高層建筑超大深基坑土方開挖與支護技術探析

趙陽春

（甘肅第二建設集團有限責任公司，甘肅 蘭州 730050）

城市化進程的不斷加速，使得高層建筑的需求日益增長。然而，由于城市地塊的有限性，高層建筑往往需要在有限的空間內實現超大深基坑的開挖與支護。因此，深基坑土方開挖與支護技術成為高層建筑施工中不可或缺的關鍵環節。深入研究高層建筑超大深基坑土方開挖與支護技術，對于推動城市建設的可持續發展具有重要的現實意義和深遠的歷史意義。

1 深基坑施工前的準備工作

深基坑施工前的準備工作是確保整個基坑工程順利進行的關鍵步驟，它涉及諸多方面的細致規劃和準備工作。在開始深基坑的開挖和支護之前，需要進行全面的調研和準備，以確保工程的安全、穩定和高效進行。本文將圍繞深基坑施工前的準備工作展開討論，包括但不限于地質勘察、環境評估、設計方案制定、風險評估、安全措施等內容。

地質勘察是深基坑施工前不可或缺的準備工作之一。通過對工程所在地區的地質情況進行詳盡的勘察和分析，可以全面了解地下水位、土層結構、地下巖體等情況，為后續的施工提供重要參考依據。同時，地質勘察還能夠幫助工程師們更好地評估施工中可能遇到的地質災害風險，為制定合理的支護方案提供科學依據。其次，環境評估也是深基坑施工前不可或缺的一項工作。基坑工程可能對周邊環境造成一定影響，例如噪聲、振動、揚塵等，因此需要對周邊環境進行評估，制定相應的環境保護措施，以確保施工過程中不對周邊環境造成過大影響。在地質勘察和環境評估的基礎上，制定合理的設計方案是深基坑施工前的又一重要準備工作[1]。設計方案需要充分考慮地質情況、工程結構、施工工藝等諸多因素，確保在施工過程中能夠最大程度地降低風險，保障工程的安全性和穩定性。此外，風險評估和安全措施也是深基坑施工前必不可少的準備工作。工程項目存在著各種潛在的風險，如地質災害風險、施工安全風險等，需要通過系統的風險評估來識別和評估這些風險，并采取相應的安全措施來降低風險發生的概率，保障施工人員和周邊居民的安全。

2 土方開挖技術

2.1 技術類型

1.盆式土方開挖法。盆式土方開挖法是一種常用的土方開挖方法。其主要特點是在待開挖區域的周邊筑起圍護墻，形成一個封閉的盆狀結構。然后從盆中逐步挖掘土方，最后清理出整個開挖區域。盆式土方開挖法通過圍護墻的設置，可以有效地防止土方坍塌和水的滲入，提高了施工的安全性。此外，盆式土方開挖法對周邊環境的影響較小，有利于保護周邊建筑物和地下管線的安全。在施工過程中需要注意施工材料的選擇和質量控制。

2.中心島式挖土法。中心島式挖土法將待開挖的區域劃分為多個島狀的工作區域，從每個島狀區域的中心開始逐步挖掘，最后清理出整個開挖區域。中心島式挖土法可以分階段進行土方開挖和清理，降低了土方運輸的距離和施工難度。它具有較好的適應性，可以根據實際情況調整島狀區域的大小和位置，以適應不同類型的土壤和地質條件。在施工過程中需要嚴格控制島狀區域的間距和開挖進度，以保證整個施工過程的安全性和穩定性。

3.逆作法土方開挖。逆作法土方開挖是通過從地下開始逆向開挖，最后將土方清理出開挖區域的一種土方開挖方法。逆作法土方開挖可以減少土方的運輸距離和施工難度，提高施工效率。它還可以有效地避免因開挖引起的土體塌陷和水的滲入，適用于較深的基坑開挖，可以減少對地上建筑物的影響。在施工過程中，需要特別注意開挖面的穩定性，采取相應的支護措施，防止地下水位上升和土方坍塌[2]。

2.2 開挖過程中的安全考慮

1.地質條件評估。在進行土方開挖前，必須對地質條件進行評估。這包括確定土壤類型、地下水位、可能存在的地下障礙物等。對地質條件的充分了解可以幫助工程師選擇合適的開挖方法，并采取相應的安全措施。

