第三节 地下工程施工技术
一、建筑工程深基坑施工技术
（一）深基坑土方开挖施工
深基坑挖土是基坑工程的重要部分，直接影响着工程质量进度。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。采取哪种形式，主要根据基坑的深浅、维护结构的形式，地基土岩性，地下水位及渗水量，挖掘施工机械及场地大小、周围环境等情况决定。
【2018年真题】深基坑土方开挖工艺主要分为（ ）。
A.放坡挖土
B.导墙式开挖
C.中心岛式挖土
D.护壁式开挖
E.盆式挖土 |
| 『正确答案』ACE
『答案解析』本题考查的是建筑工程深基坑施工技术。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。
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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。对土质较差且施工工期较长的基坑，对边坡宜采用钢丝网水泥喷浆或用高分子聚合材料覆盖等措施进行护坡。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。挖土时要注意保护工程桩，防止碰撞或因挖土过快、高差过大使工程桩受侧压力而倾斜。如有地下水，放坡开挖应采取有效措施降低坑内水位和排除地表水，严防地表水或坑内排出的水倒流回渗入基坑。
2.中心岛式挖土
中心岛式挖土适用于大型基坑。
整个的土方开挖顺序，必须与支护结构的设计工况严格一致。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。当基坑底部有局部加深的电梯井、水池等，如深度较大宜先对其边坡进行加固处理后再进行开挖。
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；缺点是大量的土方不能直接外运，需集中提升后装车外运。
（二）深基坑降排水施工
（三）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。深基坑支护形式很多，工程上常用的典型的支护形式按其工作机理和围护墙的形式有下列所示几种，见图 4.3.1。
图 4.3.1
深基坑支护基本形式
（2）深基坑支护基本形式的选择。深基坑支护形式的选择应综合考虑工程地质与水文地质条件、基础类型、基坑开挖深度、降排水条件、周边环境对基坑侧壁位移的要求、基坑周边荷载、施工季节、支护结构使用期限等因素，做到因工程、因地、因时制宜，合理选择、精心施工，严格监控。深基坑支护形式的选择应考虑基坑结构的安全等级（见表4.3.1）。
表4.3.1 基坑结构安全等级及重要性系数
安全等级 | 破坏后果 | γ0 |
一级 | 支护结构失效、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响很严重 | 1.10 |
二级 | 支护结构失效、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响严重 | 1.00 |
三级 | 支护结构失效、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响不严重 | 0.90 |
1）水泥土桩墙。系由水泥土桩相互搭接形成的格栅状、壁状等形式的连续重力式挡土止水墙体。具有挡土、截水双重功能，施工机具设备相对较简单，成墙速度快，使用材料单一，造价较低等特点。其适用条件如下：基坑侧壁安全等级宜为二、三级；水泥土墙施工范围内陆基承载力不宜大于150kPa；基坑深度不宜大于6m；基坑周围具备水泥土墙的施工宽度。
