淺析建筑施工中深基坑施工技術(shù)

陳梓鑫

廣東省第一建筑工程有限公司 廣東 廣州 510000

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，建筑施工中深基坑的應(yīng)用越來越廣泛，已是地下結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)工程不可或缺的一部分施工內(nèi)容。然而，深基坑施工存在安全風(fēng)險和技術(shù)難點，如基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇和設(shè)計、土體變形分析、支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工工藝和基坑降水技術(shù)等方面。為保證深基坑施工的安全、經(jīng)濟(jì)和高效，需要進(jìn)行深入的理論研究和實踐探索。目前，國內(nèi)外對深基坑施工技術(shù)研究已經(jīng)取得了一定的成果，但在具體應(yīng)用中仍存在一些問題。因此，本文將對深基坑施工技術(shù)進(jìn)行探討，為深基坑施工提供更加科學(xué)的理論依據(jù)和實踐經(jīng)驗，以提高深基坑施工的質(zhì)量和安全水平。

1 深基坑施工技術(shù)概述

深基坑施工是指在城市建設(shè)中，為了滿足建筑物的基礎(chǔ)要求，對建筑用地進(jìn)行挖掘深度超過5米，或深度雖未超過5米，但地質(zhì)條件和周圍緩解及地下管線特別復(fù)雜的工程，包括基坑的土方開挖、支護(hù)、降水工程等。使地面下的土體暴露在空氣中，并在施工過程中對土體進(jìn)行圍護(hù)和支護(hù)的工程技術(shù)。深基坑施工的分類主要根據(jù)挖掘深度和施工條件等因素進(jìn)行。根據(jù)挖掘深度的不同，基坑施工可以分為淺基坑、中深基坑和超深基坑；根據(jù)施工條件的不同，深基坑施工可以分為單壁式基坑、雙壁式基坑、開挖上拱式基坑和封閉式基坑等類型[1]。深基坑施工是城市建設(shè)中不可或缺的一部分，其質(zhì)量和安全水平直接關(guān)系到建筑物的使用壽命和人們的生命財產(chǎn)安全。

2 深基坑支護(hù)技術(shù)

2.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)的分類和選擇

深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇要考慮多方面因素，如基坑深度、土質(zhì)條件、建筑物周邊環(huán)境和支護(hù)結(jié)構(gòu)的成本等。一般而言，深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)可以分為傳統(tǒng)支撐式和無支撐式兩大類。傳統(tǒng)支撐式結(jié)構(gòu)包括樁墻（如圖1所示）、鋼支撐、混凝土支撐和樁-梁支撐、鋼梁支撐等，這些結(jié)構(gòu)具有承載力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、經(jīng)濟(jì)性高、適用范圍廣等優(yōu)點，但是施工難度大、對土方開挖不利、對基坑周邊環(huán)境影響大。無支撐式結(jié)構(gòu)包括咬合樁圍護(hù)墻、型鋼水泥土攪拌墻、水泥土重力式擋墻和地下連續(xù)墻等，這些結(jié)構(gòu)簡便、對土方開挖影響小、可以兼做基坑止水帷幕、對環(huán)境影響小，但是成本高、承載能力相對較弱。因此，在選擇深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)時，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行綜合分析和評估，選擇最為合適的支護(hù)方案。同時，在支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工中，要考慮安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和施工難度等方面的平衡，采用科學(xué)的技術(shù)和管理手段，確保施工過程的安全和高效。

圖1 深基坑支護(hù)施工現(xiàn)場

2.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法

（1）了解土體力學(xué)特性。在設(shè)計支護(hù)結(jié)構(gòu)之前，必須了解土體的力學(xué)特性，如土體強(qiáng)度、剛度、變形等參數(shù)，以便確定支護(hù)結(jié)構(gòu)的尺寸和承載能力。

（2）選擇支護(hù)結(jié)構(gòu)類型。根據(jù)土體條件、基坑深度和施工條件等因素，選擇傳統(tǒng)支撐式結(jié)構(gòu)或無支撐式結(jié)構(gòu)。

（3）確定支護(hù)結(jié)構(gòu)的尺寸。根據(jù)土體力學(xué)參數(shù)和支護(hù)結(jié)構(gòu)類型，確定支護(hù)結(jié)構(gòu)的尺寸和形式。

（4）計算支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力。根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)的尺寸和土體力學(xué)參數(shù)，計算支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力和變形特性，以保證其穩(wěn)定性和安全性。

（5）制定支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工方案。根據(jù)設(shè)計結(jié)果和實際情況，制定支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工方案，包括施工工序、施工方法和施工參數(shù)等。

