地下工程施工技术(一)

第三节地下工程施工技术

一、建筑工程深基坑施工技术

（一）建筑工程深基坑工程概述

住房城乡建设部《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》（建质(2009] 87号)附件二中关于深基坑工程的规定：①开挖深度超过5m（含5m）的基坑（槽）的土方开挖、支护、降水工程，②开挖深度虽未超过5m，但地质条件、周围环境和地下管线复杂，或影响毗邻建筑（构筑）物安全的基坑（槽）的土方开挖、支护、降水工程。

【例题】依据《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》建质[2009]87号中关于深基坑工程的规定,以下说法正确的有（）。

A. 开挖深度等于5m的基坑（槽）的土方开挖即属于深基坑

B. 只有开挖深度超过5m的基坑（槽）的土方开挖属于深基坑

C. 开挖深度大于等于3m的基坑（槽）的土方开挖即属于深基坑

D. 开挖深度大于等于4m的基坑（槽）的土方开挖即属于深基坑

【答案】A

【解析】深基坑的规定：①开挖深度超过5m（含5m）的基坑（槽）的土方开挖、支护、降水工程，②开挖深度虽未超过5m，但地质条件、周围环境和地下管线复杂，或影响毗邻建筑（构筑）物安全的基坑（槽）的土方开挖、支护、降水工程。

【例题】基坑采用机械挖土，坑底要留（）mm厚基土，用人工清理整平，防止坑底土扰动。

A.100—200

B.200—300

C.250—300

D.300—400

【答案】B

【解析】基坑采用机械挖土，坑底应保留200-300mm厚基土，用人工清理整平，防止坑底土扰动。待挖至设计标高后，应清除浮土，经验槽合格后，及时进行垫层施工。

（二）深基坑土方开挖施工

基坑的土方开挖工艺，主要分为放坡挖土、中心岛式（也称墩式）挖土，盆式挖土。前者无支护

结构，后两者皆有支护结构。

1．放坡挖土

放坡开挖通常是最经济的挖土方案。当基坑开挖深度不大（软土地区挖深不超过4m，地下水位低的土质较好地区挖深亦可较大）、周围环境又允许，经验算能确保土坡的稳定性时，均可采用放坡开挖。

基坑采用机械挖土，坑底应保留200～300mm厚基土，用人工清理整平，防止坑底土扰动。待挖至设计标高后，应清除浮土，经验槽合格后，及时进行垫层施工。

开挖深度较大的基坑，当采用放坡挖土时，宜设置多级平台分层开挖，每级平台的宽度不宜小于1. 5m。在地下水位较高的软土地区，应在降水达到要求后再进行土方开挖，宜采用分层开挖的方式进行开挖，分层挖土厚度不宜超过2. 5m。

2．中心岛式挖土

中心岛式挖土，适用于大型基坑，支护结构的支撑形式为角撑、环梁式或边桁（框）架式，中间具有较大空间，此时可利用中间的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，这样可以加快挖土和运土的速度。

要遵循开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖的原则。同一基坑内当深浅不同时，土方开挖宜先从浅基坑处开始，如条件允许可待浅基坑处底板浇筑后，再挖基坑较深处的土方。当两个深浅不同的基坑同时挖土时，土方开挖宜先从较深基坑开始，待较深基坑底板浇筑后，再开始挖较浅基坑的土方。

3．盆式挖土

盆式挖土是先开挖基坑中间部分的土，周围四边留土坡，土坡最后挖除。这种挖土方式的优点是周边的土坡对围护墙有支撑作用，有利于减少围护墙的变形。其缺点是大量的土方不能直接外运，需集中提升后装车外运。盆式挖土需设法提高土方上运的速度，对加速基坑开挖起很大作用。

【例题】不是基坑开挖要遵循的原则有（）。

A. 开槽支撑

B. 先挖后撑

C. 先撑后挖

D. 不宜超挖

【答案】D

【解析】基坑挖土要遵循“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则。

【例题】中心岛式挖土说法正确的有（）。

A. 中心岛式挖土可以加快挖土和运土的速度

B. 缺点是大量的土方不能直接外运，需集中提升后装车外运

C. 同一基坑内当深浅不同时，土方开挖宜先从浅基坑处开始

D. 当两个深浅不同的基坑同时挖土时，土方开挖宜先从较深基坑开始

E. 当两个深浅不同的基坑同时挖土时，土方开挖宜先从较浅基坑开始

【答案】ACD

【解析】中心岛式挖土，适用于大型基坑，支护结构的支撑形式为角撑、环梁式或边桁（框）架式，中间具有较大空间，此时可利用中间的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，这样可以加快挖土和运土的速度。

