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1、无支护开挖基坑技术在土木工程中的应用1 无支护开挖基坑的概念此处的基坑指土木工程活动中，为进行建筑物或构筑物的地下部分施工由地面向下开挖出来的空间。是广义的基坑，其包含建筑工程造价管理的狭义的“基坑”与“基槽”。无支护基坑是有别于“有基坑支护”提出来的；“有基坑支护”指为确保地下主体结构施工和基坑周边的环境（建筑物、构筑物、作业人员和其他财产等），对基坑采取的临时性支撑挡护、加固、保护与地下水控制的措施。无支护基坑指工程施工时无相应的支护活动或措施。2 无支护开挖基坑的适用条件建筑施工活动必须遵循“以人为本”的原则，一切施工必须在确保安全的前提下进行，安全责任重于泰山。无支护开挖基坑在土木工程
2、中的使用条件如下：2.1 基础的埋置深度（基础底面到地面顶部的距离）不大，施工期较短（基坑从开挖至完成回填持续时间短），基坑开挖时不影响临近建筑物或构筑物的安全；2.2 地下水位低于基底（基坑开挖至垫层或基础与天然土石接触部分无地下水），或者渗透量小，不影响坑壁的稳定。2.3 现场具备直接开挖条件，无建、构筑物或地下综合管线影响，土体稳定，施工功效快、持续时间短，作业经济。2.4 其他视现场实际，满足无支护开挖条件。3 无支护开挖基坑的基本参数确定方法3.1地下结构的纵横向尺寸（a/b）地下结构的纵横向（习惯上把尺寸长的一边称为纵、短方向的一边称为横）尺寸根据施工设计图可以获悉。结构尺寸边缘一
3、般指垫层砼或底板混凝土边缘，砌体结构指大放角的边缘。3.2基坑工作面宽度c工作面宽度值指实施地下结构，为确保作业安全和生产效率所需要的必要的空间。工作面宽度施工遵循的先后顺序是：设计有要求的按设计要求执行；设计没有要求的按批准的施工组织设计或施工方案执行；施工组织设计或方案没有的再按工程定额或计价规范相关要求执行。各参建者千万别小瞧这工作面宽度，其直接关系到建设工程费用的多少，与基坑土石方开挖、回填、外运工程量息息相关，工程施工中一定要认真对待。【策略】现行土木工程建设中，相关技术规范的有些数据多来源于实验室或室内理想化的研究：比如基础混凝土设计图中100mm的操作面、混凝土基础需要支模板，每
4、边各增加工作面宽度300mm。试想一下，这些数据工程实践中能否顺利实施？因此，就工作面宽度c还是应该本着理论与实践相结合的原则确定。好的切实可行的案例分享如某工程中“混凝土结构支模空间1m操作面”；给水排水管道工程施工及验收规范（GB 50268-2008）中不同管径的沟槽作业面宽度就很能满足现场施工需求。因此，建议过程施工中就相应的作业面宽度不合理处提请修改；没有明确的在方案中明确；可千万别沦落到混凝土基础支模每边只计算增加300mm操作面的田地！现行相关技术规范、标准中就不同类型的基坑工作面规定宽度请各位自行查阅。3.3 基坑开挖深度H（m）H=地表标高（m）-基底标高（m）地表标高指基坑
5、开挖时的地面实际高程。房屋建筑工程一般为平场后地面标高；道路工程一般为路基标高，高填方路堤一般为原状地表高程。基底标高一般指地下结构的垫层底部或基础底板直接与天然地基（土石）接触处的高程。3.4 基坑坡度系数K坡度系数K指基坑放坡开挖时坡率中注明的1：K（K=B/H）。其中坡率1：K=高宽比,即竖向高度每上升1m，水平方向需要加宽的值K(m)。如某边坡坡率1:0.75，坡度系数K=0.75,即竖向上高度每增加1m，水平方向需要加宽0.75m。基坑放坡开挖时每侧由基底边缘起算的加宽宽度B=K*H（H为基坑开挖的深度）。4 无支护开挖基坑的坑壁工程实体型式4.1 垂直坑壁（坡度系数K=0,亦称直槽
6、开挖）适用条件：基土天然湿度接近最佳含水量、构造均匀、开挖时不会发生坍塌、滑移、散落或不均匀下沉时，开挖深度H12m时，可采取垂直坑壁（即90度直立开挖）。【评析】市政工程工程量计算规范就放坡的起点深度作出明确规定：一二类土1.20m/三类土1.50m/四类土/2m;工程实例中尚应满足设计及施工方案要求。4.2 斜坡坑壁按设计要求实施的坡面呈直线的单一坡度坑壁（此乃土木工程中，无支护开挖基坑最常见的型式）。【建议】过程施工中基坑边坡的坡率K一般根据不同的土石类型、基坑开挖深度、施工持续时间长短、坡顶有无荷载等情况综合确定。本着动态及“信息法”施工的原则，基坑坡率选择除应满足设计要求外，还应遵循
7、地勘报告的建议值并结合现场实际确定。土质基坑：当场地无不良地质现象，地下水位坡脚低于坡脚，放坡对周边建（构）筑物产生影响，基坑宜采用放坡处理。现行建筑地基基础设计规范就土质边坡允许值规定岩石基坑：岩石基坑的放坡坡度根据当地经验按工程类比的原则，参照本地区已有稳定边坡的坡度值加以确定。重庆市建筑地基基础设计规范就整体稳定性不受外倾结构面控制的基坑侧壁边坡，放坡坡率规定4.3 阶梯型坑壁指过程施工中按相应的斜坡高宽比值，开挖成形如台阶状的梯形坑壁。如室外地下通道上下台阶、体育运动场的阶梯型看台、道路工程中填方路基处置中的陡坡地表处置开挖的台阶等。4.4 变坡度坑壁坑壁竖向开挖时就不同的土层采取不同