【2013年真题】水泥土挡墙式深基坑支护方式不宜用于（ ）。
A.基坑侧壁安全等级为一级
B.施工范围内陆基承载力小于150kpa
C.基坑深度小于6m
D.基坑周围工作面较宽 |
| 『正确答案』A
『答案解析』本题考查的是建筑工程深基坑施工技术。基坑侧壁安全等级宜为二、三级；水泥土墙施工范围内陆基承载力不宜大于150kPa；基坑深度不宜大于6m；基坑周围具备水泥土墙的施工宽度。 |
2）排桩与桩墙。挡土灌注排桩是以现场灌注桩，按队列式布置组成的支护结构。地下连续墙系用机械施工方法成槽浇灌钢筋混凝土形成的地下墙体。具有刚度大、抗弯强度高、变形小、适应性强、工作场地不大、振动小、噪声低等特点，但排桩墙不能止水，连续墙施工需要较多机具设备。其适用条件如下：适于基坑侧壁安全等级一、二、三级；悬臂式结构在软土场地中不宜大于5m；当地下水位高于基坑底面时，宜采用降水、排桩与水泥土桩组合截水帷幕或采用地下连续墙；用逆作法施工。
3）边坡稳定式。系用土钉或预应力锚杆加固的基坑侧壁土体与喷射钢筋混凝土护面组成的支护结构，具有结构简单、承载力较高、可阻水、变形小、安全可靠、适应性强、施工机具简单、施工灵活、污染小、噪声低、对周边环境影响小、支护费用低等特点。其适用条件如下：基坑侧壁安全等级宜为二、三级非软土场地；土钉墙基坑深度不宜大于12m；喷锚支护适用于无流砂、含水量不高、不是淤泥等流塑土层的基坑，开挖深度不大于18m；当地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施。
4）逆作拱墙式。系在平面上将支护墙体或排桩做成的闭合拱形支护结构。该种结构主要承受压应力，可充分发挥材料特性，结构截面小，底部不用嵌固，可减少埋深，具有受力安全可靠、变形小、外形简单、施工方便快速、质量易保证、费用低等特点。其适用条件如下：基坑侧壁安全等级宜为二、三级；淤泥和淤泥质土场地不宜采用；基坑平面尺寸近似方形或圆形，施工场地适合拱圈布置；拱墙轴线的矢跨比不宜小于1/8，坑深不宜大于12m；地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施。
5）放坡开挖式。对土质较好，地下水位低，场地开阔的基坑采取规范允许的坡度放坡开挖，或仅在坡脚叠袋护脚，坡面作适当保护。此种方法不用支撑支护，需加强边坡稳定监测，土方量大，需外运。其适用条件如下：基坑侧壁安全等级宜为三级；基坑周围场地应满足放坡条件，土质较好；当地下水位高于坡脚时，应采取降水措施。
【2018年真题】场地空间大，土质较好，地下水位低的深基坑施工，采用的开挖方式为（ ）。
A.水泥挡墙式
B.排桩与桩墙式
C.逆作墙式
D.放坡开挖式 |
| 『正确答案』D
『答案解析』本题考查的是深基坑支护施工。放坡开挖式：基坑侧壁安全等级宜为三级；基坑周围场地应满足放坡条件，土质较好；当地下水位高于坡脚时，应采取降水措施。水泥土挡墙式：基坑侧壁安全等级宜为二、三级；水泥土墙施工范围内陆基承载力不宜大于150kPa；基坑深度不宜大于6m；基坑周围具备水泥土墙的施工宽度。排桩与板墙式适于基坑侧壁安全等级一、二、三级；悬臂式结构在软土场地中不宜大于5m；当地下水位高于基坑底面时，宜采用降水、排桩与水泥土桩组合截水帷幕或采用地下连续墙；用逆作法施工。逆作挡墙式：基坑侧壁安全等级宜为二、三级；淤泥和淤泥质土场地不宜采用；基坑平面尺寸近似方形或圆形，施工场地适合拱圈布置；拱墙轴线的矢跨比不宜小于1/8，坑深不宜大于12m；地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施。 |
2.深基坑支护技术
