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基坑挖土是基坑工程的重要部分，对于土方数量大的基坑，基坑工程工期的长短在很大程度上取决于挖土的速度。另外，支护结构的强度和变形控制是否满足要求，降水是否达到预期的目的，都在挖土阶段进行检验，因此，基坑工程成败与否也在一定程度上有赖于基坑挖土。
在基坑土方开挖之前，要详细了解施工区域的地形和周围环境；土层种类及其特性；地下设施情况；支护结构的施工质量；土方运输的出口；政府及有关部门关于土方外运的要求和规定（有的大城市规定只有夜间才允许土方外运）。要优化选择挖土机械和运输设备；要确定堆土场地或弃土处；要确定挖土方案和施工组织；要对支护结构、地下水位及周围环境进行必要的监测和保护。
基坑工程的挖土方案主要有放坡挖土、中心岛式挖土和盆式挖土。前者无支护结构，后两种皆有支护结构。
（1）放坡挖土。放坡开挖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也可较大）、周围环境又允许时，经验算能确保土坡的稳定性时，均可采用放坡开挖。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。
放坡开挖要验算边坡稳定，可采用圆弧滑动简单条分法进行验算。对于正常固结土，可用总应力法确定土体的抗剪强度，采用固结快剪峰值指标。至于安全系数，可根据土层性质和基坑大小等条件确定，对一级基坑安全系数取 1.38～1.43，二级、三级基坑取l.25～1.30。
采用简单条分法验算边坡稳定时，对土层性质变化较大的土坡，应分别采用各土层的重度和抗剪强度。当含有可能出现流砂的土层时，宜采用井点降水等措施。
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。坑顶不宜堆土或存在堆载，遇有不可避免的附加荷载时，在进行边坡稳定性验算时，应计入附加荷载的影响。
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。
基坑采用机械挖土，坑底应保留200～300mm厚的基土，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。
（2）中心岛式挖土。中心岛式挖土宜用于大型基坑，支护结构的支撑形式为角撑、环梁式或边桁（框）架式，中间具有较大空间的情况下。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，运土的汽车也可利用栈桥进入基坑运土。
中心岛式挖土，中间土墩的留土高度、边坡的坡度、挖土层次与高差都要经过仔细研究确定。由于在雨季遇有大雨，土墩边坡易滑坡。必要时对边坡尚需加固；挖土应分层开挖，多数是先全面挖去第一层，然后中间部分留置土墩。周围部分分层开挖。开挖多用反铲挖土机，如基坑深度大则用向上逐级传递的方式进行装车外运；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；对面积较大的基坑，为减少空间效应的影响，基坑土方宜分层、分块、对称、限时进行开挖，土方开挖顺序要为尽可能早的安装支撑创造条件。
土方挖至设计标高后，对有钻孔灌筑桩的工程，宜边破桩头边浇筑垫层，尽可能早一些浇筑垫层，以便利用垫层对围护墙起支撑作用，以减少围护墙的变形。挖土机挖土时严禁碰撞工程桩、支撑、立柱和降水的井点管。分层挖土时，层高不宜过大，以免土方侧压力过大使工程桩变形倾斜。