2.3 深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)潛在的安全風(fēng)險

（1）潛在的支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)風(fēng)險

在深基坑支護(hù)工程中，支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)是一種潛在的安全風(fēng)險，主要原因是由于基坑周圍的土體在施工過程中受到一定的力學(xué)作用，導(dǎo)致土體的變形和移動，從而使得支護(hù)結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)發(fā)生變化，甚至失穩(wěn)。造成支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的原因可能有多種，例如地質(zhì)條件復(fù)雜、土體變形引起支護(hù)結(jié)構(gòu)變形等。

為了避免支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)帶來的危害，施工前應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的土質(zhì)勘察和設(shè)計，根據(jù)土體特性和地質(zhì)條件選擇合適的支護(hù)結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行合理的施工工藝和施工監(jiān)測。在施工過程中，需要隨時對支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，并對出現(xiàn)異常的情況及時采取措施，例如加固、調(diào)整支護(hù)結(jié)構(gòu)等。同時，也需要建立應(yīng)急預(yù)案，對支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)可能帶來的影響進(jìn)行評估，并采取相應(yīng)的應(yīng)對措施，確保施工過程的安全性和順利性。

（2）土體沉降導(dǎo)致的支護(hù)結(jié)構(gòu)失效風(fēng)險

在深基坑支護(hù)工程中，土體沉降可能是由于施工過程中土體受力導(dǎo)致的變形和移動，也可能是由于附近建筑物地下結(jié)構(gòu)的影響，例如鄰近基礎(chǔ)施工、管線埋設(shè)等。這些都會導(dǎo)致基坑周圍土體的沉降，從而使得支護(hù)結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)發(fā)生變化，甚至失效。

為了避免土體沉降引起的支護(hù)結(jié)構(gòu)失效風(fēng)險，需要進(jìn)行詳細(xì)的土質(zhì)勘察和設(shè)計，根據(jù)土體特性和地質(zhì)條件選擇合適的支護(hù)結(jié)構(gòu)。在施工過程中，需要加強(qiáng)對基坑周圍土體的監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)土體沉降現(xiàn)象，并采取相應(yīng)的措施，例如加固支護(hù)結(jié)構(gòu)、調(diào)整施工工藝等。同時，也需要加強(qiáng)與附近建筑物地下結(jié)構(gòu)的溝通和協(xié)調(diào)，共同避免對彼此產(chǎn)生影響。在實際工程中，采用適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工技術(shù)，以及有效的施工監(jiān)測和應(yīng)急預(yù)案，可以有效地減少土體沉降導(dǎo)致的支護(hù)結(jié)構(gòu)失效風(fēng)險，確保深基坑施工的安全和順利進(jìn)行。

（3）支護(hù)結(jié)構(gòu)施工工藝導(dǎo)致的風(fēng)險

首先是施工操作不當(dāng)引起的風(fēng)險。例如在混凝土澆筑過程中，如果控制不當(dāng)會導(dǎo)致混凝土澆筑質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，從而影響支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。此外，如鋼筋制作、切割、焊接等施工操作不當(dāng)也可能導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)發(fā)生變化，進(jìn)而引起支護(hù)結(jié)構(gòu)失效的風(fēng)險。其次是施工過程中土體變形和移動導(dǎo)致的風(fēng)險。例如在基坑挖掘過程中，如果掘進(jìn)速度過快，土體變形導(dǎo)致周圍地面下沉過快，從而導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)發(fā)生變化。另外，挖掘過程中若未控制好坑底水位，則可能引發(fā)土體液化現(xiàn)象，加劇土體變形和移動，對支護(hù)結(jié)構(gòu)帶來更大的風(fēng)險。最后是施工材料和設(shè)備質(zhì)量問題導(dǎo)致的風(fēng)險。例如在鋼筋制作過程中，若選用質(zhì)量不良的鋼材或者生產(chǎn)工藝不嚴(yán)謹(jǐn)，將可能導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力下降，從而引起失穩(wěn)的風(fēng)險。同樣，如挖掘機(jī)械設(shè)備的品質(zhì)和維護(hù)保養(yǎng)不到位也可能帶來安全隱患。

因此，在支護(hù)結(jié)構(gòu)施工過程中，必須注重施工操作的規(guī)范和安全措施的落實，加強(qiáng)對土體變形和移動的監(jiān)測和控制，并嚴(yán)格把控施工材料和設(shè)備的質(zhì)量。只有這樣才能有效地避免支護(hù)結(jié)構(gòu)施工工藝帶來的風(fēng)險，確保深基坑施工的安全和順利進(jìn)行。

