水利工程基坑开挖施工技术研究

杨帆

徐州市贾汪区水务局，江苏 徐州 221011

摘  要：水利工程基坑开挖施工技术作为水利工程建设中的重要环节，直接影响项目的施工进度、安全性以及工程质量。随着水利工程项目规模的不断扩大和施工难度的增加，基坑开挖施工面临着许多新的挑战。由于基坑开挖施工涉及土壤、地下水、支护结构等多个因素，施工过程中存在的不确定性较大，给工程的顺利推进带来了诸多风险。随着科技进步和施工技术的不断更新，通过合理的施工方法、科学的支护设计和完善的监测系统可以在很大程度上降低施工中的安全风险，提高工程的经济效益和社会效益。

关键词：水利工程；基坑开挖；施工技术

水利工程中基坑的开挖不仅需要处理大量的土方，还要考虑地下水的处理、支护结构的安全性、施工设备的选型以及施工过程中可能出现的各类突发情况。基坑开挖施工中的每一环节都需经过精心设计与严密监控，确保施工过程的安全和工程的顺利进行。

1.基坑开挖施工方法

1.1 常规开挖法

常规开挖法主要通过机械挖掘与手工配合进行。机械挖掘通常使用挖掘机、推土机等大型机械设备进行土方的初步铲除和搬运。机械设备具有较高的作业效率，能够迅速完成大规模的土方挖掘，适用于一般土质的基坑开挖。在复杂的施工环境中机械挖掘的作业空间往往受限，特别是在基坑深度较大或者开挖边界较为狭窄时，机械设备可能无法到达所有需要开挖的区域。常规开挖法通常需要与手工操作配合，特别是在基坑的底部修整、边坡支护、精细作业上工人通过手工挖掘完成精度要求较高的工作。

1.2 水力开挖法

水力开挖法是适用于水利工程的特殊开挖技术，特别是在软土层或含水量较高的土层中应用广泛。该方法通过水流的力量来实现对土体的松动和挖掘，通常使用水泵将水喷射到土层中，借助水流的冲击力使土体变松软，从而实现开挖。这种方法不仅能够有效减少机械对土体的干扰，防止在湿滑土质中的滑移问题，还能减少施工过程中的噪音和污染。在水利工程中尤其是在河道、湖泊、湿地等水域附近的基坑开挖时水力开挖法具有独特的优势，能够提高施工的灵活性和安全性。由于水力开挖法的工作过程较为平缓，相比传统机械挖掘能够更好地适应地下水位较高或土层松软的环境，避免由于地下水压力过大而可能出现的基坑塌陷问题^[1]。

1.3 微型钻机开挖法与深基坑开挖技术

微型钻机因其体积小、灵活性强能够在深基坑内进行精准的钻探作业，适用于空间受限或需要精确控制深度的场合。微型钻机通过钻头将土体进行局部切割和破碎，通过吸引系统将松动的土壤排出，避免大规模的土方外运，减少施工对周围环境的影响。这种技术尤其适用于城市水利工程中的深基坑开挖，如地下水管网建设、泵站基础等场合，能够提高施工效率和减少施工风险。在深基坑开挖技术中还常采用分阶段开挖法，即分层次、逐步推进基坑的开挖过程，减少施工过程中的安全隐患。深基坑通常需要设置钢支撑、喷锚支护等合理的支护结构，确保在开挖过程中基坑的稳定性。在开挖过程中还需注重基坑周围土体的沉降监测与排水控制，避免地下水的渗透对基坑安全造成影响。

徐州市贾汪区运南灌区续建配套与节水改造项目中，拆建的4座泵站均位于京杭运河旁，如采用均质土围堰，围堰标准为顶宽5.0m，边坡1:4，安全超高0.5m，挡水高度1.4m，围堰总宽度为22m。由于京杭运河为二级航道，通行船舶多，吨位大，围堰打设占地面积较大，阻碍交通，不易实施。因此，本次设计在京杭运河采用钢板桩围堰进行截流。

