土方开挖施工技术浅析

吴满兴

天津盛誉建筑集团有限公司

摘要：在土方工程施工前，应做好场地清理、地面水排除、修设临时设施和供水、供电、供压缩空气管线、修建运输道路、设备运转和编制土方工程施工组织计划等一系列先期准备工作，这对土方工程的开工起着关键性的作用和影响。本文现就土方开挖施工技术做浅要分析。
关键词：土方 基坑 施工 地面
　　土方开挖是工程初期以至施工过程中的关键工序。将土和岩石进行松动、破碎、挖掘并运出的工程。按岩土性质，土石方开挖分土方开挖和石方开挖。土方开挖施工，包括松动、破碎、挖装、运输出渣等工序。石方开挖，除松软岩石可用松土器以凿裂法开挖外，一般需以爆破的方法进行松动、破碎。人工和半机械化开挖，使用锹镐、风镐、风钻等简单工具，配合挑抬或者简易小型的运输工具进行作业，适用于小型水利工程。有些灌溉排水沟渠的施工直接使用开沟机，可以一次成形。大中型水利工程的土石方开挖，多用机械施工。

1、开挖土方

　土方开挖采用分区、分段、分层均衡向下开挖。平面分区可根据结构特征、基坑面积、劳动组织和机械配备情况进行划分，各区可同时开挖、顺次搭接平行开挖或依次开挖。

开挖前，应做好地面排水工作。

土方施工应经常测量和校核其平面位置、水平标高和边坡坡道，避免超挖和少挖的情况，同时平面控制桩和水准控制点应采取可靠的保护措施，定期复测和检查，开挖出的土方应及时外运或转运，不得堆在基坑边缘。

机械开挖应根据工程规模、土质情况、、施工设备条件、进度要求等合理选用挖掘机械。机械开挖应预留200mm厚土层，由人工开挖。

2、基坑（槽）、管沟降水
　　在地下水位较高的地区开挖基坑或沟槽时，土的含水层被切断，地下水会不断地渗入基坑。雨季施工时，地面水也会流入基坑。为了保证施工的正常进行，防止出现流沙、边坡失稳和地基承载能力下降等现象，必须在基坑或沟槽开挖前或开挖时，做好降水、排水工作。基坑或沟槽的排水方法可分为明排水法和人工降低地下水位法。
　　2.1、流沙及其防治。
　　2.1.1、地下水简介。
　　地下水即为地面以下的水，主要是由雨水、地面水渗入底层或水蒸气在地层中凝结而成。地下水可分为上层滞水（结合水）、潜水和层间水（自由水）三种。
　　2.1.2、地下水流网。
　　水在土中稳定渗流时，水流情况不随时间而变，土的空隙比和饱和度也不变，流入任意单元体的回来等于该单元体留出的水利，一保持平衡。若用流网表示稳定渗流，其流网由一组流限和一组等势线组成。
　　流线是指地下水从高水位想低水位渗流的路线。等势线是指各水流线上水头值相等的点连成的面（等势面“）子啊平面或剖面上所表示的线。
　　如果根据降水方案绘出相应的流网，就可直观的地考察谁在土体中的渗流途径，更主要是流网可用于计算基坑（槽）的渗流量（涌水量）及确定体重个点的水头和水利梯度。
　　2.1.3、动水压与流沙。
　　当基坑（槽）挖土到达地下水位以下，而土质是细砂或粉砂，又采用明排水法时，基坑（槽）底下面的土会形成流动状态，随地下水涌入基坑，这种现象称为流沙。此时土体完全丧失承载能力，边挖边冒，造成施工条件恶化，难以达到设计深度，严重时会造成边坡塌方及附近建筑物、构筑物下沉、倾斜、倒塌等。
　　2.1.3.1、动水压力。
　　动水压力是指流动中的地下水对土颗粒产生的压力。动水压力的性质可通过相关测试和试验来说明。
　　2.3.1.2、流沙产生的原因。
　　水流在水位差作用下，对单位土体（土颗粒）产生动水压力，而动水压力方向与水流（流线）方向一致。水流线向下，则动水压力向下，与重力方向一致，土体趋于稳定；水流线向上，则动水压力向上，与重力方向相反，这时土颗粒在水中不但受到水的浮力，而且还受到向上的动水压力作用，有向上举的趋势。
　　实践经验表面，具有下列性质的土，在一定动水压力作用下，就有可能发生流沙现象。当土的颗粒组成中黏土含量小于10%，粉粒的粒径为0.0005～0.05mm，含量大于75%；当土的颗粒级配中，土的不均匀系数小于5；当土的天然空隙比大于43%时；当土的天然含水量大于30%。因此，流沙现象经常发生在细砂、粉砂及粉质砂土中。实践还证明，在可能发生流沙的土质处，基坑（槽）挖深超过地下水位线0.5m左右时就会发生流沙现象。
　　此外，当基坑（槽）底部位于不透明水层内，而其下面为承压蓄水层，基坑（槽）底不透明水层的覆盖厚度的种类小于承压水的顶托力时，基坑（槽）底部便可能发生管涌现象。
　　2.3.1.3流沙的防治。从以上分析可以看出，发生流沙的主要条件是动水压力的大小和方向。因此，在基坑（槽）开挖中，防止流沙的途径一是减小或平衡动力压水；二是改变动水压力的方向，设法是动水压力的方向向下，或是截断地下水流；三是改善土质。
　　2.3.2、明排水法。
　　明排水法又称集水井法，属于重力降水，是采用截、疏、抽的方法来进行排水，即在基坑开挖 过程中，沿基坑底周围或重要开挖排水沟，并设置一定数量的集水井，似的基坑内的水经排水沟流向集水井，

