高层建筑深基坑土方开挖技术分析与探讨

高层建筑深基坑土方开挖技术分析与探讨

唐伟

身份证（513426198711261616）

摘要：本文结合工程实践，对高层建筑深基坑土方的开挖技术进行分析与探讨，以供类似工程参考。

关键词：高层建筑；深基坑工程；土方开挖

一、前言

高层建筑深基坑土方开挖施工的方式种类有很多，其中常见的方法包括逆作法开挖施工、支护开挖施工、放坡开挖施工以及放坡支护结合开挖施工等，每种开挖施工都具有相应的技术优势和技术局限性，在施工期间要根据工程施工场地环境和工程技术应用标准来进行施工方式的选择，与此同时，还要考虑其应用的经济成本和工程建设周期等重要因素，对工程开挖质量实施优化。某高层建筑项目，地下2层、地上18层，基坑土方量约3.0～4.0万立方米，同时邻近一般都有建筑物，场地狭窄，给土方挖运工作带来极大困难，因此，做好土方开挖工作，合理选择基坑开挖方案，对保证工程顺利进行，加速工程进度，具有极为重要的意义。

二、开挖准备

现场勘查→熟悉和审查图纸→绘制土方开挖图→清除现场障碍物→做好“四通一平”→做好降排水设施→进行地下墓探→修建基坑施工必需的临时设施→做好测量放线工作→准备机具和施工人员。

三、土方开挖方案的选择

土方开挖方法，一般采用大开口开挖，有机械、人工、机械与人工相结合三种方式；按开挖放坡与否，又分为放坡开挖、设支护开挖、放坡与支护开挖相结合以及逆作法开挖等方式。选用哪种方法，应根据工程结构型式、基坑深度、面积大小、地质条件、地下水位及渗水情况、场地宽窄、周围建筑情况、地面荷载大小、机械设备条件、施工方法、工期要求以及施工成本等综合考虑因素，制定多个方案，经过比较，而后确定一个比较经济合理、切实可行的开挖方案，用来指导施工。

（1）在机具条件设备具备时，应尽量采用机械化开挖方案，以节约劳力，加速工程进程；对面积不大、深度较浅、地下水位较低的基坑，在挖土设备条件不具体的情交下，以用人工进行比较适合，也较为经济。只要合理组织劳动力，配以小型机具运土，进度也可满足工程要求。

（2）有的基坑底部具有多个标高，较深部位用机械开挖工作面难以展开，效率低，且易于超挖，需要大量混凝土填充，不够经济。此时宜采用机械与人工相结合开挖方案，上部用机械整片开挖至一平均标高；而个别较窄的、较深的部位则用人工开挖。

（3）在基坑工程中，场地如果是黄土、密实的或一般粘性土、粉土或者砂砾层、碎石土，当周边环境条件许可时，宜采用不放坡，或放坡、分级放坡开挖，这种基坑工程造价较低，施工期较短，是首先应当选用的开挖方法。在场地狭窄、不允许放坡的条件下，则宜采用支护不放坡开挖方案，以节省场地和土方量，保证周围建筑物安全，加快进度。当场地还有一定余地，也可采取放坡与支护相结合的开挖方案，上部放坡开挖，下部设支护开挖，以减少支护工和量。

（4）逆作法多用于多层地下室的工程，采用逆作法施工的土方工程。

图1、高层建筑基坑土方开挖图

1-排水沟；2-集水井；3-土方机械进出口；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ-开挖次序4-土方开挖图的绘制

1）绘图目的。高层建筑深基坑一般场地都较狭窄，基坑较深，土方开挖量大，应对土方开挖的平面和竖向进行合理的规划，做到合理使用场地，使开挖有序进行，有条不紊，土方开挖量最少、运距最短、旨达到最经济的目的。

2）基坑开挖应绘制土方开挖图，其内容应包括:机械开挖路线、顺序、范围、基底部各层标高、边坡坡度、基坑几何尺寸、排水沟，集水井位置、支护位置、土方运输道路以及挖出土方堆放地点等。绘制土方开挖图应尽可能使机械多挖，减少机械超挖和人工挖方；深基坑开挖还应提出支护、边坡保护和降水方案。(图1为某高层建筑基坑土方开挖图示例，基坑用反铲挖土机放坡，分四层开挖。)

四、基坑的机械开挖方法

（1）机械选用机械化开挖应根据基础形式、工程规模、开挖深度、土质、地下水情况、土方量、运距、工地机具设备条年和工期要求等合理选择挖土机械，以充分发挥机械效率，节省机械费用，加速工程进度。①一般深度不大的大面积基坑开挖，宜采用推土机或装载机推土、装土，用自卸汽车运土；②对长度和宽度均较大的大面积土方一次开挖，可用铲运机铲土、运土、卸土、填筑作业；③对面积大且深的基础多采用0.5立方米、1.0立方米斗容量的液压正铲挖掘，上层土方也可用铲运机或推土机进行；如操作面狭窄，且有地下水，土的湿度大，可采用液压反铲挖掘机挖土，自卸汽车运土；在地下水中挖土，可用拉铲，效率较高；

④对地下水位较高采取不排水开挖时，亦可分层用不同机械开挖，先用正铲挖土机挖地下水位以上的土方，再用拉铲或反铲挖地下水位以下的土方，用自卸汽车运土。

（2）基坑坡度确定基坑采用放坡开挖，应具有稳定的边坡坡度，以避免坍方和危害安全施工。确定挖方边坡度应根据土质情况、场地大小、地下水情况和基坑深度等而定，同时还要考虑施工环境，相邻道路及边坡地面荷载等的影响，其坡度允许值见表一，开挖深度较大的基坑，当采用放坡挖土，宜设置多级平台分层开挖，每级平台的宽度不宜小于1.5米。

