地下結(jié)構(gòu)基坑工程施工的關(guān)鍵技術(shù)研究

李祖科

（湖南省第十工程有限公司，湖南 長沙 410000）

0 引言

伴隨城市化不斷加快，出現(xiàn)了更多的地下結(jié)構(gòu)工程，各種地質(zhì)環(huán)境及工程特征決定了各種基坑建設(shè)方案，基坑施工效果與安全，同地下結(jié)構(gòu)質(zhì)量及安全息息相關(guān)。因基坑施工決定地下結(jié)構(gòu)施工成敗，應(yīng)該對其分項(xiàng)工程、技術(shù)核心點(diǎn)進(jìn)行歸納研究，以確保建設(shè)質(zhì)量和安全。

1 常見地下結(jié)構(gòu)工程及其基坑安全建設(shè)管理

（1）常見的土建地下結(jié)構(gòu)工程。通常情況下，包含房屋建筑基礎(chǔ)項(xiàng)目、地下構(gòu)筑物，如水池等。部分地下結(jié)構(gòu)埋深較大產(chǎn)生深基坑，施工過程受限于諸多條件，包含氣候、附近環(huán)境等，易被土層擾動、荷載和自然條件等影響，施工情況比較復(fù)雜，存在一定的難度。結(jié)合功能以及理念要求，危險(xiǎn)系數(shù)較大的分項(xiàng)工程除了會提高施工難度，也將影響地下結(jié)構(gòu)建設(shè)質(zhì)量及安全。

（2）地下結(jié)構(gòu)基坑安全施工管理。正式施工前，要結(jié)合施工組織設(shè)計(jì)與圖紙，根據(jù)基坑項(xiàng)目施工特征，有效制定施工方案，指導(dǎo)后期作業(yè)開展。從專項(xiàng)方案來分析，應(yīng)該對開挖方式、排水方式等進(jìn)行確定，綜合考慮環(huán)保與文明作業(yè)等因素，確保建設(shè)方案的科學(xué)性；應(yīng)該制定應(yīng)急救援方案，有效發(fā)揮各方力量，一旦出現(xiàn)事故，可以及時(shí)采取救援機(jī)制，開展救援，盡量防止傷亡出現(xiàn)。針對開挖深度低于5m 的工程，要通過專家來論證方案[1]。論證方案內(nèi)容是否全面、有效；圖紙能否滿足有關(guān)要求，能否達(dá)到現(xiàn)場實(shí)況需求，能否保證施工安全?；邮┕つ芊裾ｉ_展，應(yīng)落實(shí)好以下方面施工管理，包括邊坡防護(hù)、土方開挖以及回填等。

2 基坑地下水處理施工技術(shù)

地下水很大程度上能影響基坑，在水和土體的作用下，會弱化土體可靠性及強(qiáng)度。含水量偏大，屬于導(dǎo)致基坑失穩(wěn)的核心因素之一。降水以及截水，能夠切實(shí)截住滲水，提升邊坡可靠性，避免流失，減小含水率，方便進(jìn)行作業(yè)，同時(shí)可以增強(qiáng)抗剪強(qiáng)度以及基坑可靠性，還能夠降低頂托力。要結(jié)合地質(zhì)水文情況、附近環(huán)境等，選擇使用相應(yīng)的形式來控制地下水。結(jié)合地下水含量，采取降低水位等手段來確保開挖正常開展，如果水位降幅比較明顯，可考慮回灌方式。通常來講，地下水處理包含降水法及止水法。