2.支護結構設計。針對不同的地質條件和開挖深度，需要設計相應的支護結構來防止土方坍塌。常見的支護結構包括鋼支撐、混凝土襯砌、擋墻等。支護結構的設計必須符合相關標準和規范，以確保工地和工人的安全。

3.土方開挖過程中的監測。在土方開挖過程中，需要進行監測來及時發現和處理潛在的安全問題。監測內容包括地表沉降、支護結構變形、地下水位變化等。通過監測可以及時采取措施，防止意外事件的發生。

4.現場作業人員的安全培訓。現場作業人員必須接受專業的安全培訓，了解土方開挖作業的風險和安全操作規程。他們需要掌握正確使用和維護土方開挖設備的方法，以及應對緊急情況的應急措施。

5.排水和防水工作。在土方開挖過程中，地下水位的變化可能會對開挖工作造成影響。因此，需要采取排水和防水措施，確保開挖區域的干燥和穩定。這包括設置排水系統、防水材料的選擇和使用等。

2.3 現代土方開挖設備與技術應用

現代土方開挖設備與技術的應用使得土方開挖工作更加高效、安全和環保。以下是一些現代土方開挖設備與技術的應用：

1.機械挖掘設備。如挖掘機、裝載機、推土機等機械設備能夠大大提高土方開挖的效率。它們可以根據不同的需求選擇不同的挖掘頭和鏟斗，適用于各種土質條件的開挖作業。

2.GPS 定位技術。GPS 定位技術可以幫助精確定位開挖區域和控制開挖深度，提高了土方開挖的精度和效率。同時，GPS 定位技術還可以用于施工進度的實時監控和調度。

3.激光測量技術。激光測量技術可以用于測量地面高度和坡度，幫助工程師進行開挖區域的設計和規劃。通過激光測量技術，可以實現土方開挖的精準控制和管理。

4.爆破技術。對于一些特殊情況下的土方開挖，如硬巖層的開挖，可以采用爆破技術。現代爆破技術能夠精確控制爆破范圍和效果，減少爆破對周邊環境的影響，提高了土方開挖的效率[3]。

5.自動化控制系統。現代土方開挖設備常配備自動化控制系統，能夠實現設備的智能化操作和遠程監控，不僅提高了作業效率，也減少了作業人員的風險。

6.環保型設備與技術。在土方開挖過程中，越來越注重環保和可持續發展。因此，現代土方開挖設備與技術的應用也越來越注重環保性能，如低排放發動機、噪聲減少技術、廢棄物處理技術等。

3 高層建筑超大深基坑支護技術

3.1 基坑支護的基本原則

基坑支護的基本原則是確保基坑周邊的安全穩定，并盡可能減小對周邊環境的影響。在進行基坑支護設計時，需要考慮以下基本原則：

1.地質條件評估：在進行基坑支護設計之前，必須對地質條件進行充分評估。包括地層穩定性、地下水情況、周邊建筑物和地下管線等情況。只有充分了解地質情況，才能選擇合適的支護結構和材料。