（1）复合土钉墙支护技术。复合土钉墙是由普通土钉墙与一种或若干种单项轻型支护技术（如预应力锚杆、竖向钢管、微型桩等）或截水技术（深层搅拌桩、旋喷桩等）有机组合而成的支护——截水体系。
其主要构成要素有土钉（钢筋土钉或钢管土钉）、预应力锚杆（索）、截水帷幕、微型桩（树根桩）、挂网喷射混凝土面层、原位土体等。
复合土钉墙支护具有轻型、复合、机动灵活、针对性强、适用范围广、支护能力强的特点，可作超前支护，并兼备支护、截水等效果。复合土钉墙支护技术可用于回填土、淤泥质土、黏性土、砂土、粉土等常见土层，施工时可不降水；在工程规模上，深度16m以上的深基坑均可根据已有条件，灵活、合理使用。
1）施工工艺。复合土钉墙主要组成要素如普通土钉墙、预应力锚杆、深层搅拌桩、旋喷桩等应按照现行国家有关标准执行。
2）土钉墙施工要点。
①合理选择土钉。一般来说，地下水位以上或有一定自稳能力的地层中，钢筋土钉和钢管土钉均可采用；但是地下水位以下，软弱土层、砂质土层等，由于成孔困难，则应采用钢管土钉。钢管土钉不需打孔，它是通过专用设备直接打入土层，并通过管壁与土层的摩阻力产生锚拉力达到稳定之目的。
②基坑挖土分层厚度应与土钉竖向间距协调同步，逐层开挖并施工土钉，禁止超挖。土钉墙施工必须遵循“超前支护，分层分段，逐层施作，限时封闭，严禁超挖”的原则要求。
③土钉墙、预应力描杆复合土钉墙的坡比（墙面垂直高度与水平宽度的比值）不宜大于1：0.2。
④土钉墙高度不大于12m时，喷射混凝土面层要求有：厚度80～100mm, 设计强度等级不低于C20；应配置钢筋网和通长的加强钢筋，宜采用HPB300级钢筋，钢筋网用直径6～10mm、间距150～250mm ,加强钢筋用直径14～20mm。土钉与加强钢筋宜采用焊接连接。
⑤土钉水平间距和竖向间距宜为1～2m；土钉倾角宜为5°～20°，土钉筋体保护层厚度不应小于25mm，每层土钉施工后，应按要求抽查土钉的抗拔力。
⑥开挖后应及时封闭临空面，应在24h内完成土钉安放和喷射混凝土面层。在淤泥质土层开挖时，应在12h内完成土钉安放和喷射混凝土面层。喷射混凝土的骨料最大粒径不应大于15mm。作业应分段分片依次进行，同一分段内应自下而上，一次喷射厚度不宜大
于 120mm。上一层土钉完成注浆48h后，才可开挖下层土方。
⑦成孔注浆型钢筋土钉应采用两次注浆工艺施工。第一次注浆宜为水泥砂浆，注浆量不应小于钻孔体积的1.2倍，第一次注浆初凝后，方可进行二次注浆；第二次压注纯水泥浆，注浆量为第一次注聚量的30%～40% 。注浆压力宜为0.4～0.6MPa。
⑧击入式钢管土钉从钢管空腔内向土层压注水泥浆（水灰比0.4～0.5），注浆压力不应小于0.6MPa；注浆顺序应从管底向外分段进行，最后封孔。
⑨预应力锚杆复合土钉墙宜采用钢绞线铺杆；锚杆应设置自由端，长度应超过土钉墙坡体的潜在滑动面；应采用槽钢或混凝土设置腰梁。
⑩钢筋网宜在喷射一层混凝土后铺设，采用双层钢筋网时，第二层钢筋网应在第一层钢筋网被混凝土覆盖后铺设。
（2）组合内支撑技术。
适用于周围建筑物密集，相邻建筑物基础埋深较大，周围土质情况复杂，施工场地狭小，软土场地等深大基坑。该技术可在各种地质情况和复杂周边环境下使用，施工速度快，支撑形式多样，计算理论成熟，并可拆卸重复利用，节省投资。
③支撑支护体系的拆除。待基础结构自下而上施工到支撑下1.0m处且楼板混凝土强度达到80%以上时，开始拆除基础结构楼板下的支护体系，否则将使巨大的侧压力传至楼板。
支护体系拆除的顺序为自下而上，先水平构件，后垂直构件（钢立柱）。具体步骤：先行拆除斜撑、纵向系杆、柱箍，再用千斤顶卸载主撑，撤除撑端的钢楔块，用塔吊将钢支撑吊出基坑。
（3）型钢水泥土复合搅拌桩支护技术（SMW工法）。型钢水泥土复合搅拌桩支护技术，又称SMW工法，也称为加筋水泥地下连续墙工法，是在一排相互连续搭接的水泥土桩中加强芯材（型钢）的一种地下连续墙施工技术。
