1.1. 基坑排水、降水方法

在土方開挖過程中，當(dāng)開挖底面標(biāo)高低于地下水位的基坑(或溝槽)時，由于土的含水層被切斷，地下水會不斷滲入坑內(nèi)。地下水的存在，非但土方開挖困難，費工費時，邊坡易于塌方，而且會導(dǎo)致地基被水浸泡，擾動地基土，造成工程竣工后建筑物的不均勻沉降，使建筑物開裂或破壞。因此，基坑槽開挖施工中，應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)和地下水文情況，采取有效地降低地下水位措施，使基坑開挖和施工達(dá)到無水狀態(tài)，以保證工程質(zhì)量和工程的順利進(jìn)行。

基坑、溝槽開挖時降低地下水位的方法很多，一般有設(shè)各種排水溝排水和用各種井點系統(tǒng)降低地下水位兩類方法，其中以設(shè)明(暗)溝、集水井排水為施工中應(yīng)用較為廣泛、簡單、經(jīng)濟的方法，各種井點主要應(yīng)用于大面積深基坑降水。

1.1.1. 集水坑排水法

一、排水方法

集水坑排水的特點是設(shè)置集水坑和排水溝，根據(jù)工程的不同特點具體有以下幾種方法：

1．明溝與集水井排水

2．分層明溝排水

3．深層明溝排水。

4．暗溝排水

5．利用工程設(shè)施排水

二、排水機具的選用

  基坑排水廣泛采用動力水泵，一般有機動、電動、真空及虹吸泵等。選用水泵類型時，一般取水泵的排水量為基坑涌水量的1.5—2倍。當(dāng)基坑涌水量Q<20m³／h，可用隔膜式泵或潛水電泵；當(dāng)Q在20-60m³／h，可用隔膜式或離心式水泵，或潛水電泵；當(dāng)Q>60 m³／h，多用離心式水泵。隔膜式水泵排水量小，但可排除泥漿水，選擇時應(yīng)按水泵的技術(shù)性能選用。當(dāng)基坑涌水量很小，亦可采用人力提水桶、手搖泵或水龍車等將水排出。

1.1.2. 井點降水法

在地下水位以下的含水豐富的土層中開挖大面積基坑時，采用一般的明溝排水方法，常會遇到大量地下涌水，難以排干；當(dāng)遇粉、細(xì)砂層時，還會出現(xiàn)嚴(yán)重的翻漿、冒泥、流砂現(xiàn)象，不僅使基坑無法挖深，而且還會造成大量水土流失，使邊坡失穩(wěn)或附近地面出現(xiàn)塌陷，嚴(yán)重時還會影響鄰近建筑物的安全。當(dāng)遇有此種情況出現(xiàn)，一般應(yīng)采用人工降低地下水位的方法施工。人工降低地下水位，常用的為各種井點排水方法，它是在基坑開挖前，沿開挖基坑的四周、或一側(cè)、二側(cè)埋設(shè)一定數(shù)量深于坑底的井點濾水管或管井，以總管連接或直接與抽水設(shè)備連接從中抽水，使地下水位降落到基坑底0.5—1.0m以下，以便在無水干燥的條件下開挖土方和進(jìn)行基礎(chǔ)施工，不但可避免大量涌水、冒泥、翻漿，而且在粉細(xì)砂、粉土地層中開挖基坑時，采用井點法降低地下水位，可防止流砂現(xiàn)象的發(fā)生；同時由于土中水分排除后，動水壓力減小或消除，大大提高了邊坡的穩(wěn)定性，邊坡可放陡，可減少土方開挖量；此外由于滲流向下，洞水壓力加強重力，增加土顆粒間的壓力使坑底土層更為密實，改善了土的性質(zhì)；而且，井點降水可大大改善施工操作條件，提高工效加快工程進(jìn)度。但井點降水設(shè)備一次性投資較高，運轉(zhuǎn)費用較大，施工中應(yīng)合理地布置和適當(dāng)?shù)匕才殴て冢詼p少作業(yè)時間，降低排水費用。

井點降水方法的種類有：單層輕型井點、多層輕型井點、噴射井點、電滲井點、管井井點、深井井點、無砂混凝土管井點以及小沉井井點等?？筛鶕?jù)土的種類，透水層位置，厚度，土層的滲透系數(shù)，水的補給源，井點布置形式，要求降水深度，鄰近建筑、管線情況，工程特點，場地及設(shè)備條件以及施工技術(shù)水平等情況，作出技術(shù)經(jīng)濟和節(jié)能比較后確定，選用一種或兩種，或井點與明排綜合使用。表1為各種井點適用的土層滲透系數(shù)和降水深度情況。可供選用參考。  

