建筑工程地基开挖与支护技术分析

在建筑工程领域，地基开挖与支护技术是确保工程安全与稳定的关键环节。随着城市化进程的加速，各类高层建筑、大型基础设施不断涌现，对地基工程的要求也日益严苛。地基开挖是整个建筑工程的基础工作，其质量直接影响到后续工程的开展。合理的开挖方式不仅要保证开挖精度，还需避免对周边土体造成过大扰动，防止因开挖不当引发土体失稳、坍塌等事故，威胁施工人员的生命安全，同时也会对周边既有建筑和地下设施造成损害。而支护技术可以为开挖过程及后续主体结构施工提供可靠的支撑与保护。有效的支护结构能够抵御土压力、水压力等外力作用，确保基坑边坡的稳定。然而，实际工程中，地质条件的复杂性、地下水位的变化以及周边环境的限制等因素，都给地基开挖与支护技术带来了诸多挑战。因此，深入分析建筑工程地基开挖与支护技术，探讨其优化策略，对于提高工程质量、保障施工安全具有至关重要的现实意义。

1 建筑地基开挖工程现状和特征

首先，基坑越挖越深。由于地价昂贵或为了符合相关规定，建筑投资者不得不向地下发展。目前我国大城市和沿海地区地下甚至已达 5\~6 层。其次，沿海地带的工程地质条件差尤为突出。再者，基坑周围环境更加复杂。城市化和工业化的发展使得现代城市建筑物密集，基坑开挖除了保证基坑本身的稳定，还要考虑建筑周围构筑物和建筑物不受影响。基坑支护的方法有人工挖孔桩，深层搅拌桩，预制桩，钢板，地下连续墙，钉墙等支护方法。

2 地基开挖中的土方开挖

2.1 地基开挖前的准备

深基坑开挖前应先对深基坑土方进行开挖勘察，保证深地基安全顺利开挖。开挖前首先确定挖土方案和施工组织，同时及时对支护结构、地下水位和周边环境进行监测和保护。放坡挖土无支护结构，而中心岛式挖土和盆式挖土机逆作法挖土皆有支护结构，故确定挖土方案后，土方开挖顺序和方法要与设计工况保持一致，避免深基坑挖土后土体回弹变形过大。要减少基坑回弹变形，可以设法减少土体中的有效应力变化，或者缩短暴露时间，防止地基土浸水。

2.2 地基开挖中的几点注意事项

井段降水在基坑开挖过程中和开挖后应保证正常，开挖至设计标高后，要及时浇筑垫层和底板。根据实际情况可对基础结构下部土层加固处理，防止边坡失稳，防止桩位移和倾斜打桩完后开挖基坑，提前制定科学合理的施工顺序和技术措施，避免桩位移和倾斜。支护结构的荷载受挖土方式影响，因此支护结构应尽可能均匀受力，避免变形。

3 基坑支护工程

3.1 深基坑支护工程的特点

了解深基坑支护工程的特点方能更好地开展支护工程施工与管理。深基坑支护工程的特点主要表现在以下四个方面。首先，深基坑支护工程风险大于其他工程主体的临时结构，当地下主体完工时，支护工程也结束其任务。其次，深基坑支护工程差异大地域性强，不同的水文条件和地质造就不同的基坑工程差异，甚至同一地区不同区域其基坑工程也存在差别。再者，深基坑支护体系综合性强，其体系设计与土力学的稳定、渗流和变形三方面息息相关。最后，土压力情况特殊，深基坑支护结构要承受土压力的作用，基坑支护结构承受的土压力一般介于动土压力（主动土压力或被动土压力）和静止土压力之间。

3.2 深基坑支护施工

3.2.1 支护前的勘查

基坑支护体系的勘查包括地址勘查、地下结构勘查、周边环境勘查。这些勘查资料是深基坑施工和支护工程的重要资料和依据，开挖深度、开挖方案、支护方案和降水方案等的制定都要依据这些数据与资料地质勘查工作包括对所在地的土体类别和土体性质进行勘查：明确基坑、回填土、地下障碍物和暗河的分布；了解浅层滞水、潜水和基坑底部承压水埋藏状况。地下结构设计资料调查工作包括主体工程地下室的平面布置和结构形式：主体工程桩的位置布置图；主体结构地下各层的布置和标高以及地面标高。周边环境勘查包括对周边建筑物分布和上部结构形式的调查：深基坑附近地下水、燃气、电缆等的铺设情况；深基坑周边的施工条件。

