土建施工中深基坑開挖施工技術

曹 哲

（煤炭工業(yè)潞安礦區(qū)建設工程質量監(jiān)督站，山西 長治 046000）

在科學技術水平不斷提升的過程中，土建施工技術逐漸向多樣化、先進化方向發(fā)展。而深基坑開挖是土建施工的關鍵環(huán)節(jié)，會對土建施工質量產生較大影響，因此需要深入研究深基坑開挖施工技術，進一步提高深基坑開挖質量。

1 概述

1.1 深基坑定義

深基坑指的是開挖深度大于5m的基坑工程，或開挖深度在5m以內但周圍環(huán)境以及地質條件、地下管線十分復雜的基坑工程[1]。基坑工程施工主要包括支護體系施工與土方開挖施工兩個環(huán)節(jié)，具有較強的綜合性，對巖土工程技術人員與結構工程技術人員有著較高的要求。

1.2 深基坑開挖施工特點

首先，深基坑開挖施工形式較為多樣，整體施工較為復雜；其次，深基坑開挖施工規(guī)模相對較大，在施工過程中很容易出現(xiàn)問題。此外，深基坑開挖施工環(huán)境十分復雜，且深基坑開挖施工會受到地下管線、周圍建筑等因素的影響。

2 深基坑開挖施工分析

2.1 施工原則

在深基坑開挖施工時需要堅持相應的原則，從而提高深基坑開挖施工的質量。首先，需要堅持細致勘察這一原則。在深基坑開挖之前，需要詳細勘察深基坑開挖現(xiàn)場，并根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況制定深基坑開挖方案與工序。例如，在深基坑開挖過程中可能會觸碰到地下管線或其他障礙物，所以在施工前需要進行現(xiàn)場勘察，明確施工現(xiàn)場中的影響因素。其次，需要堅持先撐后挖這一原則。在施工過程中需要先進行支撐施工再進行開挖施工，且不能出現(xiàn)超挖等問題，否則可能會引發(fā)安全事故。

2.2 施工順序

在深基坑開挖施工時需要明確深基坑開挖施工的順序。首先，需要準確分析深基坑開挖現(xiàn)場的環(huán)境，明確施工現(xiàn)場的施工條件。同時，需要根據(jù)技術分析結論對施工方案進行全面分析與優(yōu)化，并制定施工質量控制措施，為深基坑開挖施工的順利開展提供保障[2]。其次，需要按照要求進行土方開挖與運輸，提高深基坑開挖效率。

2.3 施工方法

常用的深基坑開挖方法有很多，例如放坡挖土法、盆式挖土法、中心島式挖土法等。第一，放坡挖土法。放坡挖土法屬于直接分層放坡開挖的方法，具有工期短、作業(yè)空間大等特點，多被應用在沒有支護的深基坑開挖工程中；第二，盆式挖土法。盆式挖土法指的是先開挖基坑中間部位，再開挖基坑周邊部位，多被應用在有支護的深基坑開挖工程中[3]。且相比于其他方法，盆式挖土法可以使周邊土坡對圍護墻產生支撐作用，降低圍護墻的變形概率，但土方外運的難度相對較大；第三，中心島式挖土法。中心島式挖土法是盆式挖土法的逆向運用，即先開挖基坑周圍土方再開挖基坑中心區(qū)域。中心島式挖土法具有挖掘與運土速度快等優(yōu)勢，多被應用在有支護的深基坑開挖工程中。但中心島式挖土法會延長支護結構的受荷時間、加大支護結構的變形量。

2.4 施工機械

深基坑開挖施工主要以機械施工為主，以人工施工為輔。在施工時需要先利用機械設備進行大面積的挖掘，之后再通過人工進行坑底與邊坡的修理和清理。為此，在施工前需要科學選擇機械設備，例如選擇合適的挖掘設備與運輸設備，如圖1所示。

圖1 深基坑挖掘與運輸設備

3 深基坑開挖施工技術在土建施工中的應用

3.1 工程概況

某工程為經濟適用房工程，一共有17棟樓，均采用混凝土灌注樁基礎與框剪結構。該工程基坑面積為8891.56m2，開挖深度為7.5m。且該工程結構安全等級為二級，地基基礎為丙級，抗震設防分類為丙類。該工程的深基坑開挖施工難度相對較大，因為在深基坑開挖時挖掘機不能碰撞到各種樁以及支撐梁。同時，該工程的地下水位相對較高，所以需要做好基坑降水工作，并且做好觀測與記錄工作。