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。如两个深浅不同的基坑同时挖土时，土方开挖宜先从较深的基坑开始，待较深基坑底板浇筑后，再开始开挖较浅基坑的土方。如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；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。
盆式挖土周边留置的土坡，其宽度、高度和坡度大小均应通过稳定验算确定。如留的过小，对围护墙的支撑作用不明显，失去盆式挖土的意义。如坡度太陡则边坡不稳定，在挖土过程中可能失稳滑动，不但失去对围护墙的支撑作用，影响施工，而且有损于工程桩的质量。盆式挖土需设法提高土方上运的速度，可以对加速基坑开挖起很大的作用。
在开挖基坑或沟槽时，如果地质水文条件良好，场地周围条件允许，可以采用放坡开挖，这种方式比较经济。但是随着高层建筑的发展，以及建筑物密集地区施工基坑的增多，常因场地的限制而不能采取放坡，或放坡导致土方量增大，或地下水深入基坑导致土坡失稳。此时，便可以采取土壁支护，以保证施工安全和顺利进行，并减少对邻近已有建筑物的不利影响。基坑支护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、周边环境对坑侧壁位移的要求、基坑周边荷载、季节施工、支护结构使用期限等因素。
（1）沟槽的支撑。开挖较窄的沟槽多用横撑式支撑。横撑式支撑由挡土板、楞木和工具式横撑组成，根据挡土板的不同，分为水平挡土板和垂直挡土板两类，见表2.5。采用横撑式支撑时，应随挖随撑，支撑牢固。施工中应经常检查，如有松动、变形等现象时，应及时加固或更换。支撑的拆除应按回填顺序依次进行，多层支撑应自下而上逐层拆除，随拆随填。
表2.5 沟槽的支撑方法
（2）一般浅基坑的支撑方法。一般浅基坑的支撑方法可根据基坑的宽度、深度及大小采用不同的形式，见表2.6。
表2.6 一般浅基坑的支撑方法
续表
深基坑一般指开挖深度超过5m （含5m）或地下室3层以上（含3层），或深度虽未超过5m，但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的工程。深基坑支护是为了保证地下结构施工及基坑周边环境的安全，对深基坑侧壁及周边的环境采用的支挡、加固与保护的措施。随着高层建筑及地下空间的出现，深基坑规模不断扩大。
钢板桩为一种支护结构，既可挡土又可挡水。当开挖的基坑较深，地下水位较高且有出现流砂的危险时，如未采用降低地下水位的方法，则可用板桩打入土中，使地下水在土中渗流的路线延长，降低水力坡度，从而防止流砂现象。靠近原有建筑物开挖基坑时，为了防止和减少原建筑物下沉，也可打钢板桩支护。板桩有钢板桩、木板桩与钢筋混凝土板桩数种。钢板桩除用钢量多之外，其他性能比别的板桩都优越，钢板桩在临时工程中可多次重复使用。
（1）钢板桩的分类。钢板桩的种类很多，常见的有U形板桩与Z形板桩、H形板桩，如图2.10所示。其中以U形应用最多，可用于5～10m深的基坑。
图2.10 常见钢板桩种类
（2）钢板桩施工。目前在基坑支护中，多采用钢板桩，下面以钢板桩为例介绍板桩施工的主要程序。
钢板桩施工机具有冲击式打桩机，包括自由落锤、柴油锤、蒸汽锤等；振动打桩机，可用于打桩及拔桩；此外还有静力压桩机等。钢板桩的设置位置应在基础最突出的边缘外，留有支模、拆模的余地，便于基础施工。在场地紧凑的情况下，也可利用钢板作底板或承台侧模，但必须配以纤维板（或油毛毡）等隔离材料，以利钢板桩拔出。
钢板桩的打入方法主要有单根桩打入法、屏风式打入法、围檩打桩法。
1）单根桩打入法：将板桩一根根地打入至设计标高。这种施工法速度快，桩架高度相对可低一些，但容易倾斜，当板桩打设要求精度较高、板桩长度较长（大于10m）时，不宜采用。