要遵循开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖的原则。同一基坑内当深浅不同时，土方开挖宜先从浅基坑处开始，如条件允许可待浅基坑处底板浇筑后，再挖基坑较深处的土方。当两个深浅不同的基坑同时挖土时，土方开挖宜先从较深基坑开始，待较深基坑底板浇筑后，再开始挖较浅基坑的土方。

（三）深基坑降排水施工（略）

（四）深基坑支护施工

1．深基坑支护形式

(1)深基坑支护的基本形式。

(2)深基坑支护基本形式的选择。

深基坑支护形式的选择应考虑基坑结构的安全等级，对同一基坑的不同部位，可采用不同的安全等级。

表4. 3.1基坑结构安全等级及重要性系数

深基坑支护基本形式做法、特点、适用如下表

【例题】水泥土挡墙式适用于（）。

A. 基坑侧壁安全等级宜为一级；

B. 基坑侧壁安全等级宜为二级；

C. 基坑侧壁安全等级宜为三级；

D. 基坑深度不宜大于8m

E. 基坑深度不宜大于6m

【答案】BCE

【解析】水泥土挡墙式适用基坑侧壁安全等级宜为二、三级；水泥土墙施工范围内地基承载力不宜大于150kPa；基坑深度不宜大于6m。

2．深基坑支护技术

二、地下连续墙施工技术

1-导墙；2-d 浇筑混凝土的单元槽段；3-开挖的稽段；4-未开挖的槽段；5-接头管；

6-钢筋笼；7一正浇筑混凝土的单元槽段；8-接头管拔出后的孔洞

地下连续墙可以用作深基坑的支护结构，也可以既作为深基坑的支护又用作为建筑物的地下室外墙，后者更为经济。

（一）地下连续墙的方法分类与优缺点

1．地下连续墙的方法分类

按槽孔的形式可以分为壁板式和桩排式两种；按开挖方式及机械分类，可分为抓斗冲击式、旋转式和旋转冲击式；按墙体材料不同分为钢筋混凝土、素混凝土、黏土、自凝泥浆混合墙等墙体。

2．地下连续墙的优缺点

(1)地下连续墙的优点。主要表现在如下方面：

1)施工全盘机械化，速度快、精度高，并且振动小、噪声低，适用于城市密集建筑群及夜间施工。

2)具有多功能用途，如防渗、截水、承重、挡土、防爆等，由于采用钢筋混凝土或素混凝土，强度可靠，承压力大。

3)对开挖的地层适应性强，在我国除熔岩地质外，可适用于各种地质条件，无论是软弱地层或在重要建筑物附近的工程中，都能安全地施工。

4)可以在各种复杂的条件下施工，如美国110层世界贸易中心的地基，过去曾为河岸，地下埋有码头等构筑物，用地下连续墙则易处理；广州白天鹅宾馆基础施工，地下连续墙呈腰鼓状，两头狭中间宽，形状虽复杂也能施工。

5)开挖基坑无须放坡，土方量小，浇混凝土无须支模和养护，并可在低温下施工，降低成本，缩短施工时间。

6)用触变泥浆保护孔壁和止水，施工安全可靠，不会引起水位降低而造成周围地基沉降，保证施工质量。

7)可将地下连续墙与“逆做法”施工结合起来，地下连续墙为基础墙，地下室梁板作支撑，地下部分施工可自上而下与上部建筑同时施工，将地下连续墙筑成挡土、防水和承重的墙，形成一种深基础多层地下室施工的有效方法。