3.2 施工準備

在深基坑開挖施工之前需要做好相應的準備工作，從而保障后續(xù)施工的順利進行。第一，做好標高處理工作。施工人員需要按照設計圖紙的要求對深基坑的標高進行處理，從而優(yōu)化深基坑開挖施工技術的應用效果；第二，做好技術分析工作。施工人員需要對所選擇的開挖施工技術進行綜合分析，判斷施工技術是否符合要求；第三，做好施工現(xiàn)場的總平面布置工作。例如，施工人員需要科學設置施工現(xiàn)場的出入口，為挖掘設備與運輸設備的出入提供便利；第四，做好施工設備與工具的準備工作。在該工程中施工單位需要準備6臺精密水準儀、6臺精密經緯儀、2臺全站儀、8臺PC300型挖掘機、6臺PC60挖掘機、20輛運輸車[4]。

3.3 基坑支護施工

該工程的基坑開挖深度在5m以上、基坑周邊距離紅線較近，且該基坑不具備放坡條件，所以需要在該基坑中設置支護。施工人員需要在該基坑中設置一道止水帷幕、一道鋼筋混凝土內支撐梁與單排鋼筋混凝土支護樁，從而優(yōu)化支護效果，避免后續(xù)開挖施工中出現(xiàn)安全事故。同時，施工人員需要在支護樁的外側設置一排水泥土攪拌樁止水帷幕。

3.4 降水井施工

該工程所處區(qū)域的地下水水位相對較高，會對深基坑開挖產生較大影響，所以需要做好基坑降水工作，將水位控制在合理范圍內。首先，施工人員需要在該工程中設置174口深度為14m的降水井以及10口深度為10m的觀察井。之后需要在降水井與觀察井的內部設置無砂管、在外部設置多層土工布，從而確保降水井與觀察井的透水直徑在800mm以上；其次，施工人員需要利用波紋管實現(xiàn)降水井的并聯(lián)，并通過沉淀井與沉淀池進行初步沉淀和三級過濾。此外，施工人員需要按照要求進行降水工作且需要在基坑開挖前20d進行全面降水，使水位降低至槽底1m以下。在這一過程中需要安排專業(yè)人員進行降水觀測與記錄，確保水位符合要求之后再進行深基坑開挖施工。

3.5 土方開挖施工

該工程的基坑開挖深度為7.5m，且不具備放坡條件，所以在土方開挖時應用中心島式挖土法，并將土方開挖分為三步。第一步開挖至基坑內的環(huán)梁下皮標高-2.55m處，之后在支撐下鋪設厚度為50mm的石屑墊層，并澆筑水平支撐混凝土；第二步是在水平支撐混凝土強度達到100%后，從北向南開挖至標高-5.5m處；第三步是按照從北向南的方向分層對稱均勻開挖至標高的-8.25m處[5]。具體步驟為：①該工程施工現(xiàn)場的空間十分空曠，所以在進行第一步土方開挖時可以采用大開挖形式。施工人員可以根據(jù)施工圖紙將第一層土方劃分為4個區(qū)域，并在每個區(qū)域中應用3臺挖掘機，之后通過上下傳遞的方式進行開挖作業(yè)。在開挖過程中施工人員可以從施工區(qū)域的北側角點處開始，向南側出土位置進行倒退式開挖，直到開挖至基坑內的環(huán)梁下皮標高-2.55m處。且在完成基坑北部支撐結構施工后，可以將基坑南側開挖出的土方運至北側，從而形成運土坡道。在開挖之后，施工人員需要在基坑支撐下方鋪設50mm厚的石屑并澆筑水平支撐混凝土；②當水平支撐混凝土的強度達到100%之后，施工人員可以進行第二步開挖施工。該工程中的支撐結構采用了幾何形狀，所以在進行第二步開挖施工時，將環(huán)梁圍繞區(qū)域設定為中心島，并將中心島的半徑控制在15m，之后以此為中心點進行支撐結構下部的開挖施工。在開挖過程中，施工人員可以將4臺挖掘機設置為一個挖掘組，之后按照從北向南這一方向，通過組合傳遞的方式進行臺階式挖掘，直到挖至標高-5.5m處為止，并確保出土坡度為1∶1。此外，在開挖過程中施工人員可以在基坑中部位置預留土堆，從而為土方裝運提供便利；③在施工作業(yè)范圍不斷擴大的過程中，地下挖掘作業(yè)面也越來越大，所以施工人員需要按照要求進行第三步開挖施工。首先，施工人員需要根據(jù)相關要求進行放樣測量，判斷地下區(qū)域中是否存在安全隱患或質量影響因素；其次，施工人員需要嚴格控制各個區(qū)域的開挖質量。例如，在集水井區(qū)域施工時，需要利用塔吊＋人工的方式清運余土；再次，在出土坡作業(yè)時，需要按照從北向南的方向利用機械倒退式開挖技術進行分層對稱均勻開挖，直到開挖至基坑設計標高的-8.25m處（如圖2所示）。在這一過程中施工人員需要通過人工修土的方式進行配合施工，增強土方開挖的精準性，避免出現(xiàn)超挖等情況。

