淺析建筑施工中深基坑施工技術

陳梓鑫

廣東省第一建筑工程有限公司 廣東 廣州 510000

隨著城市化進程的不斷加快，建筑施工中深基坑的應用越來越廣泛，已是地下結構基礎工程不可或缺的一部分施工內容。然而，深基坑施工存在安全風險和技術難點，如基坑支護結構的選擇和設計、土體變形分析、支護結構的施工工藝和基坑降水技術等方面。為保證深基坑施工的安全、經濟和高效，需要進行深入的理論研究和實踐探索。目前，國內外對深基坑施工技術研究已經取得了一定的成果，但在具體應用中仍存在一些問題。因此，本文將對深基坑施工技術進行探討，為深基坑施工提供更加科學的理論依據和實踐經驗，以提高深基坑施工的質量和安全水平。

1 深基坑施工技術概述

深基坑施工是指在城市建設中，為了滿足建筑物的基礎要求，對建筑用地進行挖掘深度超過5米，或深度雖未超過5米，但地質條件和周圍緩解及地下管線特別復雜的工程，包括基坑的土方開挖、支護、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行圍護和支護的工程技術。深基坑施工的分類主要根據挖掘深度和施工條件等因素進行。根據挖掘深度的不同，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中不可或缺的一部分，其質量和安全水平直接關系到建筑物的使用壽命和人們的生命財產安全。

2 深基坑支護技術

2.1 支護結構的分類和選擇

深基坑支護結構的選擇要考慮多方面因素，如基坑深度、土質條件、建筑物周邊環境和支護結構的成本等。一般而言，深基坑支護結構可以分為傳統支撐式和無支撐式兩大類。傳統支撐式結構包括樁墻（如圖1所示）、鋼支撐、混凝土支撐和樁-梁支撐、鋼梁支撐等，這些結構具有承載力強、穩定性好、經濟性高、適用范圍廣等優點，但是施工難度大、對土方開挖不利、對基坑周邊環境影響大。無支撐式結構包括咬合樁圍護墻、型鋼水泥土攪拌墻、水泥土重力式擋墻和地下連續墻等，這些結構簡便、對土方開挖影響小、可以兼做基坑止水帷幕、對環境影響小，但是成本高、承載能力相對較弱。因此，在選擇深基坑支護結構時，需要根據具體情況進行綜合分析和評估，選擇最為合適的支護方案。同時，在支護結構設計和施工中，要考慮安全、經濟、環保和施工難度等方面的平衡，采用科學的技術和管理手段，確保施工過程的安全和高效。

圖1 深基坑支護施工現場

2.2 支護結構的設計方法

（1）了解土體力學特性。在設計支護結構之前，必須了解土體的力學特性，如土體強度、剛度、變形等參數，以便確定支護結構的尺寸和承載能力。

（2）選擇支護結構類型。根據土體條件、基坑深度和施工條件等因素，選擇傳統支撐式結構或無支撐式結構。

（3）確定支護結構的尺寸。根據土體力學參數和支護結構類型，確定支護結構的尺寸和形式。

（4）計算支護結構的承載能力。根據支護結構的尺寸和土體力學參數，計算支護結構的承載能力和變形特性，以保證其穩定性和安全性。

（5）制定支護結構的施工方案。根據設計結果和實際情況，制定支護結構的施工方案，包括施工工序、施工方法和施工參數等。

2.3 深基坑支護結構潛在的安全風險

（1）潛在的支護結構失穩風險

在深基坑支護工程中，支護結構失穩是一種潛在的安全風險，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作用，導致土體的變形和移動，從而使得支護結構受力狀態發生變化，甚至失穩。造成支護結構失穩的原因可能有多種，例如地質條件復雜、土體變形引起支護結構變形等。

為了避免支護結構失穩帶來的危害，施工前應進行詳細的土質勘察和設計，根據土體特性和地質條件選擇合適的支護結構，并進行合理的施工工藝和施工監測。在施工過程中，需要隨時對支護結構的受力狀態進行監測，并對出現異常的情況及時采取措施，例如加固、調整支護結構等。同時，也需要建立應急預案，對支護結構失穩可能帶來的影響進行評估，并采取相應的應對措施，確保施工過程的安全性和順利性。

（2）土體沉降導致的支護結構失效風險

在深基坑支護工程中，土體沉降可能是由于施工過程中土體受力導致的變形和移動，也可能是由于附近建筑物地下結構的影響，例如鄰近基礎施工、管線埋設等。這些都會導致基坑周圍土體的沉降，從而使得支護結構受力狀態發生變化，甚至失效。

為了避免土體沉降引起的支護結構失效風險，需要進行詳細的土質勘察和設計，根據土體特性和地質條件選擇合適的支護結構。在施工過程中，需要加強對基坑周圍土體的監測，及時發現土體沉降現象，并采取相應的措施，例如加固支護結構、調整施工工藝等。同時，也需要加強與附近建筑物地下結構的溝通和協調，共同避免對彼此產生影響。在實際工程中，采用適當的支護結構設計和施工技術，以及有效的施工監測和應急預案，可以有效地減少土體沉降導致的支護結構失效風險，確保深基坑施工的安全和順利進行。

（3）支護結構施工工藝導致的風險

首先是施工操作不當引起的風險。例如在混凝土澆筑過程中，如果控制不當會導致混凝土澆筑質量不達標，從而影響支護結構的穩定性。此外，如鋼筋制作、切割、焊接等施工操作不當也可能導致支護結構的受力狀態發生變化，進而引起支護結構失效的風險。其次是施工過程中土體變形和移動導致的風險。例如在基坑挖掘過程中，如果掘進速度過快，土體變形導致周圍地面下沉過快，從而導致支護結構的受力狀態發生變化。另外，挖掘過程中若未控制好坑底水位，則可能引發土體液化現象，加劇土體變形和移動，對支護結構帶來更大的風險。最后是施工材料和設備質量問題導致的風險。例如在鋼筋制作過程中，若選用質量不良的鋼材或者生產工藝不嚴謹，將可能導致支護結構的承載能力下降，從而引起失穩的風險。同樣，如挖掘機械設備的品質和維護保養不到位也可能帶來安全隱患。