型钢主要用来承受弯矩和剪力，水泥土主要用来防渗，同时对型钢还有围箍作用。
型钢水泥土复合搅拌桩支护技术可在黏性土、粉土、砂砾土中使用，目前在国内主要在软土地区有成功应用。该技术目前可在开挖深度15m以下的基坑围护工程中应用。
【2019真题】关于深基坑土方开挖采用型钢水泥土复合搅拌桩支护技术，下列说法正确的有（ ）。
A.搅拌水泥土凝结后方可加设横向型钢
B.型钢的作用是增强搅拌桩的抗剪能力
C.水泥土作为承受弯矩的主要结构
D.型钢应加设在水泥土墙的内侧 |
| 『正确答案』B
『答案解析』本题考查的是深基坑支护施工。选项C，型钢主要用来承受弯矩和剪力，水泥土主要用来防渗，同时对型钢还有围箍作用；选项AD，在水泥土凝结硬化之前，将型钢插入墙中，形成型钢与水泥土的复合墙体。 |
（4）冻结排桩法基坑支护技术。冻结排桩法是一种将冻结施工技术与排桩支护技术科学合理地结合起来的一种新型技术。该技术是以含水地层冻结形成的隔水帷幕墙为基坑的封水结构，以基坑内排桩支撑系统为抵抗水土压力的受力结构，充分发挥各自的优势特点，以满足大基坑围护要求。
冻结排桩法适用于大体积深基础开挖施工、含水量高的地基基础和软土地基基础以及地下水丰富的地基基础施工。
【2019真题】关于深基坑挖土方开挖采用冻结排桩法支护技术，下列说法正确（ ）。
A.冻结管应置于排桩外侧
B.卸压孔应置于冻结管和排桩之间
C.冻结墙的主要作用是支撑土体
D.排桩的主要作用是隔水 |
| 『正确答案』A
『答案解析』本题考查的是深基坑支护施工。选项B，排桩外侧按设计要求施做一排冻结孔，同时在冻结孔外侧据其中心一定位置处插花布设多个卸压孔；选项CD，该技术是以含水地层冻结形成的隔水帷幕墙为基坑的封水结构，以基坑内排桩支撑系统为抵抗水土压力的受力结构，充分发拝各自的优势特点，以满足大基坑围护要求。 |
【2013年真题】冻结排桩法深基坑支护技术的主要特点有（ ）。
A.适用于大体积深基坑施工
B.适用于含水量高的地基基础施工
C.不宜用于软土地基基础施工
D.适用于地下水丰富的地基基础施工
E.适用于工期要求较紧的基础施工 |
| 『正确答案』ABD
『答案解析』本题考查的是建筑工程深基坑施工技术。冻结排桩法适用于大体积深基础开挖施工、含水量高的地基基础和软土地基基础以及地下水丰富的地基基础施工。
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二、地下连续墙施工技术
地下连续墙是以专门的挖槽设备，沿着深基或地下构筑物周边，采用触变泥浆护壁，按设计的宽度、长度和深度开挖沟槽，待槽段形成后，在槽内设置钢筋笼，采用导管法浇筑混凝土，筑成一个单元槽段的混凝土墙体。依次继续挖槽、浇筑施工，并以某种接头方式将相邻单元槽段墙体连接起来形成一道连续的地下钢筋混凝土墙或帷幕，以作为防渗、挡土、承重的地下墙体结构。
（一）地下连续墙的类型与优缺点
1.地下连续墙的优点
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。
5）开挖基坑无需放坡，土方量小，浇混凝土无需支模和养护，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。
【2016年真题】关于地下连续墙施工，说法正确的有（ ）。
A.机械化程度高
B.强度大、挡土效果好
C.必需放坡开挖、施工土方量大
D.相邻段接头部位容易出现质量问题
E.作业现场易出现污染 |
| 『正确答案』ABDE
『答案解析』本题考查的是地下连续墙的方法分类与优缺点。选项C错误，开挖基坑无需放坡，土方量小。 |
