浅析建筑施工中深基坑施工技术

陈梓鑫

广东省第一建筑工程有限公司 广东 广州 510000

随着城市化进程的不断加快，建筑施工中深基坑的应用越来越广泛，已是地下结构基础工程不可或缺的一部分施工内容。然而，深基坑施工存在安全风险和技术难点，如基坑支护结构的选择和设计、土体变形分析、支护结构的施工工艺和基坑降水技术等方面。为保证深基坑施工的安全、经济和高效，需要进行深入的理论研究和实践探索。目前，国内外对深基坑施工技术研究已经取得了一定的成果，但在具体应用中仍存在一些问题。因此，本文将对深基坑施工技术进行探讨，为深基坑施工提供更加科学的理论依据和实践经验，以提高深基坑施工的质量和安全水平。

1 深基坑施工技术概述

深基坑施工是指在城市建设中，为了满足建筑物的基础要求，对建筑用地进行挖掘深度超过5米，或深度虽未超过5米，但地质条件和周围缓解及地下管线特别复杂的工程，包括基坑的土方开挖、支护、降水工程等。使地面下的土体暴露在空气中，并在施工过程中对土体进行围护和支护的工程技术。深基坑施工的分类主要根据挖掘深度和施工条件等因素进行。根据挖掘深度的不同，基坑施工可以分为浅基坑、中深基坑和超深基坑；根据施工条件的不同，深基坑施工可以分为单壁式基坑、双壁式基坑、开挖上拱式基坑和封闭式基坑等类型[1]。深基坑施工是城市建设中不可或缺的一部分，其质量和安全水平直接关系到建筑物的使用寿命和人们的生命财产安全。

2 深基坑支护技术

2.1 支护结构的分类和选择

深基坑支护结构的选择要考虑多方面因素，如基坑深度、土质条件、建筑物周边环境和支护结构的成本等。一般而言，深基坑支护结构可以分为传统支撑式和无支撑式两大类。传统支撑式结构包括桩墙（如图1所示）、钢支撑、混凝土支撑和桩-梁支撑、钢梁支撑等，这些结构具有承载力强、稳定性好、经济性高、适用范围广等优点，但是施工难度大、对土方开挖不利、对基坑周边环境影响大。无支撑式结构包括咬合桩围护墙、型钢水泥土搅拌墙、水泥土重力式挡墙和地下连续墙等，这些结构简便、对土方开挖影响小、可以兼做基坑止水帷幕、对环境影响小，但是成本高、承载能力相对较弱。因此，在选择深基坑支护结构时，需要根据具体情况进行综合分析和评估，选择最为合适的支护方案。同时，在支护结构设计和施工中，要考虑安全、经济、环保和施工难度等方面的平衡，采用科学的技术和管理手段，确保施工过程的安全和高效。

图1 深基坑支护施工现场

2.2 支护结构的设计方法

（1）了解土体力学特性。在设计支护结构之前，必须了解土体的力学特性，如土体强度、刚度、变形等参数，以便确定支护结构的尺寸和承载能力。

（2）选择支护结构类型。根据土体条件、基坑深度和施工条件等因素，选择传统支撑式结构或无支撑式结构。

（3）确定支护结构的尺寸。根据土体力学参数和支护结构类型，确定支护结构的尺寸和形式。

（4）计算支护结构的承载能力。根据支护结构的尺寸和土体力学参数，计算支护结构的承载能力和变形特性，以保证其稳定性和安全性。

（5）制定支护结构的施工方案。根据设计结果和实际情况，制定支护结构的施工方案，包括施工工序、施工方法和施工参数等。

2.3 深基坑支护结构潜在的安全风险

（1）潜在的支护结构失稳风险

在深基坑支护工程中，支护结构失稳是一种潜在的安全风险，主要原因是由于基坑周围的土体在施工过程中受到一定的力学作用，导致土体的变形和移动，从而使得支护结构受力状态发生变化，甚至失稳。造成支护结构失稳的原因可能有多种，例如地质条件复杂、土体变形引起支护结构变形等。

为了避免支护结构失稳带来的危害，施工前应进行详细的土质勘察和设计，根据土体特性和地质条件选择合适的支护结构，并进行合理的施工工艺和施工监测。在施工过程中，需要随时对支护结构的受力状态进行监测，并对出现异常的情况及时采取措施，例如加固、调整支护结构等。同时，也需要建立应急预案，对支护结构失稳可能带来的影响进行评估，并采取相应的应对措施，确保施工过程的安全性和顺利性。