2）屏风式打入法：将10～20根板桩成排插入导架内，使之成屏风状，然后桩机来回施打，并使两端先打到要求深度，再将中间部分的板桩顺次打入。这种屏风施工法可防止板桩的倾斜与转动，要求闭合的围护结构常用此法，缺点是施工速度比单桩施工法慢，且桩架较高。
3）围檩打桩法：分单层、双层围檩，是在地面上一定高度处离轴线一定距离，先筑起单层或双层围檩架，而后将钢板桩依次在围檩中全部插好，待四角封闭合拢后再逐渐按阶梯状将钢板桩逐块打至设计标高。这种方法能保证钢板桩墙的平面尺寸、垂直度和平整度，适用于精度要求高、数量不大的场合，缺点是施工复杂，施工速度慢，封闭合拢时需异形桩。
开挖较大、较深（＞6m）基坑，因邻近有建筑物不能放坡时，可采用排桩支护。排桩支护可采用钻孔灌注桩、人工挖孔桩、预制钢筋混凝土板桩或钢板桩等。
（1）排桩支护的布置形式。①柱列式排桩支护。当边坡土质较好、地下水位较低时，可利用土拱作用，以稀疏钻孔灌注桩或挖孔桩支挡土坡，如图2.11（a）所示；连续排桩支护如图2.11（b）所示。在软土中一般不能形成土拱，支挡桩应该连续密排；密排的钻孔桩可以互相搭接，或在桩身混凝土强度尚未形成时，在相邻桩之间做一根素混凝土树根桩把钻孔桩排连起来，如图2.11（c）所示；也可以采用钢板桩、钢筋混凝土板桩，如图2.11（d）、（e）所示。②组合式排桩支护。在地下水位较高的软土地区，可采用钻孔灌注桩排桩与水泥土桩防渗墙组合的形式，如图2.11（f）所示。
图2.11 排桩支护布置形式
（2）排桩支护的基本构造及施工工艺。钢筋混凝土挡土桩间距一般为1.0～2.0m，桩直径为0.5～1.1m，埋深为基坑深的0.5～1.0倍。桩配筋由计算确定，一般主筋为 φ 14～32，当为构造配筋时，每根桩不少于8根，箍筋采用φ8@100～200；对于开挖深度不大于6m的基坑，在场地条件允许的情况下，采用重力式深层搅拌桩挡墙较为理想。当场地受限制时，也可先用 φ 600密排悬臂钻孔桩，桩与桩之间可用树根桩密封，也可在灌注桩后注浆或打水泥搅拌桩作防水帷幕；对于开挖深度为 6～10m的基坑，常采用 φ 800～1000的钻孔桩，后面加深层搅拌桩或注浆防水，并设2～3道支撑，支撑道数视土质情况、周围环境及围护结构变形要求而定；对于开挖深度大于10m的基坑，以往常采用地下连续墙，设多层支撑，虽然安全可靠，但价格昂贵。近年来上海常采用 φ 800～1000大直径钻孔桩代替地下连续墙，同样采用深层搅拌桩防水，多道支撑或中心岛施工法，这种支护结构已成功应用于开挖深度达到13m的基坑；排桩顶部应设钢筋混凝土冠梁连接，冠梁宽度（水平方向）不宜小于桩径，冠梁高度（竖直方向）不宜小于400mm，排桩与桩顶冠梁的混凝土强度宜大于C20；当冠梁作为连系梁时可按构造配筋；基坑开挖后，排桩的桩间土防护可采用钢丝网混凝土护面、砖砌等处理方法，当桩间渗水时，应在护面设泄水孔。当基坑面在实际地下水位以上且土质较好，暴露时间较短时，可不对桩间土进行防护处理。
水泥土桩墙支护是加固软土地基的一种新方法，它是利用水泥、石灰等材料作为固化剂，通过深层搅拌机械，将软土和固化剂（浆液或粉体）强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理-化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的围护结构。此支护结构适用于：①基坑侧壁安全等级宜为二、三级；②水泥土墙施工范围内地基承载力不宜大于150kPa；③基坑深度不宜大于6m；④基坑周围具备水泥土墙的施工宽度。