（1）降水法。也就是通過抽水設(shè)備抽水，讓水位下降到基坑地面50cm 之下，確保土體干燥。經(jīng)常使用集水明排法，也就是將集水坑布設(shè)于坑底，通常處在基坑地下一兩米左右，附近開挖排水溝，使水流進(jìn)坑中，通過水泵抽走。此技術(shù)便于排水，所以被大力推廣。當(dāng)土體質(zhì)地是細(xì)砂時(shí)，這一技術(shù)會形成流砂情況，有時(shí)還會降低承載力，導(dǎo)致坍塌，影響附近地面下沉。為避免流砂，要在枯水期作業(yè)，當(dāng)然，也能把板樁打到基底，降低水力梯度；或者根據(jù)井點(diǎn)降水。對于井點(diǎn)降水施工技術(shù)，也就是在基坑附近建設(shè)濾水管（圖1）及濾水井，開挖期間持續(xù)收水，讓水位降到基坑地面，直到完工。優(yōu)勢包括：助于基坑挖土一直維持干燥狀態(tài)，提高密實(shí)度，由此提高承載力，不足之處，讓使周圍地基形成沉降，要提前分析此因素對附近環(huán)境干擾，實(shí)施可行的預(yù)防舉措。該項(xiàng)技術(shù)常見包括輕型井點(diǎn)以及管井，要結(jié)合深度、水位等來布設(shè)井點(diǎn)，降水深度能實(shí)現(xiàn)12m，適用潛水層降水。管井降水深度能夠?qū)崿F(xiàn)15m，適用承壓水層降水。為避免造成沉降，確保管線安全，當(dāng)水位降幅比較突出時(shí)可考慮回灌技術(shù)，布設(shè)觀測井，對水位情況進(jìn)行監(jiān)測。在施工結(jié)束，具有抗浮條件，才能停止降水[2]。

圖1 濾水管

（2）止水法。也就是在基坑附近建設(shè)防滲帷幕，截?cái)嗨?。?shí)際做法，包括水泥樁、連續(xù)墻等，攪拌樁常常和灌注樁融合，產(chǎn)生可靠結(jié)構(gòu)，能夠擋土，也能夠起到隔水帷幕作用。

3 護(hù)坡、基坑支護(hù)及監(jiān)測施工技術(shù)

基坑土體可靠，一般通過摩擦力與粘聚力來實(shí)現(xiàn)平衡，若缺少平衡，將出現(xiàn)坍塌，將影響地下結(jié)構(gòu)作業(yè)，甚至影響附近建筑與地面，因此，邊坡防護(hù)及基坑支護(hù)非常關(guān)鍵。

（1）護(hù)坡技術(shù)。要結(jié)合土質(zhì)情況、水位、附近建筑狀況等來選取邊坡，坡度要確保邊坡可靠。通常來講，在土質(zhì)和外界環(huán)境影響下，如細(xì)砂液化，會導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度降低；坡頂有著動荷載，土體自重增加；滲流會導(dǎo)致剪應(yīng)力提高，有時(shí)還會大于抗剪強(qiáng)度。以上均能導(dǎo)致邊坡失去穩(wěn)定、出現(xiàn)滑動?；诖?，要和邊緣有著適當(dāng)距離，隨挖隨運(yùn)，不能存在動荷載，防止造成塌方。還要有效排除地面水，避免侵入邊坡。為了保證坡面可靠以及堅(jiān)固，要合理放緩坡度。結(jié)合現(xiàn)場狀況，可使用砂漿、混凝土等護(hù)坡。

（2）基坑支護(hù)。支護(hù)結(jié)構(gòu)常常用于基坑，承受土壓力、荷載等，發(fā)揮擋土以及止水效果，避免坍塌，保證施工安全，防止危害周圍建筑及設(shè)備。支護(hù)結(jié)構(gòu)包括泥土樁、旋噴樁，也包括土釘墻（圖2）、鋼板樁等。泥土樁以及旋噴樁是利用機(jī)械把原狀土與水泥固化，產(chǎn)生水泥土墻。借助重力保持整體穩(wěn)定，又當(dāng)作止水結(jié)構(gòu)，能靈活布設(shè)，使用低于6m 的基坑[3]。作業(yè)時(shí)要結(jié)合配合比配制水泥漿，充分掌握標(biāo)高，可引入輕型觸探技術(shù)來對樁身強(qiáng)度進(jìn)行檢查。結(jié)合深度以及地質(zhì)水文，排樁通常使用懸臂式結(jié)構(gòu)。利用帶鎖口結(jié)構(gòu)銜接與咬合產(chǎn)生擋墻，具備一定止水效果，可重復(fù)利用、便于施工，然而變形較大，開挖深度為4~6m 時(shí)候，需要布設(shè)支撐，適用軟土區(qū)域。將攪拌樁與H 型鋼結(jié)合，產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)不但具備止水作用，也有著較強(qiáng)的剛度，適用8~10m 的基坑。