【2014年真题】城市建筑的基础工程，采用地下连续墙施工的主要优点在于（ ）。
A.开挖基坑的土方外运方便
B.墙段之间接头质量易控制，施工方便
C.施工技术简单，便于管理
D.施工振动小，周边干扰小 |
| 『正确答案』D
『答案解析』本题考查的是地下连续墙施工技术。地下连续墙的优点：（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；（5）开挖基坑无须放坡，土方量小。浇混凝土无需支模和养护，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。 |
（二）施工工艺
地下连续墙由多幅槽段组成，其施工工艺过程见图4.3.5。
1.导墙施工
导墙是地下连续墙挖槽之前修筑的导向墙，两片导墙之间的距离即为地下连续墙的厚度。导墙宜采用混凝土结构，且混凝土强度等级不宜低于C20。导墙底面不宜设置在新近填土上，且埋深不宜小于1.5m。导墙的强度和稳定性应满足成槽设备和顶拔接头管施工的要求。虽属于临时结构，但它除了引导挖槽方向之外，还起着多方面的重要作用。
（1）导墙作用。
1）作为挡土墙。在挖掘地下连续墙沟槽时，导墙起到支挡上部土压力，防止槽口崩塌的作用。为防止导墙在土、水压力的作用下产生位移，一般在导墙内侧每隔1m左右加设上、下两道木支撑；如附近地面有较大荷载或有机械运行时，可在导墙内每隔20～30m设一道钢板支撑。
2）作为测量的基准。
3）作为重物的支承。导墙既是挖槽机械轨道的支承，又是搁置钢筋笼、接头管等重物的支承，有时还要承受其他施工设备的荷载。
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200mm处，并高于地下水位1.0m以上，使泥浆起到稳定槽壁的作用。
2.开挖槽段
（1）单元槽划分。地下连续墙施工前，需预先沿墙体长度方向划分好施工的单元槽段。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，以减少槽段的接头数量和增加地下连续墙的整体性，又可提高其防水性能和施工效率。但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：当土层不稳定时，为防止槽壁坍塌，应减少单元槽段的长度，以缩短挖槽时间。
2）地面荷载：若附近有高大的建筑物、构筑物，或邻近地下连续墙有较大的地面静载或动载时，为了保证槽壁的稳定，亦应缩短单元槽段的长度。
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2倍，所以该因素亦影响单元槽段的长度。
【2017年真题】地下连续墙开挖，对确定单元槽段长度因素说法正确的有（ ）。
A.土层不稳定时，应增大槽段长度
B.附近有较大地面荷载时，可减少槽段长度
C.防水要求高时可减少槽段长度
D.混凝土供应充足时可选用较大槽段
E.现场起重能力强可选用较大槽段 |
| 『正确答案』BDE
『答案解析』本题考查的是地下连续墙施工技术。选项A错误，当土层不稳定时，为防止槽壁坍塌，应减少单元槽段的长度。选项C错误，单元槽段宜尽量长一些，以减少槽段的接头数量和增加地下连续墙的整体性，又可提高其防水性能和施工效率。
此外，划分单元槽段时还应考虑接头的位置，接头应避免设在转角处及地下连续墙与内部结构的连接处，以保证地下连续墙有较好的整体性；单元槽段的划分还与接头形式有关。单元槽段宜采用间隔一个或多个槽段的跳幅施工顺序。每个单元槽段，挖槽分段不宜超过3个。成槽时，护壁泥浆液面应高于导墙底面500mm。
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