8、的坡度，不同土层交接处坑壁形成的折线。【评析】此乃土木工程中最容易忽略的环节。施工设计图设计的意图指基坑侧壁按不同的土质分别放坡。施工中，土石有无变坡及变坡的分界点在开挖前是无法准确界定的。通用的且合理的作法是：按现状的可以看见的基土坡率放坡开挖上口线，向下开挖时遇到土石成分改变（中间地貌）再重新调整坡率，按设计的下口宽度并结合调整后的坡率重新计算开挖宽度后继续向下开挖。中间地貌处根据现场实际留设相应的平台（台阶宽度不应小于0.5m）。土石变坡前已按原设计坡率实施的基坑土石方应按时收方计取。5 无支护开挖基坑的测量方法5.1 轴线定位测量采用全站仪或RTK放样基坑的“十字线”，根据十字线纵横向
9、量取相应的尺寸可以得到基坑上口的开挖线或底口线。过程施工时，投测十字线纵横向点位是关键：土质基坑投测在开挖线以外附近区域且稳定易保存的地方；石方基坑随开挖过程可以投测在稳定的坑壁上，采取钉钢钉的办法或坑壁上刻轴线标记“”方式进行。5.2 高程测量技巧采用水准仪或RTK方式进行。水准仪测量高程计算方法：（后视点高程+后视点读数）-前视读数=测点高程。设计基底高程-测点高程=基坑实际挖填深度（“-”号为挖方，“+”号为填方）。全站仪或RTK高程测量方法：测站绝对高程+仪高（测站顶面距离仪器中心高度）-镜高（觇牌高度）+VD（仪器里面显示的相对高差，以正负号表示，仰视为正数，俯视为负数）=测点高程。
10、设计基底高程-测点高程=基坑实际挖填深度（“-”号为挖方，“+”号为填方）。6 无支护开挖基坑的施工方案及施工程序6.1 施工方案 机械开挖现行土木工程中基坑大多采用机械开挖：土方及松散的石渣采用反铲挖掘机直接开挖；完整及坚实的石方采用机械非爆破方式开挖（大功率钩机松动、炮机凿打等），纵向分段、竖向分层施工。基底预留200300mm采用人工检底施工，坡面采用人工配合机械整形。 人工开挖受施工环境及条件限制，如遇到地下综合管线影响且走向不明，机械开挖时会对既有构筑物产生影响等，即便是施工功效低，也必须采取人工施工。人工施工时，基坑土方采取直接开挖；遇到石方时视现场实际可以采取机械切割、小型风镐凿
11、打等方式进行，确保施工安全。6.2 施工程序施工准备基坑上层土石方开挖基坑上层边坡修整基坑逐层土石方开挖基坑逐层边坡修整基坑检底基坑地基承载力检测基坑验收。7 无支护开挖基坑的质量、安全控制总结7.1 施工前应严格根据现场地形条件做好地表排水工作，上部基坑地表顺流水方向必须按要求做好截水沟，防止外来地表水冲刷边坡。7.2 基坑施工如地下结构工序多，作业时间相对较长（如水池底板设计的防水层需满足垫层干燥条件或其他因素），作业面宽度设计时应考虑设置积水坑，积水坑设置在基坑边缘，B*H*L不低于500*500*500mm3。7.3 基坑开挖应遵循“先深后浅”的原则，相邻的基坑基底标高不一致且相差较大
12、时，要先开挖设计基底标高底的基坑。7.4 基坑开挖作业时，应确保连续进行，忌全面开完。过程施工中采取纵向分段、竖向分层开挖；如遇及雨水天气，坡面应采取覆盖等措施，减少雨水对坡面的冲刷。7.5 基坑开挖时，开挖出的土方应按要求堆放，距离基坑边缘的距离确保不小于1m,堆土高度不得超过1.5m。7.6 基坑过程施工时，还应按相关要求加强监测；观察基坑边缘顶部有无裂缝及变形；基坑侧壁有无松散脱落现象；清除基坑侧壁的孤石、落石，确保施工安全。7.7 基坑施工时，及时复测中心线及高程，确保轴线位置、断面尺寸、坡度准确，做到基底不超挖，不受雨水浸泡。7.8 就基坑施工，还应严格按建办质【2018】31号文住
13、房城乡建设部办公厅关于实施有关问题的通知相关要求进行危大判定编制专项施工方案或组织专家论证，并严格按方案组织实施，确保施工安全。（1）超危大工程开挖深度超过5m（含5m）的基坑（槽）土方开挖、支护及降水工程。（2）危大工程开挖深度超过3m（含3m）的基坑（槽）土方开挖、支护及降水工程；开挖深度未超过3m，但地质条件、周围环境和地下管线复杂，或影响毗邻建、构筑物安全的基坑（槽）土方开挖、支护及降水工程。8 无支护开挖基坑的计算方法及材料要求8.1 基坑、基槽、一般土方的划分方法：底宽7m且底长3倍底宽为基槽；底长3倍底宽且底面积150m2为基坑；超出上述范围为一般土方。8.2 基坑工程量计算规则土石成分、挖土深度根据工程量清单相关项目特征执行；沟槽、基坑工程量按设计图示尺寸以基础垫层底面积乘以挖土深度计算（重庆市地方计算规则另规定加工作面及放坡工程量以体积计算。8.3 基坑工程量计算公式V=1/3A1+A2+(A1*A2)0.5HV=(a+2c)(b+2c)*H+1/3K2H3.8.4 计量相关材料要求施工设计图或相关变更文件施工方案现场收方测量记录基土地基承载力报告 过程施工影像资料