圖2 土釘墻

對于混凝土灌注樁來講，它屬于一種經(jīng)常使用的支護(hù)結(jié)構(gòu)，一般選擇間隔式排列，組合方法，在起到擋土作用的同時(shí)，也能發(fā)揮止水效果。常常應(yīng)用于深基坑支護(hù)。就地下連續(xù)墻而言，既能當(dāng)作支護(hù)結(jié)構(gòu)，也能當(dāng)作承重結(jié)構(gòu)，剛度較好、變形不大，適用軟土地區(qū)，也適用深基坑支護(hù)。土釘墻也屬于一種支護(hù)結(jié)構(gòu)，布設(shè)鋼筋，基于鉆孔注漿，產(chǎn)生復(fù)合土體，借助鋼筋網(wǎng)噴射，由此嵌固土體，提高邊坡可靠性。此結(jié)構(gòu)適用于深度低于5m 的基坑，不能用于淤泥質(zhì)土。對于灌注樁、連續(xù)墻等，一般在頂端布設(shè)冠梁，進(jìn)而增強(qiáng)擋墻剛度，避免頂部位移。針對較深基坑，為降低變形以及位移，還需要布設(shè)支撐以及拉錨體系。支撐體系一般使用鋼支撐，包含支撐以及立柱等構(gòu)件，用來承受土壓力以及水壓力。橫向支撐結(jié)合基坑大小與深淺，可使用對撐以及角撐，要具有一定的強(qiáng)度以及可靠性，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造要科學(xué)穩(wěn)定，同時(shí)避開軸線。使用錨索，因?yàn)榭又胁淮嬖谥握系K，所以能夠優(yōu)化作業(yè)條件，提升作業(yè)效率與質(zhì)量，可用于砂土以及深基坑支護(hù)。

（3）監(jiān)測與變形控制。正式開挖之前，需要明確監(jiān)測方案。因?yàn)殚_挖以及支護(hù)存在動態(tài)性，為進(jìn)一步指導(dǎo)作業(yè)，要及時(shí)開展監(jiān)測以及變性控制，對以下項(xiàng)目開展監(jiān)測，包括土體變形、水位和附近建筑等。一旦變形大于標(biāo)準(zhǔn)，要提高觀測次數(shù)，當(dāng)存在事故征兆時(shí)，要持續(xù)觀測，同時(shí)實(shí)施可行措施管控變形，立即消除隱患，確保基坑安全。以下是變形監(jiān)控值：一級基坑，墻頂位移監(jiān)控值3cm，墻體位移監(jiān)控值5cm，沉降監(jiān)控值3cm；二級基坑，墻頂位移監(jiān)控值6cm，墻體位移監(jiān)控值8cm，沉降監(jiān)控值6cm；三級基坑，墻頂位移監(jiān)控值8cm，墻體位移監(jiān)控值10cm，沉降監(jiān)控值10cm。

4 開挖方式以及回填施工技術(shù)

（1）基坑開挖以及土體加固。一般來講，要在水位下降到基坑地面50cm 之下時(shí)實(shí)施開挖作業(yè)，開挖期間，要注意檢查地下水位，判斷是否滿足設(shè)計(jì)標(biāo)高，確保開挖面干燥。土方要堅(jiān)守有關(guān)原則，包括分層開挖。支護(hù)結(jié)構(gòu)作業(yè)要和挖土充分結(jié)合，伴隨挖土深入，側(cè)壓力與變形均會提高，要立即布設(shè)支撐降低變形，不能先挖后撐。要結(jié)合基坑面積、深度以及土質(zhì)條件等，來選取開挖方式。一般來講，包括分段以及分層開挖方式。在平面缺乏規(guī)整、土質(zhì)不好時(shí)，要選擇第一種開挖方式，一邊開挖一邊澆筑，分段長度應(yīng)該低于25m[4]。當(dāng)基坑比較深、土質(zhì)較好時(shí)，要選擇第二種開挖方式，挖到基底30cm 位置時(shí)，通過人工修整挖到標(biāo)高。這一種方式要結(jié)合分層以及對稱原則開展，通常從中間向兩邊開挖。在多層分層的情況下，要選擇階梯式分層方式。不論是哪一種開挖方式，都要考慮邊坡的可靠，避免出現(xiàn)塌方，若有必要開展土體加固，增強(qiáng)土體強(qiáng)度以及側(cè)向抗力，降低變形，避免滲流，有效處理插入深度不夠問題。對于土體加固可以考慮注漿法，比如壓密注漿以及噴射注漿。通過土體固結(jié)來增強(qiáng)抗壓力，尤其軟土區(qū)域，能夠增強(qiáng)土體抗力，降低支護(hù)結(jié)構(gòu)變形。

