新建調蓄池深基坑開挖支護及設計優化

朱曉春

［摘 要］近年來，隨著城市化進程的不斷加快，城市建設對于土地的利用率也越來越高，建筑工程基礎設施的建設難度也越來越大。在一些地勢較低的城市，建筑基礎設施的建設更是面臨著較大的挑戰。深基坑開挖是建筑工程建設過程中的重要環節，也是建設難度最大的環節之一。為了確保基坑開挖工作的安全和順利進行，需要對基坑開挖過程中的支護和設計進行優化。本文以深圳市龍崗區同樂河中游調蓄池為例，結合這一工程案例，對深基坑開挖及支護施工技術及設計優化進行分析，希望能夠為今后深基坑開挖施工的研究和應用提供一定的參考。

［關鍵詞］調蓄池；深基坑開挖；支護方案；設計優化

［中圖分類號］TU4 文獻標志碼：A

深基坑開挖過程中的支護設計和施工方案影響著該工程的質量、成本、施工周期及安全性等因素，也影響到了調蓄池工程的整體效率和運行效果。為解決這些問題，需要針對具體工程情況，制定適合的支護設計和優化方案，便于施工人員在實際操作中更好地采取相應措施，創造出更好的施工環境和更高效的施工效果。基于此，本文探討了基坑開挖中的支護方案及設計優化方法，介紹了基坑開挖前期的準備工作，詳細講述了基坑開挖過程中的支護方案，包括支撐結構的選取、支護材料的選擇等。最后，本文探討了設計優化的方法，包括基坑支護設計的優化方法、基坑開挖過程中的設計調整等。

1 工程案例

同樂河中游調蓄池位于深圳市龍崗區寶龍街道同樂河左右支交匯處同富裕路附近，新建調蓄池規模為3.0萬m3，基坑深度約為21.25～10.3m，調蓄同樂河左、右支及三棵松水初小雨溢流污染，總服務面積6.26km2，同樂河左支初小雨通過在樂園路排放口新建1條dn1000-hdpe管收集，沿同樂河左支河道左側敷設，接近惠鹽高速公路時，通過頂管方式，敷至同富裕路。頂管工作井內徑直徑7.0m，壁厚0.8m，深度11.45m，工作井距離惠鹽高速路堤邊坡坡腳20.6m。于同樂河右支氣盾壩附近新建dn1500鋼筋混凝土管收集同樂河右支初小雨，匯合至同樂河中游調蓄池進水井，經3m×2.5m的閘孔轉輸至同樂河中游調蓄池。

新建調蓄池深基坑工程是一項重要的基礎設施建設工程，旨在為城市的水資源管理和防洪排澇等提供支持。然而，在該工程的施工過程中，由于地下水位較高、土層松軟等因素的影響，深基坑開挖及支護工作面臨著諸多困難和風險。為了保障施工安全，提高工程效率，需要采取一系列有效的措施進行支護和優化設計。

2 調蓄池深基坑開挖的技術難點和復雜問題

（1）土壤穩定性問題：開挖深度較大的深基坑會對周圍的土體產生一定的影響，可能導致土體失穩，甚至引起地面塌陷。因此，在開挖深基坑前需要進行土體穩定性分析和加固措施設計，以確保施工的安全性和可靠性。

（2）地下水位控制問題：調蓄池深基坑開挖過程中，地下水的排水和控制是一個重要問題。如果地下水不能得到有效控制，會導致坑底漲水，影響施工進度和質量。因此，需要采用一系列地下水控制措施，如降低地下水位、加固地下水隔離帶等［1］。

（3）支護結構設計問題：深基坑的支護結構是保證施工安全和質量的關鍵。合理的支護結構設計可以保證深基坑的穩定性和承載能力，同時減少施工難度和成本。支護結構的選擇和設計需要考慮地質條件、土體性質、施工難度等因素。

（4）施工方法問題：調蓄池深基坑開挖的施工方法需要根據實際情況進行選擇和調整。不同的施工方法會對土體和支護結構產生不同的影響，需要根據具體情況制定施工方案。同時，施工過程中需要注意施工質量和安全，確保施工進度和質量。