（1）构造要求。深层搅拌桩支护结构是将搅拌桩相互搭接而成，平面布置可采用壁状，如图2.12所示。若壁状的挡墙宽度不够时，可加大宽度，做成格栅状支护结构，如图2.13所示，即在支护结构宽度内，不需整个土体都进行搅拌加固，可按一定间距将土体加固成相互平行的纵向壁，再沿纵向按一定间距加固肋体，用肋体将纵向壁连接起来。这种挡土结构目前常采用双头搅拌机进行施工，一个头搅拌的桩体直径为700mm，两个搅拌轴的距离为500mm，搅拌桩之间的搭接距离为200mm。
图2.12 壁状平面布置（单位:mm）
图2.13 格栅状平面布置
墙体宽度 B 和插入深度 D 应根据基坑深度、土质情况及其物理、力学性能、周围环境、地面荷载等计算确定。在软土地区，当基坑开挖深度 h ≤5m时，可按经验取 B =（0.6～0.8） h ，尺寸以500mm进位， D =（0.8～1.2） h 。基坑深度一般控制在7m以内，过深则不经济。
（2）施工方法。水泥土桩墙工程主要施工机械采用深层搅拌机。目前，我国生产的深层搅拌机主要分为单轴搅拌机和双轴搅拌机。水泥土桩墙工程施工工艺流程如图2.14所示。
图 2.14 水泥土桩墙工程施工工艺流程
深层搅拌桩施工方法可采用湿法（喷浆）及干法（喷粉），施工时应优先选用喷浆型双轴型深层搅拌机。
1）桩架定位及保证垂直度。深层搅拌机桩架到达指定桩位、对中。当场地标高不符合设计要求或起伏不平时，应先进行开挖、整平。施工时桩位偏差应小于5cm，桩的垂直度误差不超过1%。
2）预拌下沉。待深层搅拌机的冷却水循环正常后，启动搅拌机的电动机，放松起重机的钢线绳，使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉，下沉速度可由电动机的电流表控制。工作电流不应大于70A。如果下沉速度太慢，可从输浆系统补给清水以利钻进。
3）制备水泥浆。按设计要求的配合比拌制水泥浆，压浆前将水泥浆倒入集料斗中。
4）提升、喷浆并搅拌。深层搅拌机下沉到设计深度后，开启灰浆泵将水泥浆压入地基土中，并且边喷浆、边旋转，同时严格按照设计确定的提升速度提升搅拌头。
5）重复搅拌或重复喷浆。搅拌头提升至设计加固深度的顶面标高时，集料斗中的水泥浆应正好排空。为使软土和水泥浆搅拌均匀，可再次将搅拌头边旋转边沉入土中，至设计加固深度后再将搅拌头提升出地面。有时可采用复搅、复喷（即二次喷浆）方法。在第一次喷浆至顶面标高，喷完总量的60%浆量，将搅拌头边搅边沉入土中，至设计深度后，再将搅拌头边提升边搅拌，并喷完余下的40%浆量。喷浆搅拌时搅拌头的提升速度不应超过0.5m/min。
6）移位。桩架移至下一桩位施工。下一桩位施工应在前桩水泥土尚未固化时进行。相邻桩的搭接宽度不宜小于200mm。相邻桩喷浆工艺的施工时间间隔不宜大于10h。施工开始和结束的头尾搭接处，应采取加强措施，防止出现沟缝。
土钉墙支护是在基坑开挖过程中将较密排列的土钉（细长杆件）置于原位土体中，并在坡面上喷射钢筋网混凝土面层。通过土钉、土体和喷射混凝土面层的共同工作，形成复合土体。土钉墙支护充分利用土层介质的自承力，形成自稳结构，承担较小的变形压力，土钉承受主要拉力，喷射混凝土面层调节表面应力分布，体现整体作用。同时由于土钉排列较密，通过高压注浆扩散后使土体性能提高。土钉墙支护如图2.15所示。
图2.15 土钉墙支护简图
土钉墙支护适用于基坑侧壁安全等级为二级、三级非软土场地，地下水位较低的黏土、砂土、粉土地基，土钉墙基坑深度不宜大于12m，当地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施。
（1）土钉墙的基本构造。
1）土钉长度。一般对非饱和土，土钉长度 L 与开挖深度 H 之比为 L / H =0.6～1.2，密实砂土及干硬性黏土取小值。为减少变形，顶部土钉长度宜适当增加。非饱和土底部土钉长度可适当减少，但不宜小于0.5 H 。对于饱和软土，由于土体抗剪能力很低，土钉内力因水压作用而增加，设计时取 L / H 值大于1为宜。