2.基坑支护技术

2.1 支护结构的类型与选择

常见的基坑支护结构有钢支撑、土钉墙、喷锚支护等，每种支护方式具有不同的适用场景和优缺点。钢支撑通常用于深基坑或土层较松软的区域，其结构坚固、承载力强，能够有效地承受基坑开挖过程中的水平压力。钢支撑由钢管或钢梁组成，利用其高强度来保持基坑侧壁的稳定性。土钉墙是通过在基坑边缘打入钢筋或钢管钉，配合注浆或灌浆固化来形成支护墙体的技术。这种方法适用于土层较软且施工空间较为狭窄的场地，具有较强的经济性和施工灵活性。喷锚支护是通过将喷射混凝土喷涂到基坑侧壁并使用锚杆将其固定，形成一种坚固的支护结构。喷锚支护适用于地下水位较高的场所，能够有效防止水流侵入基坑，且具有较好的抗渗性。

2.2 支护系统的设计与施工要点

在设计阶段应根据基坑的力学性能和土体的稳定性进行详细分析，选择合适的支护结构，合理计算支护结构的强度和稳定性。支护系统的设计还应考虑施工过程中的安全性与经济性，确保施工中不出现任何安全隐患。施工过程中需进行基坑周围的土体勘察和地下水位的监测，确定施工中可能遇到的土壤软弱区和水文地质条件。对于钢支撑系统施工时需要确保支撑的间距、垂直度以及与基坑边缘的连接强度；对于土钉墙和喷锚支护要求在打入土钉或喷锚的过程中保证每个钉的深度与间距的精确控制。支护系统的施工必须与基坑的开挖同步进行，避免出现基坑塌方等安全问题。施工完成后需要进行支护系统的检查与验收，确保其在实际使用中能够稳定支撑基坑的侧壁^[2]。

2.3 支护系统的稳定性与安全性评估

支护结构在使用过程中承受来自基坑开挖土体的压力、地下水的冲刷以及可能发生的土体沉降等多重因素，必须定期进行稳定性检查和风险评估。稳定性评估通常通过土壤力学分析、有限元分析等手段进行，通过模拟支护结构在不同荷载下的变形与受力情况，判断支护系统是否能有效抵抗外部压力并保持稳定。评估时应重点关注支护结构的变形量、侧壁压力分布、基坑底部的沉降情况等指标。如果在评估过程中发现支护结构存在过度变形、裂缝扩展或支撑不均等现象应及时采取增加支撑点、调整支护系统的间距、增加喷锚墙的厚度等加固措施。为了进一步保障基坑施工的安全还应结合实时监测系统，如位移监测、倾斜仪等设备，对支护系统的稳定性进行动态监控，发现问题时能迅速采取有效的应急措施。支护系统的安全性评估还需要考虑极端天气或地震等突发事件对基坑稳定性的影响，确保在各种情况下支护结构都能够保证基坑的安全。

徐州市贾汪区二八河灌区续建配套与节水改造项目中，针对采用灌注桩的半楼桥、殷庄闸、殷庄东闸、雁房闸、小高庄闸、李楼闸站进行桩基检测，通过检测桩身完整性、承载力、高应变等因素，对灌注桩的质量进行全方位检测。

3.降水与排水技术

3.1 降水措施

降水措施的主要目的是降低基坑周围的地下水位，减少水土的流失以及基坑内外的水位差异，避免因水流进入基坑造成的土体不稳定或塌方问题。常见的降水方法有井点降水、深井降水和降水井的联合使用等。井点降水法通过在基坑周围打设多个小井，利用泵将地下水抽至地面，有效降低基坑内的水位。这种方法适用于土层渗透性较好的地区，可以快速有效地降低水位，确保基坑的稳定。深井降水法通过打设深井来抽取较深层的地下水，对于地下水位较高或存在复杂水文条件的地区比较重要，能够更加彻底地排除地下水。

徐州市贾汪区二八河灌区续建配套与节水改造项目区地基土层以含砂浆壤土为主，工程开挖范围内涉及的土层有一定渗透性，且距地表水较近，基坑开挖和基础浇筑时，需考虑有效可靠的降排水措施。对干渠、分干渠上的水闸和泵站，施工期以打设降水井进行降水为主，井点间距为15～20m，井点沿基坑周边对称布置；耿庄闸站由于闸室持力层位于石灰岩层，施工期降水拟采用针井真空降水，辅以垄沟排水的方式。施工期控制降低地下水位至底板底面以下0.50m。