表1、使用时间较长的临时性挖方边坡坡度值

（3）土方开挖方法土方开挖方法主要有分层挖土、分段挖土、盆式挖土、中心岛式挖土几种，应根据基坑面积大小、开挖深度、支护结构形式、环境条件等因素来选用。下面就对这几种开挖方式进行论述。①分层挖土。系将基坑按深度分为多层进行逐层开挖，分层厚度，软土地基应控制在2米以内；硬质土应控制在5米以内为宜，开挖顺序可从基坑的某一边向另一边平行开挖，或从基坑两头对称开挖，或从基坑中间向两边平行对称开挖，也可交替分层开挖，可根据工作面和土质情况决定。运土可采取设坡道或不设坡道两种方式。设坡道的坡度视土质、挖土深度和运输设备情况而定，一般为1:8～1:10坡度两侧要采取挡土或加固措施。不设坡道一般设钢平台或栈条作为运输土方通道。②分段挖土:系将基坑分成几段或几块分别进行开挖。分段与分块的大小、位置和开挖顺序，根据开挖场地工作面条件、地下室平面与深浅和施工期要求而定。分块开挖，即开挖一块浇筑一块混凝土垫层或基础，必要时可在已封底的坑底与围护结构之间加设斜撑，以增强支护的稳定性。③盆式挖土:系先分层开挖基坑中间部分的土方，基坑周边一定范围内的土暂不开挖，可视土质情况按1:1或1:2.5放坡，使之形成对四周围护结构的被动土反压力区，以增强围护结构的稳定性。待中间部分的混凝土垫层、基础或地下室结构施工完成之后，再用水平支撑或斜撑对四周围护结构进行支撑，并突击开挖周边支护结构内部分被动土区的土，每挖一层支一层水平横向顶撑，直至坑底，最后浇筑该部分结构。本法优点是对于支护挡墙受力有利，时间较短，但大量土方不能直接外运，需集中提升后装车外运。④中心岛式挖土:系先开挖基坑周边土方，在中间留土墩作为支点搭设栈桥，挖土机可利用栈桥下到基坑挖土，运土的汽车亦可利用栈桥进入基坑运土，可有效加快挖土和运土的速度。土墩留土高度、边坡的坡度和高层均应经仔细研究后再确定。挖土亦分层开挖，一般先全面挖去一层，然后中间部分留置土墩，周围部分分层开挖。挖土多用反铲挖土机，如基坑深度很大，则采用向上逐级传递方式进行土方装车外运。整个土方开挖顺序应遵循开槽支撑，先撑后挖，防止超挖的原则进行。

（4）大面积基坑开挖方法。对大面积基础群土方开挖，基坑底标高不一，开挖次序一般采取先整片挖到一平均标高，然后开挖个别较深部位。在标高变化处应做成45°斜坡。开挖方式:1)正铲挖土机采取前进方向挖土，一侧或两侧装车运土，挖掘时尽量减少铲斗回转时间，卸土角度以60°为适宜，避免在最大半径和最大高度卸土。反铲挖土机一般采取端部或侧向开挖法，后退或侧向挖土往一侧或两侧装车运土。挖掘宽度可不受机械最大挖掘半径限制，臂杆回转角度为45～90°，同时可挖到最大深度。2)对较宽基坑可采用图3c所示方法，其最大一次挖掘宽度为反铲有效挖掘半径的两倍，但汽车须停在机身后面装土，生产效率有所降低。或采用几次端部开挖法完成。拉铲挖土机多采取端部或侧向开挖法，后退或侧向移动挖土，端部开挖宽度可达到机械挖土半径的两倍，能两侧出土，汽车停放在一侧或两侧，装车角度小，坡度较易控制，并能开挖较陡的坡；侧向开挖法，沿沟横向开挖，深度和宽度较浅，一次开挖宽度约等于挖土半径，开挖边坡不易控制。

（5）基坑人工开挖方法。当高层建筑不设地下室，基坑较浅，面积较小，土方量不大，在缺乏挖运土方机具时，亦可采用人工开挖方法。通常用普通锹、镐等工具，采取分段、分层开挖，土方运输多用手推车或皮带输送机、机动翻斗车，而以皮带运输机使用较多，工效高，费用低，施工安全性高。如使用25米皮带运输机装土，运送角度可达30°，每班能装运土80～100立方米，每工平均工效为7立方料/班(每台皮带机配8～12人)，工人在皮带机两旁将挖出之土方直接装在皮带输送机上运出，然后由皮带运输机自行将土装入基坑边上的翻斗自卸汽车或机动翻斗车上，运往弃土场，或再连接皮带机运往临时弃土场，供以后回填用。皮带机数量根据基坑面积大小及配备人员数量而定，较大基坑应在基坑边缘配置1～3台将土运至地面。皮带机在基坑内的移动采用1台3吨汽车式起重机进行。用手推车运土需搭设脚手马道，用桅杆起重机作重直运输，至平台上再水平运输至附近堆土场堆放。

五、结语

综上所述，在城市快速发展的今天，建筑需求越来越高标准，严要求。基坑土开挖作为建筑的基础，会影响之后建筑的整体建造，所以在工程施工方案上，要结合土质实际情况明确深基坑土方开挖的施工计划，同时要注意支护结构、围护结构、排水系统的实施与管理，能够有效保障建筑工程的安全程度以及建筑工程的施工进度和成本等，促使施工目标得以顺利实现。

参考文献

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