表1各種井點的適用范圍

注：無砂混凝土管井點、小沉井井點適用于土層滲透系數(shù)10-250m／d，降水深度5-10m。

1.2.邊坡穩(wěn)定

開挖基坑時，如條件允許可放坡開挖，與用支護(hù)結(jié)構(gòu)支擋后垂直開挖比較，在許多情況下放坡開挖比較經(jīng)濟。放坡開挖要正確確定土方邊坡，對深度5m以內(nèi)的基坑，土方邊坡的數(shù)值可從有關(guān)規(guī)范和文獻(xiàn)上查出，對深基坑的土方邊坡，有時則需通過邊坡穩(wěn)定驗算來確定，否則處理不當(dāng)就會產(chǎn)生事故。我國在深基坑邊坡開挖方面發(fā)生過一些滑坡事故，有的雖然未滑坡，但產(chǎn)生了過大的變形，影響施工正常進(jìn)行。對于有支護(hù)結(jié)構(gòu)的深基坑，在進(jìn)行整體穩(wěn)定驗算時，亦要用到邊坡穩(wěn)定驗算的知識。

從理論上說，研究土體邊坡穩(wěn)定有兩類方法，一是利用彈性、塑性或彈塑性理論確定土體的應(yīng)力狀態(tài)，二是假定土體沿著一定的滑動面滑動而進(jìn)行極限平衡分析。

第一類方法對于邊界條件比較復(fù)雜的土坡較難以得出精確解，國內(nèi)外許多人在這方面進(jìn)行不少研究工作，也取得一些進(jìn)展，近年來還可采用有限單元法，根據(jù)比較符合實際情況的彈塑性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，分析土坡的變形和穩(wěn)定，一般稱為極限分析法。

第二類方法是根據(jù)土體沿著假想滑動面上的極限平衡條件進(jìn)行分析，一般稱為極限平衡法。在極限平衡法中，條分法由于能適應(yīng)復(fù)雜的幾何形狀、各種土質(zhì)和孔隙水壓力，因而成為常用的方法。條分法有十幾種，其不同之處在于使問題靜定化所用的假設(shè)不同，以及求安全系數(shù)方程所用的方法不同。

1.3.基坑土方開挖

  高層建筑基坑工程的土方開挖，在設(shè)法解決了地下水和邊坡穩(wěn)定問題之后，還要解決土方如何開挖的問題，即選用什么方法、什么機械、如何組織施工等一系列問題。

  在基坑土方開挖之前，要進(jìn)行詳細(xì)的施工準(zhǔn)備工作，在開挖施工過程中要考慮開挖方法和人工開挖和機械開挖的配合問題，開挖后還要考慮對一些特殊地基的地基處理問題。

1.3.1.施工準(zhǔn)備工作

基坑開挖的施工準(zhǔn)備工作一般包括以下幾方面內(nèi)容：

1．查勘現(xiàn)場，摸清工程實地情況。

2．按設(shè)計或施工要求標(biāo)高整平場地。

3．做好防洪排洪工作。

4．設(shè)置測量控制網(wǎng)。

5．設(shè)置就緒基坑施工用的臨時設(shè)施。  

1.3.2. 機械和人工開挖

在開挖施工過程中人工開挖和機械開挖的配合問題一般要遵循以下幾條原則和方法：

1．對大型基坑土方，宜用機械開挖，基坑深在5m內(nèi)，宜用反鏟挖土機在停機面一次開挖，深5m以上宜分層開挖或開溝道用正鏟挖土機下入基坑分層開挖，或設(shè)置鋼棧橋，下層土方用抓斗挖土機在棧橋上開挖，基境內(nèi)配以小型推土機堆集土。對面積很大、很深的設(shè)備基礎(chǔ)基坑或高層建筑地下室深基坑，可采用多層同時開挖方法，土方用翻斗汽車運出。

2．為防止超挖和保持邊坡坡度正確，機械開挖至按近設(shè)計坑底標(biāo)高或邊坡邊界，應(yīng)預(yù)留80~50cm厚土層，用人工開挖和修坡。

3．人工挖土，一般采取分層分段均衡往下開挖，較深的坑(槽)，每挖1m左右應(yīng)檢查邊線和邊坡，隨時糾正偏差。

4．對有工藝要求，深入基巖面以下的基坑，應(yīng)用邊線控制爆破方法松爆后再挖，但應(yīng)控制不得震壞基巖面及邊坡。

5．如開挖的基坑(槽)深于鄰近建筑基礎(chǔ)時，開挖應(yīng)保持一定的距離和坡度，以免在施工時影響鄰近建筑基礎(chǔ)的穩(wěn)定。如不能滿足要求，應(yīng)采取在坡腳設(shè)擋墻或支撐進(jìn)行加固處理。