圖2 第三步土方開挖方向與出土位置

4 深基坑開挖施工質量控制措施

4.1 加大支護結構保護力度

在深基坑開挖施工前，技術人員已經對圍護結構以及工程樁進行了標識，所以在深基坑開挖施工過程中需要科學運輸土方，避免破壞圍護結構與工程樁。同時，施工人員需要對設計標高在2m以上的樁進行分層截樁，避免挖土過程土體位移造成工程樁出現(xiàn)偏移或斷裂等情況；其次，為了減少挖土過程中圍護結構的位移與變形情況，施工人員需要利用對稱、均勻與分塊的方法進行土方開挖，且開挖之后需要立即澆筑混凝土墊層。此外，在開挖過程中需要做好挖掘機的控制工作，避免挖掘機碰撞到支撐與鋼格構柱。且需要通過人工開挖的方式進行鋼格構柱周圍區(qū)域的開挖工作。在開挖時需避免挖掘機或車輛直接行走在支撐上，如果無法避免在支撐上行走就需要先在支撐上覆蓋一層厚度在300mm的土，之后再鋪設一層厚度為30mm的鋼墊板[6]。

4.2 做好施工監(jiān)測工作

在深基坑開挖施工時，需要嚴格按照要求進行施工監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)施工中的安全隱患與質量問題。第一，監(jiān)測人員需要根據(jù)設計圖紙制定監(jiān)測要求，并對基坑圍護結構的警戒值進行控制。如果圍護結構的定向水平位移超過警戒值，就需要停止基坑開挖施工，并全面排查原因，在完全消除安全隱患之后再進行開挖施工；第二，在監(jiān)測過程中需要詳細記錄原始監(jiān)測數(shù)據(jù)并判斷是否存在異常值，為施工技術的應用提供支持；第三，需要根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)制定監(jiān)測報告并將監(jiān)測結果反饋到施工中，為施工方案的優(yōu)化與調整提供依據(jù)。

4.3 做好特殊情況處理工作

深基坑開挖施工會受到地下水位、外界環(huán)境等諸多因素的影響，在施工時可能會出現(xiàn)一些特殊情況，所以需要做好特殊情況的處理工作。首先，深基坑開挖施工過程中可能會出現(xiàn)基坑內部管涌、流沙等問題，所以需要提前針對這些問題制定應急預案，提高特殊情況的處理能力；其次，深基坑開挖施工會受到雨天的影響，例如在雨天施工可能會增加深基坑中的水分，繼而造成土坡流失甚至滑坡，所以需要做好天氣觀測工作。如果突降大雨就需要及時停止深基坑開挖施工，并制定深基坑開挖質量優(yōu)化方案，避免深基坑出現(xiàn)質量問題。

4.4 做好技術應用的控制工作

深基坑開挖技術主要包括土方挖掘技術與擋土技術等，在深基坑開挖時需要做好技術應用的控制工作，進一步提高深基坑開挖質量。首先，在開挖過程中需要嚴格控制開挖速度，不能盲目加快施工進度，否則可能會引發(fā)滑坡甚至坍塌等事故；其次，如果存在復雜的邊坡就需要通過人工進行修整并控制好挖掘深度，避免挖掘深度過淺或過深。此外，需要嚴格控制土方開挖量，不能過度開挖，否則可能會影響開挖質量甚至引發(fā)安全事故。

5 結語

為了充分發(fā)揮深基坑開挖施工技術在土建施工中的作用，就需要做好相應的準備工作、科學選擇機械設備，為后續(xù)施工奠定基礎。同時，也需要嚴格控制深基坑開挖過程，確保深基坑開挖的安全性符合要求，且需要進一步研究深基坑開挖施工技術，不斷增強深基坑開挖施工方案的可行性，優(yōu)化土建施工效果。