(2)地下连续墙的缺点。

1)每段连续墙之间的接头质量较难控制，往往容易形成结构的薄弱点。

2)墙面虽可保证垂直度，但比较粗糙，尚须加工处理或做衬壁。

3)施工技术要求高，无论是造槽机械选择、槽体施工、泥浆下浇筑混凝土、接头、泥浆处理等环节，均应处理得当，不容疏漏。

4)制浆及处理系统占地较大，管理不善易造成现场泥泞和污染。

由于地下连续墙优点多，适用范围广，广泛应用在建筑物的地下基础、深基坑支护结构、地下车库、地下铁道、地下城、地下电站及水坝防渗等工程中。

【2011真题】深基础施工中，现浇钢筋混凝土地下连续墙的优点有（）。

A.地下连续墙可作为地下建筑的地下室外墙

B.施工机械化程度高，具有多功能用途

C.开挖基坑的土方量小，对开挖的地层适应性强

D.墙面光滑，性能稳定，整体性好

E. 施工过程中振动小，周围地基沉降

【答案】ABCE

【解析】D错误，现浇钢筋混凝土地下连续墙墙面虽可保证垂直度，但比较粗糙，尚须加工处理或做衬壁。

（二）施工工艺

1．导墙施工

导墙宜采用混凝土结构，且混凝土强度等级不宜低于C20。埋深不宜小于1.5m。

(1)导墙作用。

4)存储泥浆。导墙内可存蓄泥浆，以稳定槽内泥浆的液面。泥浆液面应始终保持在导墙顶面以下20cm处，并高于地下水位1．Om以上，使泥浆起到稳定槽壁的作用。

2．开挖槽段

挖槽是地下连续墙施工中的重要工序。挖槽约占地下连续墙工期的一半，因此提高挖槽效率是缩短工期的关键；同时，槽壁的形状决定了墙体的外形，所以挖槽的精度又是保证地下连续墙质量的关键之一。

(1)单元槽划分。单元槽段的最小长度不得小于挖土机械挖土工作装置的一次挖土长度（称为一个挖掘段）。单元槽段宜尽量长一些。在确定其长度时除考虑设计要求和结构特点外，还应考虑以下各方面因素。

1)地质条件：

2)地面荷载：

3)起重机的起重能力：由于一个单元槽段的钢筋笼多为整体吊装（钢筋笼过长时可水平分为两段），所以应根据起重机械的起重能力估算钢筋笼的重量和尺寸，以此推算单元槽段的长度。

4)单位时间内混凝土的供应能力：一般情况下一个单元槽段长度内的全部混凝土，宜在4h内一次浇筑完毕，所以可按4h内混凝土的最大供应量来推算单元槽段的长度。

5)泥浆池（罐）的容积：泥浆池（罐）的容积应不小于每一单元槽段挖土量的二倍，所以该因素亦影响单元槽段的长度。

(2)挖槽方法。地下连续墙挖槽常见的方法有多头钻施工法、钻抓斗施工法和冲击式施工法。

1)多头钻施工法。施工槽壁平整，效率高，对周围建筑物影响小，适用于黏性土、沙质土、沙砾

层及淤泥等土层。

2)钻抓式施工法。钻抓斗式挖槽机构造简单，出土方便，能抓出地层中障碍物，但当深度大于15m 及挖坚硬土层时，成槽效率显著降低，成槽精度较多头挖槽机差，适用于黏性土和N值小于30的砂性土，不适用于软黏土。

3)冲击式施工法。适用于老黏性土、硬土和夹有孤石等地层，多用于排桩式地下连续墙成孔。其设备比较简单，操作容易。但工效较低，槽壁平整度也较差。桩排对接和交错接头采取间隔挖槽施工方法。

3．泥浆护壁

(1)泥浆的组成及作用。泥浆的主要成分是膨润土、掺和物和水。泥浆的作用主要有：护壁、携砂、冷却和润滑，其中以护壁为主。

(2)泥浆的控制指标。控制指标有：在确定泥浆配合比时，要测定其黏度、相对密度、含砂量、稳定性、胶体率、静切力、pH值、失水量和泥皮厚度；在检验黏土造浆性能时，要测定其胶体率、相对密度、稳定性、黏度和含砂量；对新生产的泥浆、回收重复利用的泥浆、浇筑混凝土前槽内的泥浆，主要测定其黏度、相对密度和含砂量。

(3)泥浆的制备、循环与再处理。

1)泥浆制备。一般情况下泥浆搅拌后应静置24h后使用。

2)泥浆循环。泥浆循环分为正循环及反循环两种。

①泥浆正循环施工法是从地面向钻管内注入一定压力的泥浆，泥浆压送至槽底。这种方法由于泥浆的流速不大，所以出渣率较低。

②泥浆反循环是将新鲜泥浆由地面直接注入槽段，槽底混有大量土渣的泥浆用砂石泵将其从钻管内孔抽吸到地面。反循环排渣法有三种方式，即空气排渣法、泵举反循环和泵吸反循环。前两种方法较常用，反循环的出渣率较高，对于较深的槽段效果更为显著。

