復(fù)雜環(huán)境及地質(zhì)條件下深基坑開挖及支護(hù)施工工藝研究

文／鄭永振 中鐵十四局集團(tuán)有限公司 山東濟(jì)南 250000

引言：

隨著城市化進(jìn)程的加速推進(jìn)，深基坑施工深受越來越多的專業(yè)人士喜愛，成為工程建設(shè)中的重要組成部分。然而，由于城市地質(zhì)條件的多樣性以及基坑深度的增加，深基坑的施工面臨著日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。不同地質(zhì)條件對基坑工程的影響，使得傳統(tǒng)的開挖和支護(hù)工藝在復(fù)雜環(huán)境中顯得力不從心。因此，有必要深入研究超深基坑施工工藝，以應(yīng)對復(fù)雜環(huán)境和地質(zhì)條件帶來的技術(shù)難題。以下為中鐵十四局旗康苑項目的工程基本概況：

擬建場地位于東莞市長安鎮(zhèn)興隆街新溢眼鏡制造廠附近，擬住宅樓4 棟，幼兒園1 棟及1 層商業(yè)都，地下室2層，西北角處為局部負(fù)一層地下室。計劃采用框架結(jié)構(gòu)作為結(jié)構(gòu)型式，而在基礎(chǔ)設(shè)計上打算采用灌注樁基礎(chǔ)。基坑占地面積約14185 m2，周長約515m。建筑±0.000 標(biāo)高為4.5m,負(fù)二層底板面絕對標(biāo)高為-4.45m，底板厚度為600mm，底板墊層底標(biāo)高以絕對標(biāo)高控制為-5.15m，根據(jù)地形設(shè)計整平后考慮到底板墊層底標(biāo)高開挖深度7.65～9.25m。

1.深基坑開挖及支護(hù)的重要性

隨著城市化進(jìn)程的加快，高層建筑、地下交通、市政基礎(chǔ)設(shè)施等項目的建設(shè)需求不斷增加，這些項目往往需要開挖深度較大的基坑以滿足空間需求。然而，深基坑開挖過程中，土體穩(wěn)定性、地下水控制、周邊建筑物及地下管線保護(hù)等問題日益突出，對施工安全和環(huán)境保護(hù)提出了更高的要求。因此，為了確保基坑工程的安全、穩(wěn)定和環(huán)保，基坑開挖的形式選擇以及支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用對于提高工程質(zhì)量、降低施工風(fēng)險等都具有重要的意義。同時，還能夠確保人民群眾的生命和財產(chǎn)安全。

2.深基坑開挖及支護(hù)施工工藝

2.1 地質(zhì)勘察

深基坑開挖及支護(hù)施工工藝中的地質(zhì)勘察是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其目標(biāo)是為即將進(jìn)行的工程提供可靠的地質(zhì)基礎(chǔ)和設(shè)計參數(shù)，以支持基礎(chǔ)的設(shè)計和施工。在詳細(xì)勘察階段，需要查明以下內(nèi)容：

（1）場地地形、地貌：了解場地的地形起伏情況，包括地勢高低、山脈分布等，以便確定基坑開挖的范圍和深度。

（2）不良地質(zhì)作用的類型、成因、分布范圍、發(fā)展趨勢和危害程度，及整治措施：查明可能存在的地質(zhì)災(zāi)害，如滑坡、泥石流等，評估其對基坑開挖和支護(hù)的影響，并提出相應(yīng)的整治措施。

（3）巖土層的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、分布特征及其物理力學(xué)參數(shù)：通過取樣測試和現(xiàn)場觀察，了解地層的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，同時分析其分布規(guī)律，進(jìn)而計算出巖土層的承載力、壓縮模量等，為基坑開挖和支護(hù)的設(shè)計提供依據(jù)[1]。

（4）埋藏的河道、溝浜、墓穴、防空洞、孤石等對工程不利的埋藏物：查明可能存在的埋藏物，評估其對基坑開挖和支護(hù)的影響，并采取相應(yīng)的處理措施。

（5）地下水埋藏條件、地下水水質(zhì)及其對建筑材料的腐蝕性：了解地下水的埋藏條件和水質(zhì)情況，評估其對建筑材料的腐蝕性，為基坑開挖和支護(hù)的設(shè)計提供參考。

