復雜環境及地質條件下深基坑開挖及支護施工工藝研究

文／鄭永振 中鐵十四局集團有限公司 山東濟南 250000

引言：

隨著城市化進程的加速推進，深基坑施工深受越來越多的專業人士喜愛，成為工程建設中的重要組成部分。然而，由于城市地質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峻的挑戰。不同地質條件對基坑工程的影響，使得傳統的開挖和支護工藝在復雜環境中顯得力不從心。因此，有必要深入研究超深基坑施工工藝，以應對復雜環境和地質條件帶來的技術難題。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 層商業都，地下室2層，西北角處為局部負一層地下室。計劃采用框架結構作為結構型式，而在基礎設計上打算采用灌注樁基礎?；诱嫉孛娣e約14185 m2，周長約515m。建筑±0.000 標高為4.5m,負二層底板面絕對標高為-4.45m，底板厚度為600mm，底板墊層底標高以絕對標高控制為-5.15m，根據地形設計整平后考慮到底板墊層底標高開挖深度7.65～9.25m。

1.深基坑開挖及支護的重要性

隨著城市化進程的加快，高層建筑、地下交通、市政基礎設施等項目的建設需求不斷增加，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，土體穩定性、地下水控制、周邊建筑物及地下管線保護等問題日益突出，對施工安全和環境保護提出了更高的要求。因此，為了確?；庸こ痰陌踩?、穩定和環保，基坑開挖的形式選擇以及支護技術的應用對于提高工程質量、降低施工風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安全。

2.深基坑開挖及支護施工工藝

2.1 地質勘察

深基坑開挖及支護施工工藝中的地質勘察是一個關鍵環節，其目標是為即將進行的工程提供可靠的地質基礎和設計參數，以支持基礎的設計和施工。在詳細勘察階段，需要查明以下內容：

（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）不良地質作用的類型、成因、分布范圍、發展趨勢和危害程度，及整治措施：查明可能存在的地質災害，如滑坡、泥石流等，評估其對基坑開挖和支護的影響，并提出相應的整治措施。

（3）巖土層的結構、性質、分布特征及其物理力學參數：通過取樣測試和現場觀察，了解地層的結構和性質，同時分析其分布規律，進而計算出巖土層的承載力、壓縮模量等，為基坑開挖和支護的設計提供依據[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的影響，并采取相應的處理措施。

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

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

地質勘察還需要提供基礎設計及施工所需的巖土力學參數，包括承載力、壓縮模量等，以及基坑設計和施工所需的巖土力學參數。根據地質勘察結果，可以提出經濟合理的設計方案建議，包括選擇合適的基礎類型和支護方式。

2.2 基坑土方開挖施工

2.2.1 土方開挖

在進行基坑土方開挖時，應注重區域劃分，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?；诱w可以被分成兩個主要部分，就像一個“外圈”和一個“中心”區域一樣?！爸苓厖^”是指支護工作區，其范圍約為支護底邊線向坑內延伸10m。在這個區域內，需要進行支護工作，以確?；拥姆€定性和安全性?！爸行膮^”則是相對自由開挖的區域。在這個區域內，土方開挖單位可以自主進行開挖工作。在開挖過程中，需要按照一定的順序進行退挖。首先，從“外圈”向“中心”方向進行退挖。出土通道應留在東北角，并通過預留的出土口進行出土。最后，再對出土口進行開挖和支護工作。通過這樣的方式，可以確?；拥拈_挖過程安全有序，并且能夠最大程度地減少對周圍環境的影響。

圖1 土方開挖出土

為確?；邮┕さ陌踩院陀行蜻M行，在挖基坑的外圍區域，土方開挖應嚴格按照施工要求進行施工，并絕對不得超挖。采用直立開挖形式的基坑，為了確?；痈鱾€部分受力均衡，需要按照直立支護段的要求，在基坑周邊區進行分層、對稱的開挖。對于帶有支護樁等支護體的基坑，開挖一層就進行一層支護，且每層應分段開挖，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，并需有專人進行規劃和指揮，確保施工有序進行[2]。

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

基坑開挖自上而下進行，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 左右進行放坡，以保證出土口的穩定。

（2）基坑周邊區土方施工

基坑分層開挖，第一層可不分段外，對應基坑周邊區下部土方必須分層、分段開挖，開挖高度為錨索標高以下0.3m 且每次開挖深度不能超過2m，每開挖一層支護一層。開挖時，離基坑周邊20cm 內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措施

大挖機在地面上進行大面積開挖，小型挖機在第二層位置開挖基坑底土方，小型挖機行走路線原則，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域，則需壓在管樁上行走，行走前需確保挖機下方土層覆蓋厚度足夠支撐挖機載荷為準。三，若是挖機行走開挖區域淤泥較厚無法支撐挖機作業或可能會影響管樁時，對該區域用道碴進行換填處理以確保管樁不受影響，換填厚度約1米，根據現場情況需要加厚，以保護管樁安全為前提。

（4）基坑開挖的其它事項：

①上層支護完成后，方可開挖下層土方。

②支護前，松動土體必須清除。

③開挖時應做好基底排水，及時抽排坑內積水，保持基底強度及完整性不受破壞。

④當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，繪制地質素描圖。當基底土層與設計不符合時，應及時通知設計、監理處理。