6．挖土?xí)r注意檢查基坑底是否有古墓，洞穴，暗溝或裂隙、斷層(對巖石地基)存在，如發(fā)現(xiàn)跡象，應(yīng)及時匯報，并進(jìn)行探查處理。

7．棄土應(yīng)及時運出，如需要臨時堆土，或留作回填土，堆土坡角至坑邊距離應(yīng)按挖坑深度，邊坡坡度和土的類別確定，干燥密實土不小于3m，松軟土不小于5m。

8．基坑挖好后，應(yīng)對坑底進(jìn)行抄平，修整。如挖坑時有小部分超挖，可用素土、灰土或礫石回填夯實至與地基土基本相同的密實度。

9．為防止坑底擾動，基坑挖好后應(yīng)盡量減少暴露時間，及時進(jìn)行下一道工序的施工，如不能立即進(jìn)行下一工序時，應(yīng)預(yù)留15—30cm厚覆蓋土層，待基礎(chǔ)施工時再挖去。

1.3.3.地基局部處理

  對于基坑開挖過程中或開挖后遇到特殊地基問題要進(jìn)行地基局部處理，以下介紹了幾種特殊地基的局部處理方法。

一、坑(填土，淤泥，墓穴)的處理

1 若松土坑在基槽中，且較小時， 將坑中軟弱虛土挖除，使坑底見天然土為止，然后采用與坑底的天然土壓塑性相近的土料回填，當(dāng)天然土為砂土?xí)r，用砂或級配砂回填，天然土為較密實的粘性土，則用3:7灰土分層夯實回填，天然土為中密可塑的粘性土或新近沉積粘性土，可用1:9或2:8灰土分層夯實回填。

2 若松土境較大且超過基槽邊沿時，因各種條件限制，坑(槽)壁挖不到天然土層時，可將該范圍內(nèi)的基槽適當(dāng)加寬，用砂土或砂石回填時，基槽每邊均應(yīng)按l₁:h₁=1:1坡度放寬，用l:9或2:8灰土回填時，基槽每邊均應(yīng)按l₁:h₁=0.5:1坡度放寬，用3:7灰土回填時，如坑的長度2m，基槽可不放寬，但灰土與槽壁接觸處應(yīng)夯實。

3 若松土坑較大且長度超過5m時，將坑中軟弱土挖去，如坑底土質(zhì)與一般槽底土質(zhì)相同，可將基礎(chǔ)落深，做1:2踏步與兩端相接，每步不高于50cm，長度不小于100cm，如深度較大，用灰土分層回填夯實至坑(槽)底一平。

4 若松土坑較深，且大于槽寬或1.5m時，槽底處理完后，還應(yīng)適當(dāng)考慮是否需要加強上部結(jié)構(gòu)的強度，常用的加強辦法是；在灰土基礎(chǔ)上l～2皮磚處（或混凝土基礎(chǔ)內(nèi)）、防潮層下1～2皮磚處及首層頂板處各配置3～4根φ8～12鋼筋，跨過該松土坑兩端各1m。

5 對地下水位較高的松土坑，將坑(槽)中軟弱的松土挖去后，再用砂土或混凝土回填

二、井或土井的處理

三、局部軟硬(高差)地基的處理

四、橡皮土，古河、古湖泊的處理

基坑開挖深于地下水位0.5m以下時，在坑內(nèi)抽水，有時坑底的土?xí)闪鲃訝顟B(tài)，隨地下水涌起，邊挖邊冒，無法挖深的現(xiàn)象稱為流沙，當(dāng)坑外水位高于坑內(nèi)抽水后的水位，坑外水壓向境內(nèi)移動的動水壓力大于土顆粒的浸水浮重時，使土粒懸浮失去穩(wěn)定，隨水沖入坑內(nèi)，從坑底涌起或兩側(cè)涌入，變成流動狀態(tài)。如施工時強挖，抽水愈深，洞水壓力就愈大，流砂就愈嚴(yán)重。產(chǎn)生流砂的條件是，水力坡度愈大或砂土空隙度愈大，愈易形成流砂，砂土的滲透系數(shù)愈小，排水性能愈差時，愈易形成流砂，砂土中含有較多的片狀礦物，如云母、綠泥石等，易形成流砂。采取措施的方法是“減小或平衡動水力”，使坑底土顆粒穩(wěn)定，不受水壓干擾。常用處理方法有。