通過地質(zhì)勘察，可以對場地地層的穩(wěn)定程度、地下水的情況進(jìn)行評價。同時，還可以評估基坑開挖和支護(hù)對場地穩(wěn)定性的影響。

地質(zhì)勘察還需要提供基礎(chǔ)設(shè)計及施工所需的巖土力學(xué)參數(shù)，包括承載力、壓縮模量等，以及基坑設(shè)計和施工所需的巖土力學(xué)參數(shù)。根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果，可以提出經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計方案建議，包括選擇合適的基礎(chǔ)類型和支護(hù)方式。

2.2 基坑土方開挖施工

2.2.1 土方開挖

在進(jìn)行基坑土方開挖時，應(yīng)注重區(qū)域劃分，采用分層、分段的開挖形式，過程中注意對稱。均衡和實時原則。基坑整體可以被分成兩個主要部分，就像一個“外圈”和一個“中心”區(qū)域一樣。“周邊區(qū)”是指支護(hù)工作區(qū)，其范圍約為支護(hù)底邊線向坑內(nèi)延伸10m。在這個區(qū)域內(nèi)，需要進(jìn)行支護(hù)工作，以確保基坑的穩(wěn)定性和安全性。“中心區(qū)”則是相對自由開挖的區(qū)域。在這個區(qū)域內(nèi)，土方開挖單位可以自主進(jìn)行開挖工作。在開挖過程中，需要按照一定的順序進(jìn)行退挖。首先，從“外圈”向“中心”方向進(jìn)行退挖。出土通道應(yīng)留在東北角，并通過預(yù)留的出土口進(jìn)行出土。最后，再對出土口進(jìn)行開挖和支護(hù)工作。通過這樣的方式，可以確保基坑的開挖過程安全有序，并且能夠最大程度地減少對周圍環(huán)境的影響。

圖1 土方開挖出土

為確保基坑施工的安全性和有序進(jìn)行，在挖基坑的外圍區(qū)域，土方開挖應(yīng)嚴(yán)格按照施工要求進(jìn)行施工，并絕對不得超挖。采用直立開挖形式的基坑，為了確保基坑各個部分受力均衡，需要按照直立支護(hù)段的要求，在基坑周邊區(qū)進(jìn)行分層、對稱的開挖。對于帶有支護(hù)樁等支護(hù)體的基坑，開挖一層就進(jìn)行一層支護(hù)，且每層應(yīng)分段開挖，可以每次挖10m 到15m 長的一小段，也可以選擇跳著挖。但是要注意，每次挖完一小段后，下一段的開挖要與上一段之間保持至少5 米的間隔。在整個施工過程中，絕不允許超挖，并需有專人進(jìn)行規(guī)劃和指揮，確保施工有序進(jìn)行[2]。

每個開挖平臺布置挖掘機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)運土石方至地面，基坑開挖頂邊線2m 以內(nèi)不得有堆載；出土口超載按40kPa 考慮；其余各側(cè)坑頂2m 以內(nèi)不得堆載，2m 以外超載不得超過15KPa。

基坑開挖自上而下進(jìn)行，施工步驟如下：

（1）基坑土方施工

基坑上部土體在開挖至邊坡頂標(biāo)高時，按要求開挖，每段長度不超過20m，同時做好地表面和放坡面的四周排水。在挖至出土口部位時，兩邊各離車道5m 左右進(jìn)行放坡，以保證出土口的穩(wěn)定。

（2）基坑周邊區(qū)土方施工

基坑分層開挖，第一層可不分段外，對應(yīng)基坑周邊區(qū)下部土方必須分層、分段開挖，開挖高度為錨索標(biāo)高以下0.3m 且每次開挖深度不能超過2m，每開挖一層支護(hù)一層。開挖時，離基坑周邊20cm 內(nèi)的土體由人工清理修坡。分段長度10～15m，一次開挖多段時，各段之間間隔5m 以上，以便減少基坑邊壁變形。