⑥嚴格按設計要求限制坑頂堆土。

⑦挖掘土方并運送的出入口必須設有沖洗池，當裝載車輛攜帶土方離開時，保證經過嚴格沖洗，符合上路標準。

2.2.2 土方開挖注意事項

在進行基坑開挖前，必須確保支護結構各個部分都得到足夠的時間進行養護，以保證它們達到足夠的強度，然后才能進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，務必在開挖前通知設計人員進行復核，并在必要時提出專門的支護方案[3]。對于基坑底以下為軟土的情況，一般要求采用有支護的開挖方式，以控制變形。這些措施旨在確?；邮┕さ陌踩院头€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，設專人規劃和指揮。

（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，根據土質實際情況和圖紙的要求進行放坡開挖。

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行，采用長臂挖掘機挖除基坑內出土口處土方，采用后退法開挖，在最后收口時，長臂挖掘機離基坑邊5m 以上,其中部分采用人工清理。

2.2.5 土方開挖技術要求

（1）土方開挖要與各施工階段緊密協調，同時分段進行流水作業。

（2）挖掘要從上到下進行，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行規劃和指揮，挖完后要及時進行支護。

（3）分層開挖的坡度，根據土質實際情況和圖紙的要求進行放坡開挖。

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

2.3 深基坑內支撐技術施工要點

2.3.1 護壁施工的有關問題

在建造支撐結構時，需要考慮支撐點的位置。如果支撐點在支撐結構的頂部，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構的頂部冠梁時使用。如果支撐點在支撐結構的某個高度上，通常需要在那個位置的支撐內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，將預埋的鋼筋拉出并拉直，用于固定在支撐結構內。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構的堅固和穩定。

2.3.2 支撐梁的施工

在進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。連接檁梁和支護結構時，可以通過將預埋的鋼筋焊接在支護壁上來實現。側模使用拉桿螺絲進行固定，支撐梁需要按照設計要求提前拱起?；炷翝仓r要同時進行，以確保整體性。在拆除支撐梁時，要預留爆破孔，并預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護，等達到足夠的強度后再進行土方開挖?；炷恋臐仓?、拆模和養護都要按照規范要求進行，以確保后期強度的增長。

2.3.3 土方開挖

在施工中，土方開挖應按照支撐范圍和深度分層進行。每層開挖前需等待混凝土強度滿足要求。若遇到支撐梁，應用土覆蓋保護，厚度不小于50cm，以供運土車輛通行。隨著挖深，護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入基坑，比如攔截和封堵。同時，要檢查并修復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，并設置排水設施，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，并根據試驗結果考慮對井點的加減布置[4]。同時，要嚴格控制降水水位，降水深度不宜過深，基坑土方開挖前坑內降水深度應控制在開挖面以下0.5m。

在整個基坑開挖過程中，要確保地面、邊坡頂和基坑內的水能夠順利排出，避免污水進入基坑。開始降水后，還要隨時監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，要準備好地面和邊坡頂的排水系統，并在挖掘過程中保持系統的完好，不讓水流入基坑。為了保證支護工作的進行，還需要設置臨時排水設施，及時將基坑內的滲水排到地面排水系統中。最后，當基坑挖到設計深度后，要處理好護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定性，溝內壁要用30mm 厚的水泥砂漿抹面。每隔30m 到40m 左右在基坑四周設置一個集水井（根據設計要求），井底要比排水溝底低0.5m 以上，基坑底不能有積水洼地?；禹敳克闹芤鲇不幚?，護面要傾斜朝向排水溝。收集起來的雨水和施工廢水應該能夠順暢地排入附近的城市排水管網中。

2.5 明挖基坑開挖及施工中可能遇到的暴雨的應對措施

（1）露天使用電閘箱、電氣設備時，要有可靠的防雨和防漏電措施。

（2）大雨臺風期間應停止各種吊裝鋼筋籠和樁等作業。

（3）關心天氣變化和天氣預報，臺風來臨前，認真采取防護措施，所有工作面停止工作，對各種機具、設備、材料、半成品進行檢查，加固覆蓋。設備的電氣開關要斷開。能行走的設備停放于安全位置。

（4）風大時高處邊緣操作人員應暫停操作或改做它事,衣著要緊身。暴雨、臺風警報期間，在臺風到來前，對較高獨立的機械、臨時加固穩定。大雨、臺風過后，要立即各種機械設備、電源線路進行全面檢查、核對，經項目經理同意后方可繼續施工，遇七級以上大風應停止作業，六級以上大風停止機械垂直起吊運輸。

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

2.6 基坑開挖、支護范圍內管線保護

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

（2）開挖施工：在進行基坑土方開挖前，首先用管線探測儀檢查施工地點，確認安全后再進行基坑施工。如果發現有未知管線通過施工區域，要立即報告，并與業主、設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，保障施工的順利進行。

（3）挖掘施工：在地下管線附近，不能使用大型機械進行挖土工作。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鉆進行施工。這樣的做法有助于保護地下管線的完整性，降低潛在的風險。

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

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

（6）降水控制：在進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，在附近設置一些測量點，定期檢查管道是否發生沉降。然后，及時將這些監測點的位置圖和沉降數據提供給建設公司和相關的管道管理單位，以確保周圍的建筑和管道保持穩定。

結語：

通過對中鐵十四局承接的旗康苑項目的深入研究，本文總結了在復雜環境及地質條件下深基坑開挖及支護施工工藝的關鍵經驗和技術要點。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，應繼續借鑒這些經驗，不斷創新工藝，推動深基坑施工技術的發展，以適應城市建設的不斷變化和提高工程的可持續性。