土木工程中深基坑土方开挖的施工技术分析及应用

摘要：随着城市化进程的加速，土木工程建设中深基坑土方开挖工程日益增多，其施工技术的优劣直接关系到整个工程的安全性、经济性及施工效率。深基坑土方开挖作为土木工程中的一项关键技术，不仅涉及土壤力学、岩土工程学等多学科知识，还受到地质条件、周边环境、气候因素等多种条件的制约。因此，深入研究并掌握深基坑土方开挖的施工技术，对于提升工程质量、保障施工安全、降低工程成本具有重要意义。本文旨在通过对土木工程中深基坑土方开挖施工技术进行系统分析，探讨其在实际应用中的效果与挑战，为相关工程实践提供有益的参考和借鉴。

关键词：深基坑；土方开挖；施工技术；支护技术；降排水技术

在当前基础设施建设蓬勃发展的背景下，深基坑土方开挖工程已成为土木工程领域不可或缺的一部分。这类工程往往面临地质条件复杂、开挖深度大、周边环境敏感等多重挑战，对施工技术的要求极高。深基坑土方开挖施工技术的选择与应用，直接关系到工程能否顺利进行、质量是否达标以及周边建筑与环境的安全。

一、深基坑土方开挖的基本概述

（一）深基坑的定义与特点

定义：

在土木工程中，通常将开挖深度超过5米的基坑称为深基坑。这类基坑由于深度较大，往往伴随着较高的施工难度和风险。深基坑的开挖不仅需要考虑到土壤的稳定性和支护结构的安全性，还需要考虑地下水的影响以及周边建筑物和基础设施的保护。

特点：

1.施工难度大：深基坑的开挖深度较大，导致施工过程中需要面对更多的技术难题，如边坡稳定性、地下水控制等[1]。

2.技术要求高：深基坑施工需要采用先进的技术和设备，以确保施工质量和安全。例如，使用高精度的测量仪器进行定位，采用现代化的机械设备进行挖掘和支护。

3.风险因素多：深基坑施工过程中存在多种风险因素，包括地质条件复杂、天气变化、施工操作失误等。这些风险因素可能导致边坡坍塌、地下水渗漏等问题，严重威胁施工人员的生命安全和工程质量。

4.环境影响大：深基坑施工对周边环境的影响较大，可能会引起噪音、粉尘、泥浆排放等问题，影响居民的生活质量和周边生态环境。

（二）深基坑土方开挖的主要原则

1.安全性原则：

在深基坑土方开挖过程中，必须采取合理的支护措施，以防止边坡坍塌等安全事故的发生。这包括选择合适的支护结构类型（如钢板桩、混凝土灌注桩等），并进行详细的设计和计算，确保支护结构的稳定性和可靠性。

定期监测边坡变形情况，及时发现并处理潜在的安全隐患。例如，通过安装位移传感器和应力传感器，实时监测边坡的变形和应力变化，以便及时采取措施防止事故发生。

加强施工现场的安全管理，严格执行安全操作规程，确保施工人员的安全。例如，设置安全警示标志、配备必要的安全防护设备、定期进行安全培训等。

2.经济性原则：

在保证施工安全的前提下，应尽量节约施工成本，提高经济效益。这可以通过优化设计方案、合理选择材料和设备、提高施工效率等方式实现。

采用先进的施工技术和设备，减少人工劳动强度，降低人工成本。例如，使用自动化程度高的机械设备进行挖掘和支护，提高工作效率。

合理安排施工进度，避免因工期延误而增加的成本。例如，制定详细的施工计划，合理安排各个工序的衔接，确保施工进度按计划进行。

3.环保原则：

施工过程中应尽量减少噪音、粉尘和泥浆排放，保护周边环境。例如，使用低噪音的机械设备、设置防尘网、采用封闭式泥浆处理系统等。

合理规划施工现场布局，减少对周边居民生活的影响。例如，将噪音较大的设备放置在远离居民区的位置，合理安排施工时间，避免夜间施工[2]。

加强环境保护意识，落实各项环保措施，确保施工过程符合环保要求。例如，制定详细的环保方案，明确各项环保措施的具体实施方法，并定期进行检查和评估。

二、深基坑土方开挖的前期准备工作

（一）工程勘察与地质调查

详细的地质勘察是深基坑土方开挖前期准备的重要环节。通过勘察，可以获取土层分布、地下水位等关键信息，为制定具体的施工方案提供依据。首先，需要对施工现场进行详细的地形地貌调查，了解场地的自然条件和环境特征。其次，采用钻探、取样等方法对土壤进行物理性质测试，如密度、含水量、抗剪强度等参数的测定。此外，还需评估地下水情况，包括水位高度、流向及其变化规律，以及是否存在腐蚀性或污染性物质。所有这些数据都将直接影响到后续工程设计的安全性和经济性。因此，在正式开工前必须完成全面而细致的地质勘查工作。