2.4 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力分析的注意事項

首先，確定材料強(qiáng)度參數(shù)時需要考慮實際情況，如材料的強(qiáng)度、變形特性、抗剪強(qiáng)度等。不同材料的強(qiáng)度參數(shù)不同，需要根據(jù)實際情況進(jìn)行測量或推算，以確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。其次，地下水對基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的影響需要被考慮進(jìn)去。地下水會對土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，因此在受力分析中需要考慮地下水的作用。同時，基坑內(nèi)的降水也需要被考慮進(jìn)去，因為降水量的大小和降水方式對基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和土體的穩(wěn)定性也有影響。最后，土體非線性變形也需要被考慮。在深基坑工程中，土體的變形可能是非線性的，因此需要采用合適的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析。同時，還需要注意分析過程中的誤差和不確定性，以確保分析結(jié)果的可靠性。

3 深基坑降水技術(shù)

3.1 基坑降水的原理和方法

深基坑施工中，當(dāng)?shù)叵滤桓哂诨拥撞繒r，需要采用降水技術(shù)降低地下水位，以確?；邮┕さ陌踩晚樌M(jìn)行?；咏邓脑硎峭ㄟ^建立抽水井，將井內(nèi)的水抽出，形成地下水位的下降，從而達(dá)到降低基坑周圍水位的目的[2]?；咏邓椒ㄖ饕ㄅ潘邓?、重力式井下泵送降水法、負(fù)壓井降水法和輕型井點降水等。在降水施工中，應(yīng)根據(jù)基坑周圍地質(zhì)情況和施工要求，選擇合適的降水方式和相應(yīng)的降水工藝，以確保施工安全和經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 基坑降水方式的適用類型

（1）排水井降水法

排水井降水法是一種較為常見的基坑降水方式，其主要原理是通過挖掘井孔，在井孔內(nèi)安裝水泵，將井孔內(nèi)的水抽出，從而形成地下水位的下降，以達(dá)到降低基坑周圍水位的目的。該方法適用于地下水位較高的情況，一般適用于深度不超過10m的淺基坑和地下室的降水。該方法的優(yōu)點是降水效果較好，施工簡單，成本相對較低。但是，其缺點是需要挖掘較深的井孔，施工周期長，且可能對周圍環(huán)境產(chǎn)生影響。此外，在井孔內(nèi)安裝水泵時還需要考慮水泵的安全和維護(hù)問題。

（2）重力式井下泵送降水法

重力式井下泵送降水法主要原理是通過設(shè)置泵站，將周圍地下水引入泵站，通過重力作用將地下水泵送出去，從而實現(xiàn)基坑周圍地下水位的降低。該方法適用于地下水位較高的深基坑和地下室降水，優(yōu)點是降水效果好，可以控制基坑周圍水位的下降速度，施工成本相對較低。但是，其缺點是需要進(jìn)行深度較大的開挖和安裝泵站等設(shè)備，施工周期相對較長，且需要考慮泵站的設(shè)置和維護(hù)問題。

（3）負(fù)壓井降水法

負(fù)壓井降水法是一種基坑降水方式，其主要原理是通過建立負(fù)壓井，在井內(nèi)設(shè)置水泵，使井內(nèi)形成低壓區(qū)域，從而吸引周圍地下水進(jìn)入井內(nèi)，并通過水泵將地下水抽出去，以達(dá)到降低地下水位的目的。該方法適用于地下水位較高的基坑和地下室降水，其優(yōu)點是降水效果好，且對周圍環(huán)境影響較小。缺點是設(shè)備投資較高，施工周期較長，還需要考慮負(fù)壓井的設(shè)置和維護(hù)問題。

（4）輕型井點降水

輕型井點降水通過在井筒周圍設(shè)置多個輕型井點，利用泵站將基坑內(nèi)的地下水抽至井筒中，并通過管道將水排出基坑外。相比于其他降水方式，輕型井點降水具有操作簡便、費用低廉等優(yōu)點，且對基坑內(nèi)土體的影響較小，適用于對基坑周圍環(huán)境影響要求較高的場合。此外，輕型井點降水也適用于基坑深度不大、降水量較小的情況。但對于基坑較深、降水量較大的情況，輕型井點降水則可能無法滿足要求，需要采用其他降水方式。

