后將工字鋼的肋形支撐和其他金屬網(wǎng)壓入噴層。對于上述類型的錨噴支護，錨桿的數(shù)量、深度、距離、混凝土強度、時間應(yīng)根據(jù)實際情況確定。為確保良好的支護性能，應(yīng)進行現(xiàn)場測量和地勘判斷。錨噴支護通常與挖掘等類似活動有關(guān)，特別是當鉆孔部分用于建造隧道或地下發(fā)電廠時。隨著挖掘區(qū)域的擴大，邊挖邊噴，直到整個支護工程完成。

2基坑施工要點

2.1地下連續(xù)墻的施工

連續(xù)的地下墻使用各種排水設(shè)備，通過保護在地下挖掘小而深的溝渠。將級配砂石等與現(xiàn)場相適應(yīng)的材料倒入其中，建造排水溝（水）和地下連續(xù)墻。近年來，它被廣泛用于支撐超深基坑或處于敏感區(qū)域，它最初用于防止大壩滲透和地下水庫的截流，后來成為擋土墻和地下結(jié)構(gòu)的一部分。這種工藝在房屋深基礎(chǔ)、地下停車場、地鐵、地下倉庫、礦山等均可使用，且必須符合《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》?（JGJ120-2012）的相關(guān)規(guī)定。

2.2土方工程

開挖時需要考慮開挖的平面結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境情況，在技術(shù)層面分析開挖能力的性質(zhì)和支護體系的大小，制定合理的施工方案。開挖時，應(yīng)采用不同的方法，在露天礦周圍的土壤中均勻地釋放荷載，以免造成局部荷載的突然釋放。并導(dǎo)致支撐結(jié)構(gòu)環(huán)境條件發(fā)生變化?固定荷載導(dǎo)致支撐結(jié)構(gòu)突然損壞和項目不必要的經(jīng)濟損失。此外，開挖邊緣的滿載和最大載重（通過車輛和工程設(shè)備）應(yīng)達到保護的初始設(shè)計能力，以避免超載和損壞支撐結(jié)構(gòu)。

2.3防水工程

防水工程的施工是基坑施工的重要組成部分?；拥慕邓绞绞欠忾]式的，取決于土壤質(zhì)量、地下水位等。正確計算降水井中的進水量以確定流量，降水方法和設(shè)備，確保降水項目的完整性、經(jīng)濟性和效率。

2.4結(jié)構(gòu)洞口

如果水平支撐結(jié)構(gòu)需要在進出地下車庫、樓梯口、電梯和其他結(jié)構(gòu)的通道等位置應(yīng)采取必要的加固措施。通常有兩種方法：一種是在開孔邊緣開始安裝鋼筋混凝土梁的方法，孔尺寸較小;第二種方法是在預(yù)留較大孔的地方，采用混凝土邊梁和鋼筋混凝土對撐結(jié)合的方法，等拆內(nèi)支撐時的支撐作用結(jié)束后將多余的部分去除。

2.5后澆帶

為避免鋼筋整體混凝土結(jié)構(gòu)在施工過程中因溫度不均和收縮不均而產(chǎn)生危險裂縫，應(yīng)根據(jù)工程或建筑物的細部要求，在基礎(chǔ)、墻體和橫梁的適當區(qū)域安裝臨時施工構(gòu)件。如果建筑物支護結(jié)構(gòu)上設(shè)有后澆帶，這會破壞支撐功能，且必須在主體建造到建筑物要求的特定高度之前保留后澆帶。解決這個問題，我們可以采取兩種方法。

首先，當建筑物的平面不是很大時，應(yīng)在后澆帶的地方留下施工縫。首先，不要在支撐步驟中留下結(jié)構(gòu)的任何縫隙;進入建筑物的主體結(jié)構(gòu)施工時，水平支撐也失去了作用，在后澆帶位置踢出寬約100mm的凹槽，控制建筑物變形引起的裂縫面積。

第二，當建筑物的平面面積較大時，可采用誘導(dǎo)縫方法，這一方法是將低強度混凝土倒入后澆帶區(qū)域。

3基坑支護工程安全技術(shù)

深坑基礎(chǔ)的施工過程通常包括：施工前的維修、支撐樁的施工、連系梁的施工等。對于支撐樁，常采用機械鉆孔混凝土灌注樁，用鋼筋混凝土作為護墻。在建造公用梁時，首先在地基下挖溝，驗收后，澆筑抗?jié)B的混凝土，最后對聯(lián)系梁進行施工。挖好排水溝和截水溝后，錨桿、球、錨頭、錨索、砂漿注漿后錨固，最后對錨鎖（桿）進行試驗。挖土要分層進行，挖出的泥土要隨時清除。在整個施工過程中，要對項目進行實時跟蹤，及時了解項目情況，確保安全的前提下，為下一個基坑項目的決策提出建議。為保證基坑支護結(jié)構(gòu)的安全運行，除了合理的設(shè)計外，還需要與施工人員密切配合，嚴格按照基坑支護方案進行施工。強調(diào)的是，任何超挖都會使支撐結(jié)構(gòu)超載，最終可能會導(dǎo)致嚴重后果，因此，在施工開始之前，仔細規(guī)劃施工組織項目很重要，這就要做到：