a．安排在枯水期施工，使最高的地下水位不高于坑底0.5m；

b. 采取水中挖土，即不抽水或少抽水，使基坑內(nèi)水壓與坑外水壓基本平衡，縮小水頭差距；

c. 對于較重要或流砂嚴(yán)重的工程，可采用井點人工降低地下水位方法，將基坑和附近的地下水位降低至坑底以下，使坑底土面保持無水狀態(tài)；

d. 沿基坑周圍打板樁，使深入到不透水層，以阻擋坑外水向坑內(nèi)壓入，減小坑內(nèi)洞水壓力涌上。

1.4.基坑支護(hù)體系的選型

作為保證基坑開挖穩(wěn)定的支護(hù)體系包括擋墻和支撐兩部分，其中擋墻的主要作用是擋土，而支撐的作用是保證結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定，若擋墻結(jié)構(gòu)足夠強，能夠滿足開挖施工穩(wěn)定的要求，該支護(hù)體系中可以不設(shè)支撐構(gòu)件，否則應(yīng)當(dāng)增加支撐構(gòu)件（或結(jié)構(gòu)）。對于支護(hù)體系組成中任何一部分的選型不當(dāng)或產(chǎn)生破壞，都會導(dǎo)致整個支護(hù)體系的失敗。因此，對擋墻和支撐都應(yīng)給予足夠的重視。

1.4.1.擋墻的選型

工程中常用的擋墻結(jié)構(gòu)有下列一些形式：

1 鋼板樁

2 鋼筋混凝土板樁

3 鉆孔灌注樁擋墻

4 H型鋼支柱(或鋼筋混凝土樁支柱)、木擋板支護(hù)墻

5 地下連續(xù)墻

6 深層攪拌水泥土樁擋墻

7 旋噴樁帷幕墻

除上述者外，還有用人工挖孔樁(我國南方地區(qū)應(yīng)用不少)、預(yù)制打入鋼筋混凝土樁等作為支護(hù)結(jié)構(gòu)擋墻的。

支護(hù)體系擋墻的選型，涉及技術(shù)因素和經(jīng)濟因素，要從滿足施工要求、減少對周圍的不利影響、施工方便、工期短、經(jīng)濟效益好等幾方面，并經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較后方可加以確定，而且支護(hù)結(jié)構(gòu)擋墻選型要與支撐選型、地下水位降低、挖土方案等配套研究確定。

1.4.2.支撐結(jié)構(gòu)的選型

當(dāng)基坑深度較大，懸臂的擋墻在強度和變形方面不能滿足要求時，即需增設(shè)支撐系統(tǒng)。支撐系統(tǒng)分兩類：基坑內(nèi)支撐和基坑外拉錨。基坑外拉錨又分為頂部拉錨與土層錨桿拉錨，前者用于不太深的基坑，多為鋼板樁，在基坑頂部將鋼板樁擋墻用鋼筋或鋼絲繩等拉結(jié)錨固在一定距離之外的錨樁上。土層錨桿錨固多用于較深的基坑，具體詳見“土層錨桿”一章。

以下為常用的幾種支撐形式：

1 錨拉支撐

2 斜柱支撐

3 短樁橫隔支撐

4 鋼結(jié)構(gòu)支護(hù)

5 地下連續(xù)墻支護(hù)

6 地下連續(xù)墻錨桿支護(hù)

7 擋土護(hù)坡樁支撐

8 擋土護(hù)坡樁與錨桿結(jié)合支撐

9板樁中央橫頂支撐

10 板樁中央斜頂支撐

11 分層板樁支撐

1.5.擋土支護(hù)結(jié)構(gòu)體系計算

由于土體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及土參數(shù)的離散性或不確定性，使得擋土支護(hù)結(jié)構(gòu)體系承受的荷載的分布規(guī)律比較復(fù)雜，因此要想達(dá)到跟上部結(jié)構(gòu)相同的計算精度是比較困的，難甚至說是不可能的。

近年來各國都有不同的計算方法和規(guī)范規(guī)定，但計算方法差異很大，用不同的計算方法，對擋土結(jié)構(gòu)如樁長，彎距，拉桿荷載等計算，其結(jié)果相差可達(dá)50％，因為擋土結(jié)構(gòu)的計算，不但涉及到計算理論和計算方法，還涉及到土的性質(zhì)，水位高低，挖土深度，地面荷載和鄰近建筑物等諸多因素，設(shè)計計算是比較復(fù)雜的。在我國還沒有設(shè)計計算規(guī)范，因此，一個比較安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟合理的擋土支護(hù)設(shè)計，必須要求設(shè)計人員研究各種客觀條件，掌握一些經(jīng)驗資料和試驗研究資料，綜合運用計算理論和方法來進(jìn)行設(shè)計，就能得到比較合理的結(jié)果。