3 調蓄池深基坑開挖支護的技術要點

3.1 基坑開挖前期準備工作

在基坑開挖前期，充分的準備工作能夠為后續的施工提供充足的保障，確保施工的順利進行和安全性。具體要點包括五個方面。一是在進行調蓄池深基坑開挖前，需要進行詳細的地質勘察和土壤力學試驗，了解地下情況和土壤力學特性，為后續的支護設計和施工方法選擇提供依據。二是根據地質勘察和土壤力學試驗結果，設計合理的支護結構。支護結構設計應考慮施工期間的土壤穩定性、施工效率和支護結構的安全性。三是根據設計支護結構和地下情況，確定基坑的開挖范圍和深度。同時，還需要考慮基坑周圍的建筑物和地下管線等因素，避免施工對周圍環境造成不必要的影響。例如，本工程中開挖采用人工配合機械分層開挖，根據基坑所處位置的土質、水文條件、現場允許程度等因素確定具體方案［2］。四是確定降水井和排水管道的位置和數量，降水井和排水管道的設置能夠有效降低地下水位，保證施工期間土壤穩定。五是根據支護結構設計和地下情況，選擇合適的施工方法。施工方法應考慮施工效率、土壤穩定性、安全性等因素。為保證施工安全預防高空墜落事件的發生，基坑開挖施工過程中要做好臨邊防護工作。防護欄桿如圖1 所示。

3.2 開挖基坑

開挖前，先由人工沿沉井邊線開挖1.2m寬的探坑，然后每條邊框取若干探點，用洛陽鏟再次探明是否存在地下管線。開挖過程中采用人工配合機械分層開挖，根據基坑所處位置的土質、水文條件、現場允許程度等因素具體確定。一般控制在2.5m左右，設計有要求時，從其要求。基坑開挖到位后，對地基進行平整夯實，使其具有足夠的承載力。沉井范圍內需鋪設20cm厚水泥砂漿（厚度可根據現場情況進行調整），以免井筒制作過程中產生不均勻沉降導致井筒傾斜，甚至井壁混凝土開裂，同時進行地下水位的控制和排水工作，確保基坑內部的穩定性和安全性。

3.3 安裝支撐結構

支撐結構的選擇和安裝需要綜合考慮土體性質、基坑深度、周圍環境和施工周期等因素。常用的支撐結構包括鋼支撐、混凝土支撐和土工合成材料等。以下是安裝支撐結構的一般步驟。首先，根據基坑的深度和土體性質，選擇合適的支撐結構類型和尺寸。支撐結構的尺寸和布置應根據設計要求和實際情況進行調整和優化。其次，要在基坑邊緣開挖出足夠的空間，以便安裝支撐結構。按照設計要求和預定的順序和方法進行支撐結構的安裝。在安裝過程中，需要注意支撐結構的水平、垂直和平面度等方面的控制，確保支撐結構的穩定性和正確性。第三，連接支撐結構。支撐結構的連接方式有焊接、螺栓和卡板等多種方法。在連接過程中，需要注意連接部位的緊密度和可靠性，確保支撐結構的穩定性和安全性。最后，安裝支撐結構后，需要進行嚴密的檢查和維護，及時發現和處理問題，同時進行相應的維護和修復工作，確保支撐結構的正常運行和使用［3］。

3.4 基坑降水

在調蓄池深基坑開挖支護施工中，基坑降水是一個非常重要的問題。基坑降水通常采用泵站或井點降水的方法來解決。泵站降水是指在基坑內設置降水泵站，通過泵站將地下水泵出基坑外，以維持基坑內干燥狀態。而井點降水則是通過在基坑周圍設置多口井點，將地下水泵出并排入匯水管道中，再通過匯水管道將地下水排出基坑外。在進行基坑降水前，需要首先進行地下水勘探，確定地下水的水位、流向和含水層的性質等。同時，還需要根據地下水勘探結果確定降水方案，包括降水井點的數量、井點深度、泵站的位置和泵站的數量等。此外，還需要注意以下事項：一是選擇合適的泵站和井點降水方案，以確保基坑內地下水的及時排出；二是隨時監測基坑內的地下水水位，并根據監測結果及時調整降水方案；三是加強現場管理，確保降水設備的及時維護和保養，以免設備故障影響降水效果；四是在降水過程中，需要注意基坑周圍建筑物和地下管線的安全，避免因為降水導致周圍建筑物或管線的沉降或損壞。

3.5 完善輔助設施

在深基坑開挖支護中，完善的輔助設施是非常重要的。這些設施可以提高施工效率，保證施工質量，并確保安全生產。第一，設置施工平臺，其目的是為了方便施工人員及物料進出基坑而設置的平臺，通常設置在基坑邊緣，便于施工人員進行作業。施工平臺的建設需要考慮安全、穩定性和承載能力等因素。第二，合理設置通風設施。基坑開挖時，基坑內部會產生大量的粉塵和有害氣體，有效的通風設施可以將基坑內部的空氣流動起來，保證施工人員的健康和安全。保持基坑內部的清潔，及時清理垃圾和廢棄物。第三，設置照明設施，基坑內部通常光線較暗，為了保證施工人員的安全和作業效率，做好照明工作，確保基坑內部有足夠的光線。第四，準備測量設備，基坑開挖需要進行測量，以確保開挖的尺寸和位置符合設計要求，如水準儀、全站儀等。第五，救援設備。在施工過程中，可能會發生意外，因此需要設置救援設備，包括消防器材、急救箱等。