（2）土体沉降导致的支护结构失效风险

在深基坑支护工程中，土体沉降可能是由于施工过程中土体受力导致的变形和移动，也可能是由于附近建筑物地下结构的影响，例如邻近基础施工、管线埋设等。这些都会导致基坑周围土体的沉降，从而使得支护结构受力状态发生变化，甚至失效。

为了避免土体沉降引起的支护结构失效风险，需要进行详细的土质勘察和设计，根据土体特性和地质条件选择合适的支护结构。在施工过程中，需要加强对基坑周围土体的监测，及时发现土体沉降现象，并采取相应的措施，例如加固支护结构、调整施工工艺等。同时，也需要加强与附近建筑物地下结构的沟通和协调，共同避免对彼此产生影响。在实际工程中，采用适当的支护结构设计和施工技术，以及有效的施工监测和应急预案，可以有效地减少土体沉降导致的支护结构失效风险，确保深基坑施工的安全和顺利进行。

（3）支护结构施工工艺导致的风险

首先是施工操作不当引起的风险。例如在混凝土浇筑过程中，如果控制不当会导致混凝土浇筑质量不达标，从而影响支护结构的稳定性。此外，如钢筋制作、切割、焊接等施工操作不当也可能导致支护结构的受力状态发生变化，进而引起支护结构失效的风险。其次是施工过程中土体变形和移动导致的风险。例如在基坑挖掘过程中，如果掘进速度过快，土体变形导致周围地面下沉过快，从而导致支护结构的受力状态发生变化。另外，挖掘过程中若未控制好坑底水位，则可能引发土体液化现象，加剧土体变形和移动，对支护结构带来更大的风险。最后是施工材料和设备质量问题导致的风险。例如在钢筋制作过程中，若选用质量不良的钢材或者生产工艺不严谨，将可能导致支护结构的承载能力下降，从而引起失稳的风险。同样，如挖掘机械设备的品质和维护保养不到位也可能带来安全隐患。

因此，在支护结构施工过程中，必须注重施工操作的规范和安全措施的落实，加强对土体变形和移动的监测和控制，并严格把控施工材料和设备的质量。只有这样才能有效地避免支护结构施工工艺带来的风险，确保深基坑施工的安全和顺利进行。

2.4 基坑围护结构受力分析的注意事项

首先，确定材料强度参数时需要考虑实际情况，如材料的强度、变形特性、抗剪强度等。不同材料的强度参数不同，需要根据实际情况进行测量或推算，以确保分析结果的准确性。其次，地下水对基坑围护结构的影响需要被考虑进去。地下水会对土体的强度和稳定性产生影响，因此在受力分析中需要考虑地下水的作用。同时，基坑内的降水也需要被考虑进去，因为降水量的大小和降水方式对基坑的围护结构和土体的稳定性也有影响。最后，土体非线性变形也需要被考虑。在深基坑工程中，土体的变形可能是非线性的，因此需要采用合适的数学模型进行分析。同时，还需要注意分析过程中的误差和不确定性，以确保分析结果的可靠性。

3 深基坑降水技术

3.1 基坑降水的原理和方法

深基坑施工中，当地下水位高于基坑底部时，需要采用降水技术降低地下水位，以确保基坑施工的安全和顺利进行。基坑降水的原理是通过建立抽水井，将井内的水抽出，形成地下水位的下降，从而达到降低基坑周围水位的目的[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、负压井降水法和轻型井点降水等。在降水施工中，应根据基坑周围地质情况和施工要求，选择合适的降水方式和相应的降水工艺，以确保施工安全和经济效益。

3.2 基坑降水方式的适用类型

（1）排水井降水法

排水井降水法是一种较为常见的基坑降水方式，其主要原理是通过挖掘井孔，在井孔内安装水泵，将井孔内的水抽出，从而形成地下水位的下降，以达到降低基坑周围水位的目的。该方法适用于地下水位较高的情况，一般适用于深度不超过10m的浅基坑和地下室的降水。该方法的优点是降水效果较好，施工简单，成本相对较低。但是，其缺点是需要挖掘较深的井孔，施工周期长，且可能对周围环境产生影响。此外，在井孔内安装水泵时还需要考虑水泵的安全和维护问题。

（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过设置泵站，将周围地下水引入泵站，通过重力作用将地下水泵送出去，从而实现基坑周围地下水位的降低。该方法适用于地下水位较高的深基坑和地下室降水，优点是降水效果好，可以控制基坑周围水位的下降速度，施工成本相对较低。但是，其缺点是需要进行深度较大的开挖和安装泵站等设备，施工周期相对较长，且需要考虑泵站的设置和维护问题。