（1）?基坑開挖應(yīng)在前期準備工作（三通一平、管錢遷改等）基本達到預(yù)期要求后進行。在基坑周圍的土壤中，必須采取措施防水以及排水，以防止多余的水進入周圍土壤并進入基坑。

（2）?開挖必須連續(xù)施工，以減少無支撐影響的持續(xù)時間。開挖宜從高到低，先支后開挖，多層開挖，防止超挖現(xiàn)象。如果采用錨桿作為支撐結(jié)構(gòu)，應(yīng)按設(shè)計要求按時完成錨桿的施工，在錨桿安裝密封后方可進行后續(xù)開挖。

（3）坑邊不得過載，如不可避免，其高度應(yīng)距坑邊至少2米，堆土土壤高度不超過1.5米，但均不應(yīng)超過設(shè)計荷載值。同時垂直坑壁邊緣之間的距離應(yīng)相應(yīng)增加，在土壤較軟的地區(qū)，不建議在坑附近堆積棄土。重型機械在坑邊作業(yè)時，應(yīng)設(shè)置專用平臺或深基礎(chǔ)。故基坑周邊堆載應(yīng)經(jīng)過巖土設(shè)計復(fù)核確定。

（4）開挖基坑時，需要規(guī)劃機械和車輛在地面上的通行，建立開挖順序等，以及避免在挖掘過程中與臨近的建筑物發(fā)生碰撞，并做好機械設(shè)備在開挖坡度上的支護作業(yè)工作。

（5）使用開挖設(shè)備時，為保持原有基坑底土結(jié)構(gòu)，需留出原150-300mm土層由人工清理。開挖完成后，地下區(qū)域清理干凈并鋪設(shè)墊層，防止日曬雨淋損壞原有結(jié)構(gòu)。如果地基開挖過大、土質(zhì)較差的情況發(fā)生時，可采用換填法夯實再填充，以保證地基土的承載能夠滿足施工要求。

（6）基坑周圍設(shè)置安全防護欄桿，并設(shè)置安全出入口，以便發(fā)生危險時人員及時疏散。

（7）對于一些特殊工程，如修建的建筑物下方有地鐵隧道穿過的情況，在基坑施工時，不僅會影響隧道安全，且基坑開挖過程中還可能會造成盾構(gòu)及地面沉降，對道路、管線安全造成影響。結(jié)合現(xiàn)場實際工況，為減小上方土體開挖卸載對隧身造成的影響，控制盾構(gòu)隧道的隆起、回彈，可采用在基坑開挖至一定位置后，隧道上方土體采用分倉法開挖法進行基坑施工，同時加強監(jiān)測，指導(dǎo)施工。

4基坑施工的質(zhì)量要求

基坑支撐結(jié)構(gòu)是一種臨時結(jié)構(gòu)，用于支撐基坑周圍的土壤。通常，質(zhì)量要求僅用于確?；雍突又車ㄖ锘驑?gòu)筑物的安全。然而，在支撐結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的情況下，這對支撐結(jié)構(gòu)的精度提出了很高的要求。設(shè)計單位用充分考慮現(xiàn)場施工的可操作性，以保證結(jié)構(gòu)的順利施工，同時應(yīng)考慮對支撐結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，優(yōu)化改造控制在安全距離內(nèi)。如果底層由部分工程結(jié)構(gòu)代替（如工程樓層代替庫房，連續(xù)地下墻代替建筑物外墻，分層基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)代替豎向支撐結(jié)構(gòu)），也應(yīng)滿足工程實際要求。嚴格控制這部分結(jié)構(gòu)的曲線和裂縫效果，以滿足規(guī)范的要求。

結(jié)語

基坑是一種特殊的多功能設(shè)計，不同的支護結(jié)構(gòu)適應(yīng)不同的水文地質(zhì)條件，因此必須根據(jù)具體問題進行具體分析，以選擇合適的支護結(jié)構(gòu)。基坑設(shè)計是建筑施工的重要組成部分，特別是開挖工程的成敗對整個項目來說是重要的。基坑施工的安全性和可靠性直接關(guān)系到建筑物的安全性、穩(wěn)定性和耐久性。深基坑的設(shè)計要從施工和施工服務(wù)開始，確保質(zhì)量，良好的基坑基礎(chǔ)設(shè)施是整個工程順利建設(shè)的前提和保障，是每一個重大工程的重要開端。

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