　　然后用水泵抽水。施工中，应根据基坑（槽）底涌水量的大小、基础的形状和水泵的抽水能力，决定排水沟的截面尺寸和集水井的个数。排水沟和集水井应在基础边线0.4m以外。当基坑（槽）底为砂质土时，排水沟边缘应离开坡脚不小于0.3m，以免影响边坡稳定。排水沟的截面一般为0.3X0.5m。沟底低于挖土工作面不小于0.5m，并向集水井方向保持3%左右的纵向坡度；每间隔20～40m设置一个集水井，其直径或宽度为0.6～0.8m，深度随挖土深度增加而加深，且低于挖土面0.7～1.0m。集水井积水到一定深度，讲水抽出坑外。基坑（槽）挖至设计标高后，集水井底比沟底低0.5m以上，毛病铺设随时滤水层。为了防止井壁由于抽水时间较长二将击杀抽出及井底土被搅动而塌方，井壁可用竹、砖、水泥管等进行简单的加固。
　　2.3.3、人工降低地下水位。
　　人工降低地下水位，就是在基坑（槽）开挖前，预先在基坑（槽）四周埋设一定数量的滤水管，利用抽水设备从中抽水，使地下水位降低至坑（槽）底标高以下，直至基础施工结束为止。这样，而可使所挖的土始终保持干燥状态，改善了施工条件。同时，还是动水压力方向向下，从根本上防止流沙发生，并增加土中有效应力，提高他而定强度和密实度。在降水过程中，基坑（槽）附近的地基土壤会有一定的沉降，施工时应加以注意。
　　人工降低地下水位的方法有轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点（大口井）等，各种方法的选用可视土的渗透系数、降水深度、工程特点、设备条件及经济条件等。其中以轻型井点的粒料最为完善，应用较广。但目前很多深基坑（槽）将是都采用大口井方法，它的设计是以经验为主、理论计算为辅，目前这种井的规程较难找出。
3、土方边坡与土壁支撑
　　土方开挖之前，在编制土方工程的施工组织设计时，应确定出基坑（槽）及管沟的边坡形式及开挖方法，确保土方开挖过程中和基础施工阶段土体的稳定。
　　3.1、放坡开挖。
　　放坡的形式由场地土类别、开挖深度、周围环境、技术经济的合理性等因素决定。
　　当场地为一般黏性土或粉土，，基坑（槽）及管沟周围具有堆放土料和机具的条件，地下水位较低，或降水、放坡开挖不会对相邻建筑物产生不利影响，具有放坡开挖条件时，可采用局部或全深度的放坡开挖方法。如开挖土质均匀可放成直线形；再如开挖土质为多层不均且差异较大，可按个层土的土质放坡呈折线形或阶梯形。

3.2、影响土方边坡稳定的因素。
　　土方边坡的稳定主要是由于土体内土颗粒件存在的摩擦力和黏结力，使土体具有一定的抗剪强度。黏性土既有摩擦力，又有黏结力，抗剪强度较高，土体不易失稳，土体若失稳，则是沿着滑动面整体滑动（滑坡）；砂性土只有摩擦力，无黏结力，抗剪强度较差。所以黏性土的放坡可陡些，砂性土的放坡应缓些，使土体下滑力小于土颗粒之间的毛擦里和黏结力，从而保证边坡稳定。

4、基坑边荷载

基坑边堆置土方和材料，包括边缘移动运输工具和机械不应离基坑过近。土方挖运机械应按指定道路通行，仅限于在出入口及基坑坡道进出基坑，严禁在基坑四周行走及停留。在距基坑3m范围内严禁堆载，3m外堆载超过15kPa需经由设计单位复核。不得有超载车辆通行。
5、结束语
　　土方开挖施工技术是目前建筑工程施工的一种重要手段，包括前期准备及其开挖后的一系列技术施工，其开挖技术的优劣直接影响设计工程施工的质量、效率和施工安全。随着时代的进步和科技力量的发展，土方开挖施工技术将会逐渐减少人工施工，从而向全面技术化、机械化发展。

参考文献

1、刘士河 《浅谈工业建筑复杂环境下基坑施工技术特点及方式 》[J].价值工程,2011,30. 

2、甘成文《.高层建筑深基坑施工技术和管理应用分析》[J].基建管理优化，2014.5 

3、刘建航,候学渊.《基坑工程手册》[M].北京：中国建筑工业出版社,2009:36-37