2.支護結構選擇：根據地質條件和基坑深度，選擇適當的支護結構，如鋼支撐、混凝土支護墻、土釘墻等。結構設計應符合相關標準和規范，確保其穩定性和安全性。

3.水位控制：地下水是基坑施工中常見的問題，必須采取有效的排水措施，控制地下水位，防止基坑周邊土壤液化和坍塌。

4.監測與預警：在基坑開挖和支護過程中，需要進行實時監測，及時發現變形和裂縫等異常情況，以便及時調整支護措施。

3.2 常見的基坑支護結構與材料

針對不同的地質條件和基坑深度，常見的基坑支護結構與材料包括以下幾種：

1.樁柱支護：樁柱支護是一種常見的基坑支護結構，適用于較深的基坑。樁柱可以分為鋼筋混凝土樁和鋼管樁，通過打入地下形成支撐墻，增加土體的穩定性。

2.土釘墻：土釘墻是一種適用于較淺基坑的支護結構，通過在土體中埋設錨桿并與混凝土面板相互作用來支撐土體。

3.深基坑支護墻：深基坑支護墻通常采用混凝土墻或鋼板樁墻，具有較強的承載能力和穩定性，適用于大型基坑的支護。

4.土方支護：在一些特殊情況下，可以利用挖土方的自重和側壓力來支撐基坑，通過合理的坡度和邊坡設計來保證基坑的穩定。

在選擇支護結構和材料時，需要綜合考慮地質條件、施工要求、經濟性以及周邊環境的影響，確保選擇最合適的支護方案。

3.3 深基坑支護技術

1.灌注樁支護技術。灌注樁支護技術是一種常用的深基坑支護方法。它通過在地下連續灌注混凝土樁，形成周邊支撐墻，以增加土體的穩定性和承載能力。灌注樁支護技術的優點包括施工周期短、適應性強和環境影響小。這種技術適用于基坑較深或需承受較大水平土壓力的情況。在施工過程中，首先需要進行孔洞鉆掘，然后在孔洞內鋼筋籠并澆筑混凝土，形成連續的樁墻結構。這種支護技術在城市高層建筑和地下結構的基坑支護中得到了廣泛應用[4]。

2.護坡樁支護技術。護坡樁支護技術主要用于護坡、擋土和防止滑坡的工程。它通過在坡面或邊坡上設置一定間距的樁，形成一種護坡結構，增加土體的穩定性。該技術的優點包括結構簡單、施工方便、造價低廉。護坡樁支護技術適用于一些對基坑深度要求不高的工程項目。在施工過程中，需要根據具體情況確定樁的布置方式和深度，并且選擇合適的樁材料和規格，以確保護坡結構的穩定性和可靠性。

3.土層錨桿支護技術。土層錨桿支護技術是一種利用錨桿與土體相互作用的支護方法，適用于對土體側向穩定性要求較高的基坑工程。該技術通過在土體內部設置一定長度的錨桿，并與混凝土面板等結構形成相互作用，以增加土體的抗側移能力。土層錨桿支護技術適用范圍廣，可以在不同類型的土質條件下應用，具有靈活性高、適應性強等特點。在施工過程中，需要進行錨桿的鉆孔和錨固，以及與土體和混凝土面板的連接，確保整個支護系統的穩定性和可靠性[5]。

4.土釘墻支護技術。土釘墻支護技術是一種利用土釘與土體相互作用的支護方法，適用于較淺基坑或對基坑周邊環境影響要求較高的工程項目。該技術通過在土體內部埋設一定長度的土釘，并與混凝土面板等結構形成相互作用，以增加土體的穩定性和抗滑移能力。土釘墻支護技術具有施工周期短、靈活性好、對周邊環境影響小等優點。在施工過程中，需要進行土釘的預埋、錨固和預應力加固，確保土釘墻的穩定性和可靠性。

3.4 支護施工過程中的關鍵技術與難點

1.土壤力學參數確定。土壤力學參數的準確確定對支護設計和施工至關重要。然而，由于土壤的復雜性和不均勻性，土壤力學參數的測定存在一定的困難。因此，進行合理、準確的土壤試驗和現場勘測是關鍵。對于特殊地質條件下的土體，如軟弱黏土和砂質土等，需要進行更加細致的實驗研究和現場監測，以確保土壤力學參數的準確性。

2.支護結構設計。支護結構的設計是支護施工的核心環節。在設計過程中，需要綜合考慮基坑的深度、土質條件、水位情況等因素，并根據工程要求選擇合適的支護結構類型和尺寸。同時，還需要對支護結構的受力性能進行分析和計算，確保其能夠承受預期的土壓力和水壓力，保證基坑的穩定性和安全性。

3.施工方法和工序控制。支護施工的方法和工序對整個工程的質量和進度起著至關重要的作用。合理選擇施工方法，并制定詳細的施工方案和施工工序，能夠最大限度地減小施工風險，保證施工進度和質量。例如，在灌注樁支護中，需要控制灌注混凝土的澆筑速度和施工順序，以確保樁體的連續性和整體穩定性。

4 結語

綜上所述，高層建筑超大深基坑土方開挖與支護技術是現代城市建設中不可或缺的重要環節，對于保障工程安全穩定具有至關重要的意義。本文對土方開挖與支護技術進行探討和研究，旨在為相關領域的實踐提供經驗參考，促進高層建筑超大深基坑土方開挖與支護技術的不斷創新和進步，推動城市建設向著更加安全、高效和可持續的方向發展。