3)泥浆再生处理。

对于携带土渣的泥浆，一般采用重力沉降和机械处理等两种方法。最好是将这两种方法组合使用。

4．清底

在挖槽结束后清除槽底沉淀物的工作称为清底。

清底的方法一般有沉淀法和置换法两种。沉淀法是在土碴基本都沉淀到槽底之后再进行清底。置换法是在挖槽结束之后，土碴还没有沉淀之前就用新泥浆把槽内的泥浆置换出来。在土木工程施工中，我国多采用置换法进行清底。清底后槽内泥浆的相对密度应在1.15g/cm3以下。

清底一般安排在插入钢筋笼之前进行，对于以泥浆反循环法进行挖槽施工，可在挖槽后紧接着进行清底工作。

5．钢筋笼加工与吊放

(1)钢筋笼加工。如果地下连续墙很深或受起重设备的起重能力限制，可分段制作，然后在吊放时再逐段连接。钢筋笼的拼接一般应采用焊接，且宜用帮条焊，不宜采用绑扎搭接接头。

由于横向钢筋有时会阻碍导管插入，所以纵向主筋应放在内侧，横向钢筋放在外侧。纵向钢筋底端应稍向内弯折，以防止吊放钢筋笼时擦伤槽壁。钢筋笼的钢筋、埋设件连接采用电焊。

(2)钢筋笼吊放。

如果钢筋笼不能顺利插入槽内，应该重新吊出，查明原因加以解决。如有必要，则在修槽之后再吊放。不能将钢筋笼做自由坠落状强行插入基槽，否则会引起钢筋笼变形或使槽壁坍塌，产生大量沉渣，影响地下墙体质量。

6．混凝土浇筑

(1)地下连续墙对混凝土的要求。混凝土强度等级一般为C30～C40。混凝土的级配除了满足结构

强度要求外，还要满足水下混凝土施工的要求。其配合比应按重力自密式流态混凝土设计，水与胶凝材料比不应大于0.55，水泥用量不宜小于400kg/m3，入槽坍落度不宜小于180mm为宜。混凝土应具有良好的和易性和流动性。

(2)混凝土浇灌前的准备工作。

(3)槽段内混凝土浇灌。地下连续墙的混凝土是在泥浆中采用导管浇灌的。

混凝土搅拌好之后，以1.5h内浇筑完毕为原则。在夏天由于混凝土凝结较快，所以必须在搅拌好之后1h内尽快浇完，否则应掺入适量的缓凝剂。

混凝土加水搅拌至入槽的时间不宜超过1h。

在浇筑完成后的地下连续墙墙顶存在一层浮浆层，因此混凝土顶面需要比设计高度超浇0. 5m以上。凿去浮浆层后，地下连续墙墙顶才能与主体结构或支撑相连，成为整体。

7．槽段接头施工

地下连续墙的接头分为两大类：施工接头和结构接头

(1)施工接头。

1)接头管（亦称锁口管）接头。接头管是目前地下连续墙施工中采用最多的一种接头。待混凝土强度达到0.05～0.20MPa时（一般混凝土浇筑后3～5h，视气温而定），开始提拔接头管。并在混凝土浇筑结束后8h以内将接头管全部拔出。接头管直径一般比墙厚小50mm。

2)接头箱接头。接头箱接头的施工方法与接头管接头相似，只是以接头箱代替接头管。接头箱接头的整体性好，接头处刚度较大。

3)隔板式接头。

(2)结构接头。

1)预埋连接钢筋法。预埋连接钢筋法是应用最多的一种方法。是在浇筑地下连续墙混凝土之前，按设计要求将连接钢筋弯折后预埋在墙体内。待土方开挖露出墙体时，凿开连接钢筋处的墙面，将露出的连接钢筋恢复成设计形状，再与后浇结构的受力钢筋连接。为便于施工，预埋连接钢筋的直径不宜大于22mm，且弯折时宜缓慢进行加热，以免其强度降低过多。考虑到连接处往往是结构的薄弱处，设计时一般将连接钢筋增加20%的富余量。

2)预埋连接钢板法。

3)预埋剪力连接件法。

【例题】地下连续墙施工中，占用时间最长的是（）。

A.修筑导墙

B.挖槽

C.钢筋笼的制作和放置

D.浇筑混凝土

【答案】B

【解析】挖槽是地下连续墙施工中的重要工序。挖槽约占地下连续墙工期的一半，因此提高挖槽效率是缩短工期的关键；同时，槽壁的形状决定了墙体的外形，所以挖槽的精度又是保证地下连续墙质量的关键之一。