3.2.2 支护方案选择与应用

深基坑支护方案的选择应结合工程所在地的地质水文等条件综合考虑分析得出，常用的支护方案及其适用范围有：地下连续墙主要用于城市施工，对于软弱的冲击地层、中硬底层和密实的砂砾层都可以采用地下连续墙支护方式；排桩土层锚杆支护则用于难以采用支撑的大面积深基坑，而不适用于松散软弱和地下水多的土层：排桩内支撑支护用于各种不宜设置锚杆的较松软土层，土地基；水泥土墙支护用于软土地区，如淤泥质土、含水量较高的黏土、粉质粘土、粉质土等，深度不宜超过 6m ；土钉墙或喷锚支护，适用于地下水位低于开挖层或经过降水使地下水位低于开挖标高的：不适用于没有临时白稳能力的淤泥土层及软粘土。钢板桩支护，适用范围：基坑侧壁安全等级宜为二，三级：基坑深度 ⩽10m ：当地下水位高于基坑底面时，宜采用降水措施或截水措施[1]。

4 支护技术

4.1SMW 工法

SMW(Soil Mixed wall）工法是型钢水泥土搅拌墙，是一种在连续套接的三轴水泥土搅拌桩内插入 H 型钢形成的复合挡土隔水结构，能够充分发挥水泥混合体和型钢的力学特性。SMW 工法目前的施工深度在 30m 以内。SMW 工法的支护结构施工过程中基本上可以没有噪声，防水防渗性能好，结构强度牢固，同时，H 型钢在型钢水泥土搅拌围护结构在地下室完工后可以回收再利用。SMW 工法和一般的围护方式相比较，具有工期短，污染小且节约社会资源的优点，避免了围护体在地下室完工后永久地遗留在地下成为地下障碍物。综上所述，在实际工程项目中可以大力推广SMW 工法的运用，倡导可持续发展。

4.2 旋喷搅拌加劲桩支护技术

所谓旋喷搅拌加劲桩支护即加筋水泥土桩体和锚体构成地对土体的支护体系。它的形成过程是利用专用旋挖钻机按一定的角度在土体中成孔，在成孔同时通过旋喷机向土体喷射水泥浆，水泥浆与土体充分搅拌形成水泥土斜桩，在成孔搅拌同时将加筋体（钢绞线）带入桩体中。当达到设计深度时，将螺旋钻杆退出，从而形成加锚筋水泥土凝固体，即加筋水泥土斜锚桩，旋喷搅拌加劲桩通过自身或与传统的围护墙体（钢板桩、预制桩、地下连续墙等）组合成“人字形”“门架式”“复合式”等结构，形成一种重力锚固式的主动支护与加固体，从而有效地控制土体位移，提高土体的稳定性。人字形支护结构、门架式支护结构、复合式支护结构旋喷搅拌加劲桩技术与传统的深基坑支护技术有以下明显特征：首先，旋喷加劲适用范围广，作业范围空间小，各种地形和场地均可采用：其次，采用旋喷搅拌加劲桩支护技术不仅可以减少围护结构造价而且还能缩短工期：然后，旋喷搅拌加劲桩支护技术可以保证施工质量，提高结构的安全度；最后，旋喷搅拌加劲桩施加预拉力可以有效控制支护结构的侧向位移。这些显著特征使得旋喷搅拌加劲桩支护技术在深基坑工程中优势尽显。在实际应用中，它能灵活适应不同工况，为工程提供可靠保障。随着技术不断发展完善，其将在更多领域发挥重要作用，助力建筑行业攻克更多深基坑支护难题，创造更大价值[2]。

4.3 预应力鱼腹梁钢结构支撑体系

IPS 是预应力鱼腹梁钢结构支撑支护体系的简称，IPS 即在预应力原理的基础上，通过大量的工程研究和实践应用开发出的一种先进的软土深基坑支护的内支撑结构。IPS 支护结构改变了传统的深基坑支撑体系的脆性破坏模式，转变为延性破坏模式，加强了支护结构的稳固。IPS 支护结构体系改善了深基坑的施工条件，降低了围护结构安装拆除等的造价，缩短了工期。同时，IPS 体系的采用增强了深基坑支护体系在各种不良施工环境的适应能力。与传统的内支撑支护体系相比，IPS 支护结构减少立柱和支撑的数量从而降低了支护和施工成本，有效地控制了系统安装和拆除，挖土和地下室的施工工期。IPS 支护体系的构件可以回收重复使用，可以大力推广 IPS 支护体系的使用。此外，IPS 支护体系在实际应用中展现出了良好的环保效益。由于其构件可回收重复使用，大大减少了建筑垃圾的产生，符合绿色施工的理念，有助于推动建筑行业的可持续发展。而且，IPS 体系在设计和施工时能充分考虑周边环境的保护，减少对周边建筑、地下管线等的影响。随着建筑行业的不断发展，深基坑工程日益增多，IPS 支护体系凭借其诸多优势，必将在更多的工程项目中得到广泛应用。未来，还需进一步加强对 IPS 体系的研究和创新，不断提升其性能和应用范围，以更好地适应复杂多变的工程需求，为深基坑工程的安全与高效施工提供更有力的保障[3]。