（二）施工设计与方案确定

根据上述勘察结果，接下来就是制定科学合理的施工设计方案了。这包括但不限于以下几个方面：首先是基坑支护结构的设计，考虑到不同土质条件下的稳定性要求，选择合适的支撑形式（如钢板桩、混凝土灌注桩等），并计算所需材料规格及数量；其次是排水系统规划，确保降水措施能够有效降低地下水位，防止因积水过多导致边坡失稳等问题发生；再者是合理安排土方开挖顺序，遵循“先上后下”、“分层分段”的原则逐步推进作业面，避免一次性大规模挖掘造成安全隐患。最后，还需编制详尽的施工组织计划书，明确各个工序之间的衔接关系和时间节点安排，保证整个项目按照预定进度顺利实施。

（三）设备选择与检查

为了确保施工过程中各项工作能够高效有序地开展，正确挑选合适的机械设备至关重要。对于挖掘机而言，应根据实际工况需求选取相应型号，并考虑其功率大小是否满足使用标准；自卸卡车则需具备足够的载重能力和良好的机动性能以适应复杂多变的工地环境[3]。除了主要生产设备外，还应配备必要的辅助工具如起重机、搅拌机等用于特定任务执行。另外，在正式投入使用之前，所有机械均需经过严格检验与维护保养，确认无任何故障隐患后方可投入运行。同时，建议准备一定数量的备用零件以防万一出现损坏时能及时更换修复。除此之外，针对可能发生的各种紧急状况（例如突发停电、恶劣天气影响等），也应提前准备好相应的应急预案及相关物资储备，以便快速响应处理突发事件，保障人员安全和工程质量不受影响。

三、深基坑土方开挖施工技术

（一）开挖方式的选择

1.全面开挖法：适用于面积较大、深度较浅的基坑。这种方法采用分层分段开挖的方式，逐层修整边坡，确保施工的稳定性和安全性。全面开挖法的优点在于可以快速展开大面积作业，但需要注意控制每层的开挖深度和宽度，避免因一次性开挖过深导致边坡失稳。此外，在施工过程中还需定期检查边坡的稳定性，并采取必要的加固措施。

2.岛式开挖法：适用于面积较小、深度较大的基坑。此方法首先挖除基坑中间部分，再向四周扩展开挖，以减少对周边环境的影响。岛式开挖法能够有效降低基坑周围土体的应力集中现象，从而减小对邻近建筑物或地下设施的影响。然而，由于其施工顺序的特殊性，要求施工队伍具备较高的技术水平和丰富的经验，以确保各阶段工作的顺利进行。

3.分部开挖法：结合了全面开挖法与岛式开挖法的优点，根据现场条件灵活调整开挖顺序和方法，旨在提高施工效率和安全性。分部开挖法允许针对不同区域采用不同的开挖策略，比如对于地质条件较好且无重要结构物的地方可以先进行大面积开挖；而对于敏感区域则应采取更为谨慎的操作。通过这种方式，不仅可以加快工程进度，还能保证整个项目的质量和安全。

（二）基坑支护技术

1.钢板桩支护：特别适用于粘性土层、砂土层等类型的地层。钢板桩因其安装快捷、成本相对较低而被广泛应用。它不仅能够提供足够的支撑力来防止边坡坍塌，而且易于回收利用，符合可持续发展的理念。不过需要注意的是，在软土地区使用时可能需要额外加固处理以提高稳定性。

2.排桩支护：当遇到软弱地基或者需要严格控制变形的情况下，排桩支护成为一种理想的选择。这种技术通过设置一系列紧密排列的钢筋混凝土桩来形成连续屏障，从而有效限制了基坑侧壁的水平位移。虽然初始投资可能较高，但从长远来看却能显著提升建筑物的安全性和使用寿命。