3.2 排水系统的设计与施工技术

基坑排水系统的设计需要根据基坑的大小、周围水文条件以及土壤特性来选择合适的排水方式。通常情况下，明排水系统和暗排水系统是两种常见的排水设计方式。明排水系统通过开放式的排水沟或排水管道将积水直接排出基坑，适用于基坑边界开阔、排水空间较大的情况；暗排水系统通过地下管道或排水井的方式来排除积水，适用于空间有限的基坑或需要长时间排水的施工场所。在排水系统的施工过程中需充分考虑排水设施的可靠性和耐用性。排水管道应选择耐腐蚀的PVC管或钢管等材料，避免长时间使用后因水质、土质等因素导致管道破损或堵塞。管道的铺设需要按照一定的坡度进行，确保水流顺畅，避免积水现象发生。排水设施的安装应确保不影响基坑的其他施工环节，特别是在深基坑施工中需注意排水管道的布置不会影响支护结构的稳定性。为了防止外部水源渗入基坑内，应在基坑周围设置防渗墙或采取其他防渗措施，提高排水效率，减少基坑内外水位差。在施工过程中需定期检查排水管道的通畅性，及时清除积水并修复可能存在的损坏。

4.基坑监测与安全管理

4.1 基坑监测的内容与技术手段

合理的监测点布设能够提高监测数据的准确性与全面性，监测点应根据基坑的形状、深度、周围环境以及地质条件进行科学布设。通常在基坑四周设置多个位移监测点，并在基坑底部和支护结构周围设立沉降和变形监测点，确保对基坑的整体情况进行全方位的监控。为了精准测量基坑的变形和位移常常使用精密水准仪、全站仪等设备进行测量，并结合激光扫描和GPS监测技术，能够高效地获取基坑变形数据。对于基坑内的地下水变化常使用地下水位计进行监测，特别是在水位较高或土壤渗透性较强的区域，地下水的变化影响基坑的稳定性。基坑支护结构的变形监测通常通过应变计、位移计等设备进行，这些技术能够准确记录支护结构的变形情况，评估其承载力和稳定性，避免因支护结构失稳导致基坑崩塌或其他安全问题^[3]。

4.2 施工过程中安全风险的识别与控制措施

基坑塌方风险是最常见的安全隐患，特别是在深基坑施工时基坑侧壁容易受到外力作用产生裂缝或滑移，导致土体塌陷。施工过程中应采用合适的支护系统并根据基坑深度和土质情况定期检查支护结构的稳定性和支撑力度，及时修复发现的问题。在水文条件复杂的地区地下水可能对基坑内土体造成侵蚀或引发涌水现象，导致基坑内土体的强度降低，甚至出现基坑坍塌的情况。施工单位应在施工前进行详细的水文地质勘查并根据实际情况采取采用井点降水或深井降水法等有效的降水措施和防渗措施，降低基坑内外的水位差，避免地下水的渗入。应定期对施工人员进行安全培训，确保他们了解基坑施工中的危险源和应急预案。在施工过程中要强化现场安全检查，确保每一项施工活动都符合安全标准。

4.3 安全预警系统的应用

安全预警系统能够实时监控基坑的变形、沉降、位移以及地下水位变化等关键指标，并通过自动化的预警机制，在检测到异常情况时及时发出预警信号，为施工人员提供预警信息，从而有效预防和减轻安全事故的发生。安全预警系统的应用还能够为施工单位提供数据支持，有助于优化施工方案和调整施工策略。比如在基坑开挖过程中如果监测数据表明某一侧的土体变形较大，系统可以提示调整支护结构或加强某一部分的支撑力度，提前避免风险的扩大。

结语

综上所述，水利工程基坑开挖施工技术的发展对于提高工程质量、确保施工安全具有重要意义。基坑开挖施工需要综合考虑地质条件、地下水情、支护结构设计、施工设备的选用等多种因素。未来，随着施工技术的进一步创新和信息化管理的推进，水利工程基坑开挖施工技术将更加成熟和精细化，为水利工程项目的顺利实施提供更加有力的技术支持。

参考文献：

[1]蒋罗标.水利工程基础施工技术研究[J].中国新技术新产品,2023,(21):78-80.

[2]白栋良.某水利工程基坑开挖施工技术分析[J].河南水利与南水北调,2023,52(04):53-54.

[3]王礼麟.泵站基坑开挖及支护施工技术研究[J].工程技术研究,2021,6(19):90-91.

作者简介：杨帆，女，汉族，1990年10月生，江苏徐州人，2014年6月毕业于常州大学给水排水专业，工程师。主要研究方向：农村水利、水利建设、水利施工管理。通讯地址：江苏省徐州市贾汪区行政北区B楼贾汪区水务局，联系电话：19962708878，邮箱：289036701@qq.com