3.6 施工監測和維護

在調蓄池深基坑開挖支護施工中，施工監測和維護是非常重要的一環，可以有效保證工程的順利進行和質量安全。以下從三個方面介紹施工監測和維護的內容。一是監測設備和方法。在施工過程中，需要安裝各種監測設備，如土壓力計、水位計、變形儀等，對基坑支護結構及周邊土體進行實時監測。同時，還需要采取多種監測方法，如現場觀測法、測量法、試驗法等，對基坑開挖過程中的變化進行分析和評估。二是監測內容。包括地下水位、土體變形、支護結構變形等方面。其中，地下水位是基坑開挖過程中需要重點關注的內容，需要及時采取降水措施，保證基坑內部的安全穩定。土體變形和支護結構變形也需要及時監測和評估，及時發現并解決問題。三是維護措施。在施工過程中，需要對基坑支護結構進行維護，保證其穩定性和安全性。具體措施包括及時補充土壓力、調整支護結構、加強支護結構連接等。同時，還需要加強對周邊環境的管理，保證周邊土體的穩定性和安全性。

4 調蓄池深基坑設計優化

4.1 基坑支護設計的優化方法

針對深基坑的支護設計優化，具體可概括以下五個方面。一是合理選擇支護結構。基坑支護結構的選擇應考慮開挖深度、周邊環境、土體性質等多種因素，選擇適合的支護結構，如樁墻、鋼支撐、混凝土拱形支撐等。同時，還需考慮支護結構的施工難度和成本。二是加強支護結構連接。支護結構的連接是保證整個支護系統穩定性的關鍵，需要采用可靠的連接方式，如鋼筋混凝土懸臂梁、鋼管撐等，以確保支護結構之間的相互配合和支撐作用。三是優化基坑降水方案。基坑降水是基坑開挖中需要重點關注的問題。在降水方案設計中，應采用合理的降水管網布置、適當的降水流量和降水時間等措施，以確保基坑內部的穩定性和安全性。四是加強輔助設施的設計。輔助設施的設計對于基坑開挖的順利進行和質量安全非常重要。包括支撐結構的基礎設計、支護結構施工過程中的安全措施、工程物資和設備的存儲和管理等方面。需要綜合考慮各種因素，確保輔助設施的完善和合理。五是精細化施工管理。基坑支護的施工管理需要嚴格按照設計方案進行，確保施工過程中的質量和安全。需要做好施工計劃的制定、施工現場的管理、工程質量的檢查和驗收等工作。同時，還需要加強對施工過程中的各種問題的解決和應對。

4.2 基坑開挖過程中的設計優化調整

基坑開挖過程中的設計調整是指在工程施工過程中隨時根據實際情況對原設計方案進行修改、優化和完善，以使得整個工程更加有效、安全和經濟。調蓄池深基坑設計優化之基坑開挖過程中的設計調整要點包含五方面內容。一是現場監測和數據分析，通過對施工現場采取動態監測數據獲取和處理分析技術，及時掌握、把握變化趨勢，發現問題并及時做出調整。二是基坑邊界調整，由于場地條件、土層性質等客觀因素的影響，有時會發現原來設想中的基坑形狀并不完全適用于實際情況，這就需要重新認真評估和規劃。三是工藝流程調整，若在開挖過程中遇到了預期之外的難題，可以嘗試使用一些針對性強的、提前商定好的備選方案，或者通過創新方法，優化施工工序，以達到效率的提升與建筑質量的保證。四是支護材料選用調整，對于變化或突發情況，可以適時更換或優化支護結構的材料，如特殊型鋼、新型背擋墻等，以增強基坑土壤穩定，降低施工風險。五是關鍵節點優化，在實際工程建設中需要關注施工過程中出現的難點，并不斷研究合理的方法和技術來解決問題，如提高堆土墻工程質量控制、改進支護結構的實現細節等。

5 結語

本文圍繞新建調蓄池深基坑開挖支護及設計優化展開研究，系統梳理了基坑開挖的基本步驟和要點，并深入探討了基坑開挖過程中的技術難點和復雜問題。通過對相關文獻和案例的分析，提出了一系列基坑開挖支護和設計優化的方法和建議。基坑開挖技術將繼續發展，需要進一步研究和探索新的支護結構和建設方法，以滿足不斷變化的工程需求。

參考文獻

［1］葉永，劉楊，謝旋. 深基坑開挖中支護結構參數優化設計［J］. 三峽大學學報（自然科學版），2023，45（3）：14-19.

［2］楊自龍. 提水泵站工程中深基坑開挖與降水的施工方法［J］. 珠江水運，2023（5）：94-96.

［3］文志成，張開民. 建筑工程深基坑開挖與支護技術分析［J］. 中華建設，2023（3）：134-136.