（3）開挖過程中對工程樁的保護(hù)措施

大挖機(jī)在地面上進(jìn)行大面積開挖，小型挖機(jī)在第二層位置開挖基坑底土方，小型挖機(jī)行走路線原則，一是管樁間距足夠大時，在管樁中間行走；二是管樁間距較密區(qū)域，則需壓在管樁上行走，行走前需確保挖機(jī)下方土層覆蓋厚度足夠支撐挖機(jī)載荷為準(zhǔn)。三，若是挖機(jī)行走開挖區(qū)域淤泥較厚無法支撐挖機(jī)作業(yè)或可能會影響管樁時，對該區(qū)域用道碴進(jìn)行換填處理以確保管樁不受影響，換填厚度約1米，根據(jù)現(xiàn)場情況需要加厚，以保護(hù)管樁安全為前提。

（4）基坑開挖的其它事項：

①上層支護(hù)完成后，方可開挖下層土方。

②支護(hù)前，松動土體必須清除。

③開挖時應(yīng)做好基底排水，及時抽排坑內(nèi)積水，保持基底強度及完整性不受破壞。

④當(dāng)一段基坑開挖至基底后，及時澆筑混凝土墊層，防止基坑底被水浸泡。

⑤基坑開挖過程中，做好不同土層面的記錄，繪制地質(zhì)素描圖。當(dāng)基底土層與設(shè)計不符合時，應(yīng)及時通知設(shè)計、監(jiān)理處理。

⑥嚴(yán)格按設(shè)計要求限制坑頂堆土。

⑦挖掘土方并運送的出入口必須設(shè)有沖洗池，當(dāng)裝載車輛攜帶土方離開時，保證經(jīng)過嚴(yán)格沖洗，符合上路標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.2 土方開挖注意事項

在進(jìn)行基坑開挖前，必須確保支護(hù)結(jié)構(gòu)各個部分都得到足夠的時間進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，以保證它們達(dá)到足夠的強度，然后才能進(jìn)行下一層土方的挖掘。在開挖過程中，對于距離基坑周邊20cm 內(nèi)的土體，采用人工清理修坡的方式，以防止破壞工程樁。對于超過基坑底以下的超深開挖情況，務(wù)必在開挖前通知設(shè)計人員進(jìn)行復(fù)核，并在必要時提出專門的支護(hù)方案[3]。對于基坑底以下為軟土的情況，一般要求采用有支護(hù)的開挖方式，以控制變形。這些措施旨在確保基坑施工的安全性和穩(wěn)定性。

2.2.3 土方分層、分段開挖要求

（1）每層分段開挖，并且隨挖隨支，每段10m～15m，允許多段同時開挖，允許跳挖，各段間隔5m 以上，設(shè)專人規(guī)劃和指揮。

（2）土方開挖每層開挖深度不能超過2m，不可隨意超挖。

（3）分層開挖的坡度，根據(jù)土質(zhì)實際情況和圖紙的要求進(jìn)行放坡開挖。

2.2.4 出土口收口施工

出土坡道坡率為1:5，對于最后出土口收口，在基坑土方開挖完成后進(jìn)行，采用長臂挖掘機(jī)挖除基坑內(nèi)出土口處土方，采用后退法開挖，在最后收口時，長臂挖掘機(jī)離基坑邊5m 以上,其中部分采用人工清理。

2.2.5 土方開挖技術(shù)要求

（1）土方開挖要與各施工階段緊密協(xié)調(diào)，同時分段進(jìn)行流水作業(yè)。

（2）挖掘要從上到下進(jìn)行，每次挖10m 到15m 的一小段，可以一次挖多段，但各段之間至少要有5m 以上的距離。絕對不允許挖得太多。還要有專門的人員進(jìn)行規(guī)劃和指揮，挖完后要及時進(jìn)行支護(hù)。

（3）分層開挖的坡度，根據(jù)土質(zhì)實際情況和圖紙的要求進(jìn)行放坡開挖。

（4）開挖出來的土方除保留一小部分較好的土作回填或應(yīng)急以外，其他土方隨挖隨運走，土方嚴(yán)禁堆積在基坑頂周邊上。

2.3 深基坑內(nèi)支撐技術(shù)施工要點

2.3.1 護(hù)壁施工的有關(guān)問題

在建造支撐結(jié)構(gòu)時，需要考慮支撐點的位置。如果支撐點在支撐結(jié)構(gòu)的頂部，需要在頂部的冠梁上增加一些額外的鋼筋，以備將來澆筑支撐結(jié)構(gòu)的頂部冠梁時使用。如果支撐點在支撐結(jié)構(gòu)的某個高度上，通常需要在那個位置的支撐內(nèi)部提前埋入一些鋼筋。在挖掘土方后，清理高度位置的混凝土，將預(yù)埋的鋼筋拉出并拉直，用于固定在支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)。同樣的方法也適用于保留和埋入鋼筋混凝土支撐樁。這些步驟的目的是確保支撐結(jié)構(gòu)的堅固和穩(wěn)定。