3.地下连续墙：对于那些地下水位较高或者环境保护要求严格的工程项目来说，地下连续墙是一种非常有效的解决方案。该技术通过使用专用设备沿着预定路径挖掘出一条狭长沟槽，并在其中浇筑混凝土形成坚固的墙体。除了具有出色的防水性能外，地下连续墙还能承受较大的垂直荷载，非常适合用于深基坑及地铁隧道建设等领域。

（三）降排水技术

1.明沟排水：这是最传统也是最简单的一种降水手段，即在基坑四周挖掘排水沟渠并设置集水井收集积水。该方法适用于降水量较少且地表径流不严重的地区。尽管操作简单易行，但在雨季或多雨季节效果不佳，需配合其他措施共同作用才能达到预期目标。

2.井点降水：利用真空泵将地下水抽离地面以下一定深度处形成的负压区，促使水分沿预设管道排出体外。这种方法尤其适合于渗透系数较大的土壤类型。井点降水系统可以根据实际需求灵活布置，既可单独使用也可与其他降水方案联合实施，以达到最佳效果。

3.帷幕隔水：针对复杂多变的水文地质条件而设计的一种综合性防护措施。通常是在基坑外围打入一圈高密度聚乙烯薄膜或其他材料制成的屏障，阻止外部水源进入施工现场内部。与此同时，还可以结合注浆加固等手段进一步增强整体结构的密封性和承载能力。帷幕隔水不仅有助于保持干燥的工作环境，同时也为后续工序创造了有利条件。

四、深基坑土方开挖的施工工艺流程

（一）测量放线

在进行深基坑土方开挖之前，首先需要根据设计图纸进行精确测量，以确定基坑的具体开挖范围和标高。这一步骤至关重要，因为它直接关系到后续施工的准确性和安全性。设置基准点和控制点时，应使用高精度的测量仪器，如全站仪或GPS定位系统，确保所有标记点的位置准确无误。此外，还需要定期复核这些关键点，防止因外界因素导致偏移，从而保证整个工程的精度。

（二）土方开挖

选择合适的开挖方式是成功完成深基坑土方开挖的关键之一。常见的方法包括机械挖掘、人工辅助清理等。无论采用哪种方式，在实际操作过程中都必须严格遵守既定的顺序与速度要求，以避免对周围结构造成不必要的损害。同时，随着挖掘深度增加，边坡稳定性逐渐下降，因此必须及时采取有效的支护措施，并做好降排水工作，防止积水过多导致土壤软化甚至坍塌事故发生。

（三）基坑支护与降排水

为了保障施工现场的安全以及工程质量，在土方开挖期间实施合理的基坑支护是非常必要的。根据现场实际情况选择适当的支撑体系（如钢板桩、锚杆墙等），并结合有效的降水手段（比如井点降水法），可以显著提高坑壁的稳定性及干燥程度[4]。需要注意的是，在整个施工过程中都要密切关注地下水位变化情况，适时调整相关参数，确保达到预期效果。

（四）土方回填与夯实

当主体部分的土方被移除之后，接下来就是将新土重新填入指定区域并进行压实处理了。此阶段同样不可忽视其重要性——只有保证了填充材料的质量及其密实度满足标准，才能为后续建设打下坚实基础。通常来说，应该优先选用颗粒均匀、无杂质且具有一定强度特性的砂砾作为主要原料；而对于压实作业，则需利用专用设备按照从下至上逐层推进的原则来进行，直至达到设计要求的厚度为止。

五、安全管理措施

（一）安全培训

对所有参与项目的员工进行全面细致的安全知识教育和技术指导是确保施工现场安全的重要环节之一。这不仅有助于增强个人防护意识，还能提升团队协作能力。建议每年至少组织两次大型综合性演练活动，让每个人都能熟练掌握紧急情况下的应对策略。这些演练应涵盖火灾、地震、化学品泄漏等多种突发事件，并模拟真实场景进行实战演练，以提高员工的应急反应能力和自救互救技能。此外，还应定期邀请专业讲师或外部专家来公司开展专题讲座，分享最新的安全管理理念和技术手段。

（二）安全检查

建立健全日常巡查机制对于及时发现并消除安全隐患至关重要。安排专人负责监督工地上的各项活动是否符合规范要求，一旦发现问题立即采取措施予以纠正，并记录归档以便日后参考学习。为了提高检查效率和覆盖面，可以采用“网格化”管理模式，将整个施工区域划分成若干个小单元，每个单元指定一名负责人进行日常巡查。同时，还应该制定出一套完善的奖惩制度来激励大家共同维护良好的安全生产环境。例如，对于表现优秀的个人或小组给予物质奖励或者荣誉称号；而对于违反规定的行为则要严肃处理，直至追究法律责任。

