深基坑開挖與支護施工技術研究

摘 要：為著力提高工民建施工水平，減少深基坑施工問題，相關人員需將深基坑施工作為重點，關注深基坑現場條件，選擇最佳的開挖與支護技術，提高深基坑結構性能。基于此，著重分析工民建中的深基坑開挖與支護技術的類型及要點，以期為同類型項目提供參考與借鑒。

關鍵詞：工業與民用建筑；深基坑開挖；支護技術

中圖分類號：TU473? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2023）12-0032-03

0 引言

深基坑施工是許多高層、大體積建筑的施工重點，一旦深基坑開挖與支護存在問題，后續施工中的安全風險大，易發生事故。因此，要注重深基坑開挖與支護。每一工程的基坑條件有所不同，相關人員需考慮這些特殊性，優化深基坑開挖與支護的施工技術體系。

深度超過5 m的建筑基坑要執行深基坑防護標準。此類深基坑的深度較大、要求較高，開挖與支護過程中經常面臨一系列安全隱患。相關人員在施工之前，需進入現場了解深基坑現場的土質、水文等基本情況，制定基坑開挖與防護方案。

1 深基坑施工的特點

1.1 施工難度較大

深基坑工程施工中面臨各種問題，如環境問題、技術難題等，這些都是需關注的重點方面。工民建項目中面臨的地理條件較為復雜和多變，這是施工中需尤其關注的方面[1]。深基坑施工期間，現場可能面臨不良地質，比如軟土條件的土層含水量較高，在這樣的環境下施工必須提前進行降水和排水工作，并且應加固土體。

1.2 安全風險大

深基坑施工期間面臨諸多的安全風險，這些風險來自于設備、環境、人員等方面。無論在工民建深基坑施工期間采用何種技術，有關人員都需要提前辨識風險，確定風險類型、出現環節、影響程度，制定最佳的風險防控措施。

2 工民建中的基坑開挖技術

2.1 放坡施工法

深基坑施工期間，放坡挖土為直接分層放坡開挖方式，其施工作業空間大，施工效率高，耗時短。如工民建深基坑施工為無支護的土方開挖，可選擇此方式，該方式一般無法用于城市建筑中。當基坑深度在5～20 m，周圍環境條件符合要求時，施工人員需進行一系列的分析與計算，規范操作，以確保土坡結構的穩定性。

基坑工程中放坡開挖應注意以下要點：①如現場條件符合要求，且經由專業人員的計算與檢驗后確認邊坡相對穩定，可選擇放坡開挖技術。多級放坡的工況下施工人員需驗算各級邊坡的穩定性。如坡腳附近有局部坑內深坑，需按深坑深度為參考檢驗與計算邊坡的穩定性。②施工前安排專人進入現場展開調研，了解地質、水文等基本情況，得到土層性質、開挖深度、荷載等基本數據，據此計算坡體坡度、放坡平臺寬度。基坑工程為多級放坡開挖情況時，坡間放坡平臺寬度需達3 m以上[2]。③無隔水帷幕放坡開挖基坑采用降水措施時，需在單級放坡基坑的坡頂布設降水系統。④坡體表面應以基坑開挖深度、基坑暴露時間、土質情況等為參考，確定最佳的護坡方式。

2.2 中心島式挖土法

中心島式挖土方式多用在大型基坑中。開挖作業期間以中心作為支點，向四周開挖土方，利用中心島作為支點架設支護結構，以提高開挖施工的安全性。

支護結構有角撐、環梁式、邊桁架式3種，現場作業時可將中間土墩作為支點搭設棧橋，挖掘機經棧橋下到基坑進行挖土，運土的汽車也能經棧橋運土。在現場如能規范利用中心島式挖土法，可確保挖土及運土的速率相對較高。但此方式下也存在一定的缺點，挖除基坑四周的土體，支護結構長時間承擔荷載，軟黏土的時間效應顯著，如時間持續延長，支護結構可能存在或大或小的變形，不利于保障基坑結構的穩固性。如果基坑深度大、地下水位高，開挖土體處于地下水位以下，有關人員需盡早采取降水措施。

2.3 盆式挖土法

盆式挖土法即為先開挖基坑中間的土方，周圍四邊預留土坡，最后再挖除。利用盆式挖土法開挖深基坑時，周邊土體對圍護墻產生了一定的支撐作用，能最大程度上減小圍護墻的變形。但開挖期間產生的土方較多，運送不便。對有支護的土方開挖、基坑面積較大、支撐，或者拉錨作業困難、不具備放坡條件時，優先采用盆式挖土法。

3 工民建中深基坑支護技術

3.1 土方支護

伴隨著深基坑開挖作業，對土體的擾動較大，為降低結構失穩風險，相關人員需合理應用土方支護技術，以增強土方的穩定性、安全性，最大程度上避免土方有坍塌、滑動現象。施工中需結合實際情況來選擇支護形式，比較常用的支護形式有以下5種。