2.3.2 支撐梁的施工

在進(jìn)行鋼筋混凝土支撐梁和圍檁梁的底模施工時，可以選擇填平夯實并覆蓋尼龍薄膜，或者鋪設(shè)模板、澆筑一層素混凝土墊層，然后鋪上油毛氈。連接檁梁和支護(hù)結(jié)構(gòu)時，可以通過將預(yù)埋的鋼筋焊接在支護(hù)壁上來實現(xiàn)。側(cè)模使用拉桿螺絲進(jìn)行固定，支撐梁需要按照設(shè)計要求提前拱起。混凝土澆筑時要同時進(jìn)行，以確保整體性。在拆除支撐梁時，要預(yù)留爆破孔，并預(yù)埋鐵件用于焊接欄桿。為了縮短工期，可以添加早強劑并加強養(yǎng)護(hù)，等達(dá)到足夠的強度后再進(jìn)行土方開挖。混凝土的澆筑、拆模和養(yǎng)護(hù)都要按照規(guī)范要求進(jìn)行，以確保后期強度的增長。

2.3.3 土方開挖

在施工中，土方開挖應(yīng)按照支撐范圍和深度分層進(jìn)行。每層開挖前需等待混凝土強度滿足要求。若遇到支撐梁，應(yīng)用土覆蓋保護(hù)，厚度不小于50cm，以供運土車輛通行。隨著挖深，護(hù)壁和立柱的支撐點也要鑿毛。

2.4 地下水處理與控制

首先，要在基坑頂部采取措施阻止地表水進(jìn)入基坑，比如攔截和封堵。同時，要檢查并修復(fù)可能斷裂的污水和給水管線，以防止水滲入基坑邊坡。其次，在基坑底部需要用泵抽水，并設(shè)置排水設(shè)施，保持基坑底部干燥，防止土體泡水軟化。另外，行降水試驗，再正式施工，并根據(jù)試驗結(jié)果考慮對井點的加減布置[4]。同時，要嚴(yán)格控制降水水位，降水深度不宜過深，基坑土方開挖前坑內(nèi)降水深度應(yīng)控制在開挖面以下0.5m。

在整個基坑開挖過程中，要確保地面、邊坡頂和基坑內(nèi)的水能夠順利排出，避免污水進(jìn)入基坑。開始降水后，還要隨時監(jiān)測基坑周圍土體的沉降情況以及對建筑物或管道的影響。在基坑開挖之前，要準(zhǔn)備好地面和邊坡頂?shù)呐潘到y(tǒng)，并在挖掘過程中保持系統(tǒng)的完好，不讓水流入基坑。為了保證支護(hù)工作的進(jìn)行，還需要設(shè)置臨時排水設(shè)施，及時將基坑內(nèi)的滲水排到地面排水系統(tǒng)中。最后，當(dāng)基坑挖到設(shè)計深度后，要處理好護(hù)腳和基坑底面的排水溝、集水井。集水井里的水要及時抽走。排水溝和集水井離坑壁要有0.3m 以上的距離，溝道的寬度和高度都是300mm。為了防止水滲入土體影響坑壁的穩(wěn)定性，溝內(nèi)壁要用30mm 厚的水泥砂漿抹面。每隔30m 到40m 左右在基坑四周設(shè)置一個集水井（根據(jù)設(shè)計要求），井底要比排水溝底低0.5m 以上，基坑底不能有積水洼地。基坑頂部四周要做硬化處理，護(hù)面要傾斜朝向排水溝。收集起來的雨水和施工廢水應(yīng)該能夠順暢地排入附近的城市排水管網(wǎng)中。

2.5 明挖基坑開挖及施工中可能遇到的暴雨的應(yīng)對措施

（1）露天使用電閘箱、電氣設(shè)備時，要有可靠的防雨和防漏電措施。

（2）大雨臺風(fēng)期間應(yīng)停止各種吊裝鋼筋籠和樁等作業(yè)。

（3）關(guān)心天氣變化和天氣預(yù)報，臺風(fēng)來臨前，認(rèn)真采取防護(hù)措施，所有工作面停止工作，對各種機(jī)具、設(shè)備、材料、半成品進(jìn)行檢查，加固覆蓋。設(shè)備的電氣開關(guān)要斷開。能行走的設(shè)備停放于安全位置。