5 相关技术控制

5.1 接力式挖土要求

现场准备第一台挖掘机，该设备从原地面向下挖掘一定的深度，并且开挖长度超过10m，形成第一节台阶。然后由第二台挖掘机进入现场，放置在第一节台阶中，向下持续开挖作业。整个开挖的环节现场配置自卸车，将开挖后的土体运输到规定部位，避免现场堆载过大而影响后续的开挖施工。第二节台阶开挖完成后，现场配置第三台挖掘机向下开挖作业。按照上述工艺方案，一层一层向下开挖施工，直到最后开挖深度达到设计标准要求为止。采用分级开挖的方式，相邻两层之间不受任何影响，且设备同时作业，现场施工的效率得到有效提升。开挖的深度、宽度、长度等方面都在合理的范围之内，具备较高的稳定性，并且支护环节提高支护的强度，确保基坑结构的稳定性合格。而基坑开挖环节，如果停留的时间在24h 以上或者地质、天气条件等影响，台阶开挖距离可以适当地缩短，从而保证支护效果合格。在分级开挖过程中，还需密切关注边坡的稳定性，安排专人定期巡查，一旦发现边坡有裂缝、滑移等迹象，应立即停止开挖并采取相应加固措施。同时，要做好施工现场的排水工作，防止雨水等积水对基坑浸泡，影响基坑土体强度和稳定性。随着开挖深度的增加，支护结构所承受的土压力等荷载也不断增大，因此要加强对支护结构的监测，根据监测数据及时调整支护参数。此外，各台挖掘机之间要保持安全作业距离，避免相互干扰。通过科学组织、严格管理，确保分级开挖施工顺利进行，为整个建筑工程奠定坚实基础，保障后续施工的安全与质量 [4]。

5.2 对支撑梁的保护措施

挖掘机进入现场开挖作业时，不能直接安装到支撑梁上开挖作业，且禁止挖掘机、运土车辆在支撑梁上行走，否则会造成结构的损坏。挖掘机进入现场时，保证其基础的稳定性，有完善的支撑结构装置，并且承载力达到工程要求。对于现场施工环节影响安全性的因素较为严重时，应考虑现场具体情况，选择合理的安全防护措施，以免造成安全事故。支撑梁部位开挖作业阶段，按照对称开挖的方式，从外到内逐步开挖完成。支撑梁结构受力对称，并使用小型挖掘机向下开挖施工，确保整个支撑梁结构受力稳定，符合安全性要求 [5]。支撑梁系统运行的环节，随时监控其运行的状态，禁止堆载过大造成结构损坏而引发安全事故。此外，在支撑梁系统运行过程中，还需定期对支撑梁进行检查与维护，及时发现并处理潜在的安全隐患，如裂缝、变形等问题。同时，要加强对施工人员的安全培训与教育，提高其安全意识和操作技能，确保在开挖作业中严格按照规范操作。对于可能出现的突发情况，应制定完善的应急预案，做到迅速响应、有效处置。只有全方位、多层次地做好各项安全保障工作，才能确保支撑梁系统在整个建筑工程中稳定运行，为地基开挖作业提供可靠支撑，保障建筑工程的顺利推进，实现工程质量与安全的双赢。

结束语：

建筑工程地基开挖与支护技术作为整个建筑项目的根基保障，地基开挖的精准度与支护结构的稳固性，直接决定了后续工程的安全与稳定。在实际施工中，面对复杂多变的地质条件、周边环境的限制以及日益提高的工程要求，施工人员必须不断优化开挖与支护方案，采用先进的技术手段与科学的施工方法。通过深入分析地基特性、合理选择支护形式、严格控制施工质量，能够有效降低施工风险，确保工程顺利进行。持续的技术创新与经验积累，也将推动地基开挖与支护技术不断迈向新的高度。

参考文献：

[1] 贺志浩 . 建筑工程深基坑土方开挖及支护施工技术分析 [J]. 江西建材 ,2021(9):173-173+175.

[2] 苏立军 . 建筑工程深基坑支护与土方开挖施工技术分析 [J]. 中国建材科技 ,2022,31(4):92-93.

[3] 陈少琴. 某建筑工程地下室基坑开挖及支护技术要点分析[J]. 四川水泥,2023(11):195-197.

[4] 霍永刚 . 建筑工程深基坑土方开挖及支护施工技术分析 [J]. 建材发展导向 ,2023,21(9):157-159.

[5] 王刚 . 高层建筑工程深基坑开挖与支护技术应用分析 [J]. 四川水泥 ,2023(11):167-170.