（三）应急预案

针对可能发生的各种突发事件（如火灾、爆炸、中毒等），事先准备好详尽可行的处置方案显得尤为关键。除了文字描述外，最好能够通过图表等形式直观展示给相关人员，便于快速理解和执行。在编制应急预案时，需要充分考虑各种可能的情况及其后果，明确各部门职责分工以及具体操作步骤。与此同时，还需配备足够的救援物资并保持良好状态，随时待命投入使用[5]。这包括但不限于消防器材、急救包、防护服等基本装备，以及根据特定风险类型所需的专用工具和设备。另外，定期组织员工参加应急救援演练也是十分必要的，这样可以检验预案的有效性并进一步完善细节。

六、技术难点与解决方案

（一）涌水问题

1.问题描述：

涌水是指在深基坑开挖过程中，地下水通过土壤或岩石裂隙进入基坑内的现象。这不仅增加了施工难度，还可能导致基坑边坡失稳、地基承载力下降等问题。

2.解决方案：

降水措施：在基坑周围设置降水井，通过抽水设备降低地下水位，减少涌水量。

止水帷幕：在基坑边缘打入止水帷幕，如钢板桩、混凝土墙等，以阻止地下水流入基坑。

排水系统：在基坑底部设置排水沟和集水井，及时排出积水，保持基坑干燥。

注浆加固：对基坑周围的土体进行注浆加固，提高其密实度和稳定性，减少水的渗透。

（二）地下水渗漏问题

1.问题描述：

地下水渗漏是指地下水通过基坑侧壁或底部渗透到基坑内部，导致基坑内积水过多，影响施工进度和工程质量。

2.解决方案：

防水材料：在基坑侧壁和底部涂抹防水涂料或铺设防水膜，形成有效的防水屏障。

止水带：在混凝土结构中设置止水带，防止水分通过施工缝渗入。

排水设施：在基坑底部设置排水板或排水管道，及时排除积水。

监测系统：安装地下水位监测仪，实时监控地下水位变化，及时调整降水措施。

（三）土质岩层问题

1.问题描述：

土质岩层问题主要包括软土层、硬岩层和破碎岩层等复杂地质条件，这些情况会增加开挖难度，甚至导致机械设备损坏和施工安全事故。

2.解决方案：

地质勘察：在施工前进行详细的地质勘察，了解土质岩层的分布和性质，制定合理的开挖方案。

分层开挖：根据土质岩层的不同特性，采用分层开挖的方法，逐层处理，避免一次性开挖过深导致塌方。

支护结构：对于不稳定的土质岩层，采用锚杆、喷射混凝土等支护结构，增强基坑的稳定性。

机械选择：根据土质岩层的特点选择合适的挖掘机械，如使用液压破碎锤应对硬岩层，使用抓斗挖掘机应对软土层。

动态调整：在施工过程中，根据实际遇到的地质情况，及时调整施工方法和工艺，确保施工安全和质量。

结束语：

深基坑土方开挖的质量控制与安全管理是建筑工程中至关重要的环节。通过合理的分层分段开挖、边坡修整与支护、基底处理与验收等措施，可以确保工程的安全和质量。同时，加强质量控制和安全管理措施的实施，可以提高施工效率和安全性。对于技术难点，应采取相应的解决方案，以应对复杂的地质条件、地下水影响和周边环境限制。只有全面考虑和有效解决这些问题，才能确保深基坑土方开挖的顺利进行。

参考文献：

[1]刁宇.土木工程中深基坑支护技术的应用[J].建筑技术开发，2021，48（02）：146-147.

[2]覃坚.探析土木工程房屋建设中深基坑支护技术的应用[J].居业，2024，（03）：49-51.

[3]郑树跃，孙宇，林威，等.深基坑土方开挖施工技术[J].城市建筑空间，2022，29（S2）：635-636.

[4]吴冰.土木工程中深基坑土方开挖施工技术[J].中外企业家，2019，（36）：92.

[5]杨国涛.土木工程房屋建设中深基坑支护技术的应用[J].砖瓦，2024，（08）：168-170.DOI：10.16001/j.cnki.1001-6945.2024.08.037.