因此，在支護結構施工過程中，必須注重施工操作的規范和安全措施的落實，加強對土體變形和移動的監測和控制，并嚴格把控施工材料和設備的質量。只有這樣才能有效地避免支護結構施工工藝帶來的風險，確保深基坑施工的安全和順利進行。

2.4 基坑圍護結構受力分析的注意事項

首先，確定材料強度參數時需要考慮實際情況，如材料的強度、變形特性、抗剪強度等。不同材料的強度參數不同，需要根據實際情況進行測量或推算，以確保分析結果的準確性。其次，地下水對基坑圍護結構的影響需要被考慮進去。地下水會對土體的強度和穩定性產生影響，因此在受力分析中需要考慮地下水的作用。同時，基坑內的降水也需要被考慮進去，因為降水量的大小和降水方式對基坑的圍護結構和土體的穩定性也有影響。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學模型進行分析。同時，還需要注意分析過程中的誤差和不確定性，以確保分析結果的可靠性。

3 深基坑降水技術

3.1 基坑降水的原理和方法

深基坑施工中，當地下水位高于基坑底部時，需要采用降水技術降低地下水位，以確保基坑施工的安全和順利進行。基坑降水的原理是通過建立抽水井，將井內的水抽出，形成地下水位的下降，從而達到降低基坑周圍水位的目的[2]。基坑降水方法主要包括排水井降水法、重力式井下泵送降水法、負壓井降水法和輕型井點降水等。在降水施工中，應根據基坑周圍地質情況和施工要求，選擇合適的降水方式和相應的降水工藝，以確保施工安全和經濟效益。

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，在井孔內安裝水泵，將井孔內的水抽出，從而形成地下水位的下降，以達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，且可能對周圍環境產生影響。此外，在井孔內安裝水泵時還需要考慮水泵的安全和維護問題。

（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，其缺點是需要進行深度較大的開挖和安裝泵站等設備，施工周期相對較長，且需要考慮泵站的設置和維護問題。

（3）負壓井降水法

負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壓井，在井內設置水泵，使井內形成低壓區域，從而吸引周圍地下水進入井內，并通過水泵將地下水抽出去，以達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，其優點是降水效果好，且對周圍環境影響較小。缺點是設備投資較高，施工周期較長，還需要考慮負壓井的設置和維護問題。

（4）輕型井點降水

輕型井點降水通過在井筒周圍設置多個輕型井點，利用泵站將基坑內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、費用低廉等優點，且對基坑內土體的影響較小，適用于對基坑周圍環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 不同土質基坑止水帷幕選擇

（1）砂質土壤

在基坑降水中，選擇適當的止水帷幕可以降低地下水位并保護基坑安全。對于砂質土壤，其滲透性較高，一般選擇圍護結構比較困難，止水帷幕是一種較好的選擇。針對砂質土壤，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行基坑圍護。在選擇止水帷幕時，需要考慮砂質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土壤的地質條件，采用常規的高壓旋噴樁、注漿等因流動水的存在會導致成樁效果較差，可采用地下連續墻、灌注樁+高壓旋噴樁或鋼板樁止水帷幕和咬合樁、但鋼板樁若砂質土壤中存在較大孤石的話不利于施打；地下連續墻和灌注樁+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域作為止水帷幕的效果及經濟適用性較高，但因施工工藝涉及超緩混凝土，應在施工中嚴格控制施工時間。在實際工程中，還需要針對砂質土壤的具體情況進行綜合評估，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計方案和施工工藝，以確保基坑施工的安全和經濟效益。

（2）粘土質土壤

對于粘土質土壤，其滲透性相對較低，圍護結構施工相對容易，但粘土的收縮和膨脹性較強，易造成基坑失穩和變形。因此，在選擇止水帷幕時，需要考慮粘土質土壤的特性和施工環境等因素，以確定最佳的止水帷幕設計方案和施工工藝。常見的止水帷幕包括灌注樁止水帷幕、搪砂土壤圍護、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穩定性。此外，在施工過程中需要注意保持土體的濕潤狀態，避免因水分流失導致土壤干裂和圍護失穩等問題。對于特殊情況下的粘土質土壤，如軟土層、粘性土層等，還可以采用增強措施，如纖維增強土壤、加筋土壤等，以提高止水帷幕的穩定性和耐久性。

（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行基坑圍護。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，需要采用適當的止水措施進行圍護，以確保基坑施工的安全和經濟效益。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、環氧樹脂等材料進行注漿，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，以確保止水帷幕的穩定性和密封性。對于巖石土壤的圍護，還需要考慮到圍巖的穩定性和施工難度等因素，以確定最佳的圍護設計方案和施工工藝。此外，在實際施工中需要采用適當的安全措施和設備，以保障工人和設備的安全。

4 結語

本文旨在探討深基坑施工中的關鍵問題，包括支護結構的選擇、降水技術、止水帷幕選擇等方面，進一步探討了支護結構的分類、設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。深基坑施工未來將面臨更多的技術和管理挑戰，需要進一步深入研究和探索，提出更加創新和可行的解決方案。同時，要加強與相關領域的交流和合作，推動深基坑施工技術的不斷發展和提高，為城市建設和發展作出貢獻。