3.1.1 土體抗力支護

土方支護作業中，可利用土體自身的抗力來進行支護。因為土體抗力的支護能力有限，主要用在淺基坑施工條件下。如現場土體情況良好，坑壁傾斜度較小，施工期間可增加土體的摩擦阻力、內聚力、抗剪強度，保持土體的自穩。即使不施加外力，土體也能保持相對的穩定性，不會出現明顯的坍塌或者滑移。

與其他類型的土體支護方式相比，土體抗力支護的成本較低，整個施工過程簡單，施工污染小，在管道溝槽、小型工業場地的基坑施工中效果較為理想。如基坑深度較大，且土質相對疏松，坑壁傾斜度較大，僅依賴土體自身抗力無法形成穩定的支護結構，就需要采取其他的土體支護方式。

3.1.2 邊坡支護

邊坡支護為土方支護中的關鍵技術，能有效支護、保護基坑邊坡。為提高邊坡支護的施工效果，有關人員需了解基坑周圍的土體性質、坡度及深度、周邊建筑物的分布及類型，選擇最優的支護結構。

現階段的邊坡支護方面主要有混凝土護坡、加筋土護坡、鋼筋網護坡、巖石錨桿護坡等，每種支護方式都有各自的特點，施工期間應根據現場情況來選擇。一般來說，混凝土護坡的應用范圍廣，此技術的施工流程簡單，形成的支護結構穩定，大部分土壤及邊坡均可利用該方法。加筋土護坡時需使用纖維、網格、鋼筋等材料，以增強土體的抗剪強度，達到支撐效果。鋼筋網護坡施工時，有關人員需在邊坡表面鋪設鋼筋網，將其與基坑中的混凝土墻相固定，以預防土體滑動、坍塌。巖石錨桿護坡下需在邊坡結構中打入巖石錨桿，將其與鋼筋網、混凝土墻等支護結構相固定，從而保持邊坡的穩定性、抗震性[3]。邊坡支護時相關人員需關注邊坡土體的類型及特點，合理選擇支護方式，并做好監測工作，在有異常的情況下及時處理。

3.1.3 土釘支護

土方支護方面土釘支護的應用較多，不僅具有經濟性優勢，也具有技術性優勢。在淺基坑或者土質較差的情況下可采用土釘支護技術。土釘支護具有成本低、效率高、施工便捷的優勢。通過鋼筋混凝土構件與土體之間的力學連接可形成整體結構，降低土體失穩風險。

深基坑作業中如采用土釘支護技術，施工人員需做好土釘的選型，參考土體性質、基坑深度、支撐時間等。考慮到土釘支護的技術原理，鋼筋混凝土構件的性能對支護效果存在直接影響，主要可利用玻纖土釘、碳纖維土釘等。土釘支護作業中有關人員也需從現場情況出發優化施工方案，如基坑相對較小可直接利用手工挖孔、手工鉆孔等傳統方式，大型基坑則需采用機械化作業方式，如機械鉆孔、土釘射釘等。

3.1.4 土壤釘支護

深基坑支護施工中土壤釘支護也較為常用。在整個支護體系中，釘子能將鋼筋或纖維增強材料固定于土體中，構成整體性結構，使土體具有一定的抗拉強度、抗剪強度。應合理選用釘子，注意釘子的數量、長度，以確保所選用的釘子符合基坑深度、土體性質、結構支護需求。在埋設釘子時，應保持埋設深度的合理性，且需要控制相鄰釘子的間距，以避免釘子分布不均影響支護效果。為實現釘子與土體之間的固結，一般直接使用混凝土或者噴射混凝土。

因為混凝土的性能特殊，能填充釘孔，并連接釘子，增強支護結構的完整性。噴射混凝土的加固方式較為常用，能構成穩固的支護結構。在噴射混凝土期間應由專業人員來負責，這些人員需注意混凝土的坍落度與噴射壓力，保持噴射的均勻性、全面性，使混凝土完全覆蓋于支護結構。但結合工民建深基坑中的土壤釘支護情況，此方式也存在一定的不足，其對土壤釘的數量、長度有限制，如深基坑深度異常大，需布設更多的土壤釘，施工難度大且成本較高[4]。釘子與土壤之間的結合效果與溫度、濕度等環境因素存在直接關系，為此施工期間應安排專人監測環境參數。

3.1.5 樁墻支護

工民建項目對深基坑支護的高要求，在一些情況下可選擇樁墻支護技術，特別是在基坑深度較大、土質較差的情況下，樁墻支護的效果理想。樁墻支護是將鋼筋混凝土樁或混凝土樁直接打入打下，使其與周圍土體相結合構成連續的支撐墻，利用該墻體來保持周邊土體的穩定性。