（4）風(fēng)大時高處邊緣操作人員應(yīng)暫停操作或改做它事,衣著要緊身。暴雨、臺風(fēng)警報期間，在臺風(fēng)到來前，對較高獨立的機(jī)械、臨時加固穩(wěn)定。大雨、臺風(fēng)過后，要立即各種機(jī)械設(shè)備、電源線路進(jìn)行全面檢查、核對，經(jīng)項目經(jīng)理同意后方可繼續(xù)施工，遇七級以上大風(fēng)應(yīng)停止作業(yè)，六級以上大風(fēng)停止機(jī)械垂直起吊運輸。

（5）土方開挖過程中如遇暴雨造成塌方，現(xiàn)場應(yīng)有足夠的沙包和木樁以便加固周邊的土體。

2.6 基坑開挖、支護(hù)范圍內(nèi)管線保護(hù)

（1）工程前期準(zhǔn)備：在工程開工前，根據(jù)物探報告詳細(xì)了解周邊管線和設(shè)施的分布情況。在存在地下管線的區(qū)域，鋪設(shè)2 厘米厚的鋼板進(jìn)行覆蓋以提供額外防護(hù)。同時，檢測儀器采用管線探測儀，實施施工監(jiān)檢測，確保施工過程中及時發(fā)現(xiàn)并避免潛在的安全隱患。這些措施旨在保障工程的順利進(jìn)行，確保周邊管線和設(shè)施免受不必要的損害。

（2）開挖施工：在進(jìn)行基坑土方開挖前，首先用管線探測儀檢查施工地點，確認(rèn)安全后再進(jìn)行基坑施工。如果發(fā)現(xiàn)有未知管線通過施工區(qū)域，要立即報告，并與業(yè)主、設(shè)計單位以及管線管理部門一起研究處理方案，盡量減少對施工進(jìn)度的影響。這些措施旨在確保在基坑開挖過程中能夠及時處理可能存在的管線問題，保障施工的順利進(jìn)行。

（3）挖掘施工：在地下管線附近，不能使用大型機(jī)械進(jìn)行挖土工作。為了避免損壞地下管線，可以選擇采用人工挖土、鑿石或小型工具如風(fēng)鉆進(jìn)行施工。這樣的做法有助于保護(hù)地下管線的完整性，降低潛在的風(fēng)險。

（4）加固措施：對于開挖區(qū)域以外、受到開挖影響的管道，會采取加固措施來進(jìn)行保護(hù)，以確保其安全和穩(wěn)定。

（5）組織措施：為了確保周圍管線的安全，派專職管線保護(hù)人員監(jiān)護(hù)。施工隊和各班組的成員也會兼職擔(dān)任管線保護(hù)工作，組織建立周邊管線監(jiān)護(hù)體系。這些措施旨在有效地實施管線保護(hù)，確保工程順利進(jìn)行。

（6）降水控制：在進(jìn)行開挖前的降水施工時，要合理安排，避免過度降水引起周圍建筑物和管線沉降問題。為了確保施工不會對周圍的管道造成影響，在附近設(shè)置一些測量點，定期檢查管道是否發(fā)生沉降。然后，及時將這些監(jiān)測點的位置圖和沉降數(shù)據(jù)提供給建設(shè)公司和相關(guān)的管道管理單位，以確保周圍的建筑和管道保持穩(wěn)定。

結(jié)語：

通過對中鐵十四局承接的旗康苑項目的深入研究，本文總結(jié)了在復(fù)雜環(huán)境及地質(zhì)條件下深基坑開挖及支護(hù)施工工藝的關(guān)鍵經(jīng)驗和技術(shù)要點。提出的施工方案在該項目中取得了顯著的成功，在未來的深基坑工程中，應(yīng)繼續(xù)借鑒這些經(jīng)驗，不斷創(chuàng)新工藝，推動深基坑施工技術(shù)的發(fā)展，以適應(yīng)城市建設(shè)的不斷變化和提高工程的可持續(xù)性。