浅谈基坑围护设计及开挖施工

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[摘要]：本文介绍了基坑的围护体系的选型及常规设计、基坑开挖施工方法、基坑降排水方法、边坡稳定等，给类似的工程提供参考价值。

[关键词]：基坑；围护设计；土方开挖；降排水；边坡稳定

随着改革开放的持续进行，我国经济迅猛发展，建筑行业突飞猛进，各地高楼大厦如雨后春笋般的涌现，建筑高度越来越高，同时地下空间也被利用起来，于是出现了深基坑施工的普遍问题。深基坑涉及到众多工序及专项方案的设计与施工，稍有不慎，后果不堪设想。本文将对基坑支护结构的选型、基坑土方开挖及降排水进行探讨。

1、基坑支护体系的选型

基坑支护体系包括挡墙和支撑，其中挡墙的主要作用是挡土，而支撑的作用是保证结构体系的稳定。若挡墙结构足够强，能够满足开挖施工稳定的要求，该支护体系中可以不设支撑构件，否则应当增加支撑构件。

1.1、挡墙的选型

工程中常用的挡墙结构有下列一些型式：钢板桩；钢筋棍凝土板桩；钻孔灌注桩挡墙；H型钢支柱(或钢筋混凝土桩支柱)、木挡板支护墙；地下连续墙；深层搅拌水泥土桩挡墙；旋喷桩帷幕墙；人工挖孔桩；预制打入钢筋混凝土桩等作为支护结构挡墙的。

1.2、支撑结构的选型

当基坑深度较大，悬臂的挡墙在强度和变形方面不能满足要求时，即需增设支撑系统。支撑系统分两类：基坑内支撑和基坑外拉锚。基坑外拉锚又分为顶部拉锚与土层锚杆拉锚，前者用于不太深的基坑，多为钢板桩，在基坑顶部将钢板桩挡墙用钢筋或钢丝绳等拉结锚固在一定距离之外的锚桩上，土层锚杆锚固多用于较深的基坑。

以下为常用的几种支撑形式：锚拉支撑；斜柱支撑；短桩横隔支撑；钢结构支护；地下连续墙支护；地下连续墙锚杆支护；挡土护坡桩支撑；挡土护坡桩与锚杆结合支撑；板桩中央横顶支撑；板桩中央斜顶支撑；分层板桩支撑。

2、基坑土方开挖方法

2.1、施工准备工作：查勘现场，摸清工程实地情况；按设计或施工要求标高整平场地；做好防洪排洪工作；设置测量控制网；设置就绪基坑施工用的临时设施。

2.2、机械和人工开挖

（1）对大型基坑土方，宜用机械开挖，基坑深在5m内，宜用反铲挖土机在停机面一次开挖，深5m以上宜分层开挖或开沟道用正铲挖土机下入基坑分层开挖，或设置钢栈桥，下层土方用抓斗挖土机在栈桥上开挖，基境内配以小型推土机堆集土。

（2）人工挖土，一般采取分层分段均衡往下开挖，较深的坑(槽)，每挖1m左右应检查边线和边坡，随时纠正偏差。为防止超挖和保持边坡坡度正确，机械开挖至按近设计坑底标高或边坡边界，应预留30~50cm厚土层，用人工开挖和修坡。

（3）如开挖的基坑(槽)深于邻近建筑基础时，开挖应保持一定的距离和坡度，以免在施工时影响邻近建筑基础的稳定。如不能满足要求，应采取在坡脚设挡墙或支撑进行加固处理。

（4）挖土时注意检查基坑底是否有古墓，洞穴，暗沟或裂隙、断层(对岩石地基)存在，如发现迹象，应及时汇报，并进行探查处理。

（5）弃土应及时运出，如需要临时堆土，或留作回填土，堆土坡角至坑边距离应按挖坑深度，边坡坡度和土的类别确定，干燥密实土不小于3m，松软土不小于5m。

（6）为防止坑底扰动，基坑挖好后应尽量减少暴露时间，及时进行下一道工序的施工。基坑挖好后，应对坑底进行抄平，修整。如挖坑时有小部分超挖，可用素土、灰土或砾石回填夯实至与地基土基本相同的密实度。