（3）负压井降水法

负压井降水法是一种基坑降水方式，其主要原理是通过建立负压井，在井内设置水泵，使井内形成低压区域，从而吸引周围地下水进入井内，并通过水泵将地下水抽出去，以达到降低地下水位的目的。该方法适用于地下水位较高的基坑和地下室降水，其优点是降水效果好，且对周围环境影响较小。缺点是设备投资较高，施工周期较长，还需要考虑负压井的设置和维护问题。

（4）轻型井点降水

轻型井点降水通过在井筒周围设置多个轻型井点，利用泵站将基坑内的地下水抽至井筒中，并通过管道将水排出基坑外。相比于其他降水方式，轻型井点降水具有操作简便、费用低廉等优点，且对基坑内土体的影响较小，适用于对基坑周围环境影响要求较高的场合。此外，轻型井点降水也适用于基坑深度不大、降水量较小的情况。但对于基坑较深、降水量较大的情况，轻型井点降水则可能无法满足要求，需要采用其他降水方式。

3.3 不同土质基坑止水帷幕选择

（1）砂质土壤

在基坑降水中，选择适当的止水帷幕可以降低地下水位并保护基坑安全。对于砂质土壤，其渗透性较高，一般选择围护结构比较困难，止水帷幕是一种较好的选择。针对砂质土壤，可采用灌注桩止水帷幕、钢板桩止水帷幕、注浆止水帷幕等方式进行基坑围护。在选择止水帷幕时，需要考虑砂质土壤的孔隙度和饱和度等因素，以确定止水帷幕的深度和厚度。对于较厚的砂层，通常需要设置多层止水帷幕，以保证较好的止水效果。同时，针对部分靠近河床等富含流动地下水砂质土壤的地质条件，采用常规的高压旋喷桩、注浆等因流动水的存在会导致成桩效果较差，可采用地下连续墙、灌注桩+高压旋喷桩或钢板桩止水帷幕和咬合桩、但钢板桩若砂质土壤中存在较大孤石的话不利于施打；地下连续墙和灌注桩+高压旋喷桩的施工成本较大；咬合桩在存在孤石及富含流动地下水区域作为止水帷幕的效果及经济适用性较高，但因施工工艺涉及超缓混凝土，应在施工中严格控制施工时间。在实际工程中，还需要针对砂质土壤的具体情况进行综合评估，包括地下水位、砂土含水量、土层厚度等因素，以确定最佳的止水帷幕设计方案和施工工艺，以确保基坑施工的安全和经济效益。

（2）粘土质土壤

对于粘土质土壤，其渗透性相对较低，围护结构施工相对容易，但粘土的收缩和膨胀性较强，易造成基坑失稳和变形。因此，在选择止水帷幕时，需要考虑粘土质土壤的特性和施工环境等因素，以确定最佳的止水帷幕设计方案和施工工艺。常见的止水帷幕包括灌注桩止水帷幕、搪砂土壤围护、混凝土搅拌桩、注浆止水帷幕等。其中，灌注桩止水帷幕是较为常见的选择，可采用孔隙灌注桩、钻孔灌注桩等形式，以提高止水效果和围护稳定性。此外，在施工过程中需要注意保持土体的湿润状态，避免因水分流失导致土壤干裂和围护失稳等问题。对于特殊情况下的粘土质土壤，如软土层、粘性土层等，还可以采用增强措施，如纤维增强土壤、加筋土壤等，以提高止水帷幕的稳定性和耐久性。

（3）岩石土壤

对于岩石土壤，其渗透性极低，一般不需要采用止水帷幕进行基坑围护。但在某些情况下，如岩石裂隙较大或砂石夹层较多等特殊情况下，需要采用适当的止水措施进行围护，以确保基坑施工的安全和经济效益。常见的止水措施包括注浆止水帷幕、钢板桩止水帷幕、喷锚锚杆等。其中，注浆止水帷幕是比较常见的选择，可采用水泥浆、环氧树脂等材料进行注浆，以形成坚固的止水帷幕[3]。此外，在施工过程中需要注意选择合适的注浆方式和注浆参数，以确保止水帷幕的稳定性和密封性。对于岩石土壤的围护，还需要考虑到围岩的稳定性和施工难度等因素，以确定最佳的围护设计方案和施工工艺。此外，在实际施工中需要采用适当的安全措施和设备，以保障工人和设备的安全。

4 结语

本文旨在探讨深基坑施工中的关键问题，包括支护结构的选择、降水技术、止水帷幕选择等方面，进一步探讨了支护结构的分类、设计方法和施工工艺等，为深基坑施工提供了理论和实践指导。深基坑施工未来将面临更多的技术和管理挑战，需要进一步深入研究和探索，提出更加创新和可行的解决方案。同时，要加强与相关领域的交流和合作，推动深基坑施工技术的不断发展和提高，为城市建设和发展作出贡献。