（2）回填施工要點(diǎn)?；靥钔镣临|(zhì)要滿足要求，不能存在石塊或者碎磚，不能使用建筑垃圾，要使用黏性土、素土壓實(shí)，根據(jù)要求攪拌水泥土?；炷翉?qiáng)度要滿足設(shè)計(jì)要求，在達(dá)到抗浮條件之后才能開展回填。例如，使用抗浮錨桿（圖3），在強(qiáng)度滿足標(biāo)準(zhǔn)的前提下才能開展土方回填，適時(shí)開展上部施工。最大程度使用同類土回填，不能混合利用土料?；靥钜鶕?jù)排水順序，從高處到地處進(jìn)行回填，有著不一樣標(biāo)高時(shí)，要先回填低處，在達(dá)到一樣標(biāo)高之后再進(jìn)行澆筑。要分層壓實(shí)，厚度要低于0.5m，一般可以使用夯實(shí)法、壓實(shí)法等方式。土料類型、含水量、壓實(shí)次數(shù)均能決定壓實(shí)效果，可結(jié)合需求選取實(shí)驗(yàn)段明確，通常壓實(shí)度超過94%。

圖3 抗浮錨桿

5 基槽開挖施工技術(shù)

選擇天然地基土當(dāng)作持力層時(shí)，一般可以使用黏土層、砂層，承載力特征值要超過160kPa。當(dāng)對持力層進(jìn)行開挖時(shí)，不能在雨天開展，同時(shí)開展干作業(yè)處理，避免浸泡使承載力下降，開挖要使用降排水舉措。進(jìn)入持力層超過20cm，完成基槽開挖之后要立即開展驗(yàn)槽，確定承載力達(dá)到要求之后立即封底，避免長時(shí)間暴露，防止影響持力層，正式澆搗之前，要做好浮土清理工作。在基槽開挖遇上異常狀況時(shí)，要立即反饋，持力層小于設(shè)計(jì)標(biāo)高，要持續(xù)挖到持力層，通過素混凝土換填到標(biāo)高。在有著淤泥、黏土?xí)r，如果不進(jìn)行處理將引起沉降偏大等情況，有時(shí)還會出現(xiàn)地基剪切破壞。可選用的處理方式包括換填法、排水固結(jié)等。較為普遍的土方置換，如果是粉質(zhì)黏土，要挖除所有軟弱土層，隨后換填墊層，通過振碾密實(shí)，可引入輕型觸探技術(shù)來對承載力進(jìn)行檢查，承載力特征值要超過160kPa[5]。使用樁基礎(chǔ)時(shí)，因?yàn)榈鼗锻?，抗剪?qiáng)度顯著下降，并且挖土高差產(chǎn)生側(cè)向推力，可能形成橫向位移，讓樁形成位移以及傾斜，容易導(dǎo)致垂直承載力下降，給樁身的完整帶來影響。

6 結(jié)語

基坑工程由于地下結(jié)構(gòu)項(xiàng)目特征、技術(shù)運(yùn)用等的差異而存在不一樣的建設(shè)難度，實(shí)際建設(shè)中要結(jié)合實(shí)況選取適當(dāng)?shù)淖鳂I(yè)方案，全面遵守有關(guān)施工要點(diǎn)，強(qiáng)化所有環(huán)節(jié)的施工管控，確保施工正常開展，保證基坑質(zhì)量及安全，最終實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目施工目標(biāo)。