與其他土體支護技術相比，樁墻支護的支撐力大、剛度高，構成的支護結構更為穩定，能預防基坑周邊土體的沉降。如施工現場采用樁墻支護技術，施工人員在設置鋼筋混凝土樁、混凝土樁時應關注數量，并保持這些樁體的質量，合理填充土壤或者混凝土材料。現場作業中有關人員需綜合土質、水文等特點，選擇恰當的樁墻結構。

3.2 結構支護

3.2.1 鋼支撐

利用鋼支撐可增強深基坑的穩定性，其支撐原理為鋼材的強度與剛度優勢，使用鋼材可支撐周邊土體。在實際施工中采用鋼支撐結構，整個安裝過程簡單、工作量小，且成本相對較低。當然，鋼支撐還具有其他優點，如鋼材的可塑性和可變形性決定了其能在較大的變形范圍內起到支撐作用，具有較強的適用性，在許多深基坑中均可利用這一技術。如要達到支撐目標，有關人員還需要進行局部加固或移動處理，以應對基坑開挖期間的結構變化。

3.2.2 混凝土墻

深基坑中可采用混凝土墻能加固結構應對變形。施工期間，有關人員需在基坑周邊設置混凝土墻板或者墻壁，用這些結構支撐周圍的土體。與其他支護方式相比較，混凝土墻支護結構能同時承受水平與豎向的荷載作用，所形成的支護結構性能優越。混凝土墻的結構及材料都決定了其良好的穩定性，可給深基坑提供更大的支撐力，最大程度上降低施工風險。不過，混凝土墻支護時的成本較高，在現場不僅需搭設模板，還需要澆筑混凝土，材料、人工費用高。

3.2.3 擋土墻

擋土墻主要是通過疊加不同的土方來支撐基坑結構的，對預防土方坍塌、崩塌等具有明顯的作用。為發揮擋土墻在支護方面的優勢，相關人員必須在現場進行一系列調研，掌握基坑的基本參數，考慮土體的自然角度、土壤承載力等，優化擋土墻結構參數，使其具有較高的結構承載力[5]。擋土墻支護施工的流程少，可選擇機械或者人工挖掘方式，整個施工過程中的成本較低，在一些對支護有嚴格要求的情況下，可將擋土墻支護與其他方式相結合。

3.2.4 樁支撐技術

深基坑工程現場利用樁支撐技術時，有關人員需在支撐位置鉆孔，并將鋼筋混凝土澆筑于每一鉆孔。鋼筋混凝土的承載力高，在鉆孔中澆筑鋼筋混凝土后，樁體可利用混凝土的性能，提高其支護能力。為凸顯樁支撐技術的作用，有關人員在前期需進行一系列測量與計算，精確定位鉆孔位置，控制每一鉆孔的孔深、孔徑等參數。

在利用樁支撐技術時鉆孔雖可疏散、緊密布置，但需根據實際需求來選擇。澆筑施工期間相關人員需在樁頂澆筑一大層鋼筋混凝土，以預防后續施工期間地下水滲入沙土等情形。一旦有地下水滲透現象，施工人員需立即采取防控措施，否則地下水將降低樁身性能。

3.2.5 深層攪拌樁支護

深基坑支護期間，合理利用深層攪拌樁能提高基坑結構的穩固性。施工過程中有關人員需根據支撐需求準備高性能石灰或水泥，將這些作為固化材料，并將其與攪拌裝置中的軟土相混合，使混合料充分固化構成樁體。深層攪拌樁的耐水性、穩定性較強，在深基坑中能發揮支撐作用。如工民建深基坑屬二三級基坑，基坑深度在7 m以內，且基坑邊緣與紅線的距離完全重合，可直接利用深層攪拌樁技術。

深層攪拌樁具有透水性，能保持水土，整個施工期間的機械設備簡單，施工成本低。在利用深層攪拌樁支護施工技術時，有關人員必須清晰了解其作用原理，在后續的施工作業期間切實執行技術規范，避免違規操作等行為。

4 結束語

深基坑開挖與支護是工民建項目的重點和難點。雖當前的施工技術越發成熟，相關人員要立足實際情況，選擇最佳的深基坑開挖與支護技術，從而構建完善的施工技術體系，加強施工的技術管理與質量控制。

參考文獻

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[2] 付守印，金雪蓮.相連深基坑不同步開挖的基坑支護設計與實踐[J].江蘇建筑，2022（5）：111-114.

[3] 李世忠，高立飛，溫鵬，任永忠.蘭州某深基坑開挖支護數值模擬分析[J].山西建筑，2022，48（20）：74-78.

[4] 魏煥衛，孫元碩，尚文濤.不規則基坑開挖導致支護結構變形及控制研究[J].施工技術（中英文），2022，51（19）：1-6.

[5] 趙平，王占棋.深基坑開挖引起的支護結構受力特性研究[J].成都大學學報（自然科學版），2022，41（3）：319-324.

收稿日期：2023-11-05

作者簡介：陸立江（1966—），男，甘肅蘭州人，本科，工程師，研究方向：工業與民用建筑。