3.3 不同土質(zhì)基坑止水帷幕選擇

（1）砂質(zhì)土壤

在基坑降水中，選擇適當(dāng)?shù)闹顾∧豢梢越档偷叵滤徊⒈Ｗo(hù)基坑安全。對于砂質(zhì)土壤，其滲透性較高，一般選擇圍護(hù)結(jié)構(gòu)比較困難，止水帷幕是一種較好的選擇。針對砂質(zhì)土壤，可采用灌注樁止水帷幕、鋼板樁止水帷幕、注漿止水帷幕等方式進(jìn)行基坑圍護(hù)。在選擇止水帷幕時，需要考慮砂質(zhì)土壤的孔隙度和飽和度等因素，以確定止水帷幕的深度和厚度。對于較厚的砂層，通常需要設(shè)置多層止水帷幕，以保證較好的止水效果。同時，針對部分靠近河床等富含流動地下水砂質(zhì)土壤的地質(zhì)條件，采用常規(guī)的高壓旋噴樁、注漿等因流動水的存在會導(dǎo)致成樁效果較差，可采用地下連續(xù)墻、灌注樁+高壓旋噴樁或鋼板樁止水帷幕和咬合樁、但鋼板樁若砂質(zhì)土壤中存在較大孤石的話不利于施打；地下連續(xù)墻和灌注樁+高壓旋噴樁的施工成本較大；咬合樁在存在孤石及富含流動地下水區(qū)域作為止水帷幕的效果及經(jīng)濟(jì)適用性較高，但因施工工藝涉及超緩混凝土，應(yīng)在施工中嚴(yán)格控制施工時間。在實際工程中，還需要針對砂質(zhì)土壤的具體情況進(jìn)行綜合評估，包括地下水位、砂土含水量、土層厚度等因素，以確定最佳的止水帷幕設(shè)計方案和施工工藝，以確?；邮┕さ陌踩徒?jīng)濟(jì)效益。

（2）粘土質(zhì)土壤

對于粘土質(zhì)土壤，其滲透性相對較低，圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工相對容易，但粘土的收縮和膨脹性較強(qiáng)，易造成基坑失穩(wěn)和變形。因此，在選擇止水帷幕時，需要考慮粘土質(zhì)土壤的特性和施工環(huán)境等因素，以確定最佳的止水帷幕設(shè)計方案和施工工藝。常見的止水帷幕包括灌注樁止水帷幕、搪砂土壤圍護(hù)、混凝土攪拌樁、注漿止水帷幕等。其中，灌注樁止水帷幕是較為常見的選擇，可采用孔隙灌注樁、鉆孔灌注樁等形式，以提高止水效果和圍護(hù)穩(wěn)定性。此外，在施工過程中需要注意保持土體的濕潤狀態(tài)，避免因水分流失導(dǎo)致土壤干裂和圍護(hù)失穩(wěn)等問題。對于特殊情況下的粘土質(zhì)土壤，如軟土層、粘性土層等，還可以采用增強(qiáng)措施，如纖維增強(qiáng)土壤、加筋土壤等，以提高止水帷幕的穩(wěn)定性和耐久性。

（3）巖石土壤

對于巖石土壤，其滲透性極低，一般不需要采用止水帷幕進(jìn)行基坑圍護(hù)。但在某些情況下，如巖石裂隙較大或砂石夾層較多等特殊情況下，需要采用適當(dāng)?shù)闹顾胧┻M(jìn)行圍護(hù)，以確?；邮┕さ陌踩徒?jīng)濟(jì)效益。常見的止水措施包括注漿止水帷幕、鋼板樁止水帷幕、噴錨錨桿等。其中，注漿止水帷幕是比較常見的選擇，可采用水泥漿、環(huán)氧樹脂等材料進(jìn)行注漿，以形成堅固的止水帷幕[3]。此外，在施工過程中需要注意選擇合適的注漿方式和注漿參數(shù)，以確保止水帷幕的穩(wěn)定性和密封性。對于巖石土壤的圍護(hù)，還需要考慮到圍巖的穩(wěn)定性和施工難度等因素，以確定最佳的圍護(hù)設(shè)計方案和施工工藝。此外，在實際施工中需要采用適當(dāng)?shù)陌踩胧┖驮O(shè)備，以保障工人和設(shè)備的安全。

4 結(jié)語

本文旨在探討深基坑施工中的關(guān)鍵問題，包括支護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇、降水技術(shù)、止水帷幕選擇等方面，進(jìn)一步探討了支護(hù)結(jié)構(gòu)的分類、設(shè)計方法和施工工藝等，為深基坑施工提供了理論和實踐指導(dǎo)。深基坑施工未來將面臨更多的技術(shù)和管理挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步深入研究和探索，提出更加創(chuàng)新和可行的解決方案。同時，要加強(qiáng)與相關(guān)領(lǐng)域的交流和合作，推動深基坑施工技術(shù)的不斷發(fā)展和提高，為城市建設(shè)和發(fā)展作出貢獻(xiàn)。