3、基坑降排水方法

在土方开挖过程中，当开挖底面标高低于地下水位的基坑时，由于土的含水层被切断，地下水会不断渗入坑内。地下水的存在，非但土方开挖困难，费工费时，边坡易于塌方，而且会导致地基被水浸泡，扰动地基土，造成工程竣工后建筑物的不均匀沉降，使建筑物开裂或破坏。基坑、沟槽开挖时降低地下水位的方法很多，一般设各种排水沟排水和各种井点系统降低地下水位两类方法，其中以设明(暗)沟、集水井排水为施工中应用最为广泛、简单、经济的方法，井点降水法主要应用于大面积深基坑降水。

3.1、集水坑排水法

（1）排水方法：设置集水坑和排水沟，有明沟与集水井排水方法；分层明沟排水；深层明沟排水；暗沟排水；利用工程设施排水等。

（2）排水机具的选用：基坑排水广泛采用动力水泵，一般有机动、电动、真空及虹吸泵等。选用水泵类型时，一般取水泵的排水量为基坑涌水量的1.5—2倍。当基坑涌水量Q60 m3／h，多用离心式水泵。当基坑涌水量很小，亦可采用人力提水桶、手摇泵或水龙车等将水排出。

3.2、井点降水法

（1）在地下水位以下的含水丰富的土层中开挖大面积基坑时，采用一般的明沟排水方法，常会遇到大量地下涌水，难以排干；当遇粉、细砂层时，还会出现严重的翻浆、冒泥、流砂现象，不仅使基坑无法挖深，而且还会造成大量水土流失，使边坡失稳或附近地面出现塌陷。当遇有此种情况出现，一般应采用人工降低地下水位的方法施工。

人工降低地下水位，常用的为各种井点排水方法，它是在基坑开挖前，沿开挖基坑的四周、或一侧、二侧埋设一定数量深于坑底的井点滤水管或管井，以总管连接或直接与抽水设备连接从中抽水，使地下水位降落到基坑底0.5—1.0m以下，以便在无水干燥的条件下开挖土方和进行基础施工，不但可避免大量涌水、冒泥、翻浆，而且在粉细砂、粉土地层中开挖基坑时，可防止流砂现象的发生；同时由于土中水分排除后，动水压力减小或消除，大大提高了边坡的稳定性，边坡可放陡，可减少土方开挖量；此外由于渗流向下，动水压力加强重力，增加土颗粒间的压力使坑底土层更为密实，改善了土的性质；但井点降水设备一次性投资较高，运转费用较大。

（2）井点降水方法有：单层轻型井点、多层轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点、深井井点、无砂混凝土管井点以及小沉井井点等。可根据土的种类，透水层位置，厚度，土层的渗透系数，水的补给源，井点布置形式，要求降水深度，邻近建筑、管线情况，工程特点，场地及设备条件以及施工技术水平等情况，作出技术经济和节能比较后确定，选用一种或两种井点与明排综合使用。

4、边坡稳定

放坡开挖要正确确定土方边坡，对深度5m以内的深基坑，有时则需通过边坡稳定验算来确定。对于有支护结构的深基坑，在进行整体稳定验算时，亦要用到边坡稳定验算的知识。

从理论上说，研究土体边坡稳定有两类方法，一是利用弹性、塑性或弹塑性理论确定土体的应力状态；二是假定土体沿着一定的滑动面滑动而进行极限平衡分析。第一类方法对于边界条件比较复杂的土坡较难以得出精确解，近年来还可采用有限单元法，根据比较符合实际情况的弹塑性应力应变关系，分析土坡的变形和稳定，一般称为极限分析法。第二类方法是根据土体沿着假想滑动面上的极限平衡条件进行分析，一般称为极限平衡法。在极限平衡法中，条分法由于能适应复杂的几何形状、各种土质和孔隙水压力，因而成为最常用的方法。

5、结语

由于深基坑施工涉及的工序较多，因此要结合现场实际情况对多种施工方法进行比较，从而确定较为安全、稳定、经济合理的施工方法。