2）土钉间距。土钉间距的大小影响土体的整体作用效果，目前尚不能给出有足够理论依据的定量指标。土钉的水平间距和垂直间距一般宜为1.2～2.0m。垂直间距依土层及计算确定，且与开挖深度相对应。上下插筋交错排列，遇局部软弱土层间距可小于1.0m。
3）土钉直径。最常用的土钉材料是变形钢筋、圆钢、钢管及角钢等。当采用钢筋时，一般为 φ18～32，HRB335以上螺纹钢筋；当采用角钢时，一般为∟50×50×5角钢；当采用钢管时，一般为 φ 50钢管。
4）土钉倾角。土钉垂直方向向下倾角一般为5°～20°，土钉倾角取决于注浆钻孔工艺与土体分层特点等多种因素。研究表明，倾角越小，支护的变形越小，但注浆质量较难控制；倾角越大，支护的变形越大，但倾角大，有利于土钉插入下层较好的土层内。
5）注浆材料。注浆材料多用水泥砂浆或水泥素浆。水泥采用不低于32.5级的普通硅酸盐水泥，其强度等级不宜低于M10；水灰比为1∶0.40～1∶0.50，水泥砂浆配合比宜为1∶1～1∶2 （质量比）。
6）支护面层。土钉支护中的喷射混凝土面层不属于主要挡土部件，在土体自重作用下主要是稳定开挖面上的局部土体，防止其崩落和受到侵蚀。临时性土钉支护的面层通常用50～150mm厚的钢筋网喷射混凝土，混凝土标号不低于C20。钢筋网常用 φ 6～8，HPB300钢筋焊成15～30cm的方格网片。永久性土钉墙支护面层厚度为150～250mm，设两层钢筋网，分两次喷成。
（2）土钉墙支护的施工。土钉墙支护施工应按设计要求自上而下、分层分段进行。土钉墙施工工艺流程及技术要点如下：首先进行开挖、修坡：土方开挖用挖掘机作业，挖掘机开挖应离预定边坡线0.4m以上，以保证土方开挖少扰动边坡壁的原状土，一次开挖深度由设计确定，一般为1.0～2.0m，土质较差时应小于0.75m。正面宽度不宜过长，开挖后，用人工及时修整。边坡坡度不宜大于 1∶0.1。其次在开挖面上设置一排土钉。①成孔。按设计规定的孔径、孔距及倾角成孔，孔径宜为70～120mm。成孔方法有洛阳铲成孔和机械成孔。成孔后及时将土钉（连同注浆管）送入孔中，沿土钉长度每隔2.0m，设置一对中支架。②设置土钉。土钉的置入方式可分为钻孔置入、打入或射入。最常用的是钻孔注浆型土钉。钻孔注浆土钉是先在土中成孔，置入变形钢筋或钢管，然后沿全长注浆填孔。打入土钉是用机械（如振动冲击钻、液压锤等）将角钢、钢筋或钢管打入土体。打入土钉不注浆，与土体接触面积小，钉长受限制，所以布置较密，其优点是不需预先钻孔，施工较为快速。射入土钉是用高压气体作动力，将土钉射入土体。射入钉的土钉直径和钉长受一定限制，但施工速度更快。注浆打入钉是将周围带孔、端部密闭的钢管打入土体后，从管内注浆，并透过壁孔将浆体渗到周围土体。③注浆。注浆时先高速低压从孔底注浆，当水泥浆从孔口溢出后，再低速高压从孔口注浆。水泥浆、水泥砂浆应拌和均匀，随拌随用，一次拌和的浆液应在初凝前用完。注浆前应将孔内的杂土清除干净；注浆开始或中途停止超过30min时，应用水或稀水泥浆润滑注浆泵及其管路；注浆时，注浆管应插至距孔底250～500mm处，孔口宜设置止浆塞及排气管。④绑钢筋网，焊接土钉头。层与层之间的竖筋用对钩连接，竖筋与横筋之间用扎丝固定，土钉与加强钢筋或垫板施焊。⑤喷射混凝土面层。⑥继续向下开挖有限深度，并重复上述步骤。
这里需要注意第一层土钉施工完毕后，等注浆材料达到设计强度的70%以上，方可进行下层土方开挖，按此循环直至坑底标高。按此循环，直到坑底标高，最后设置坡顶及坡底排水装置。
当土质较好时，也可采取如下顺序：确定基坑开挖边线→按线开挖工作面→修整边坡→埋设喷射混凝土厚度控制标志→放土钉孔位线并做标志→成孔→安设土钉、注浆→绑扎钢筋网，土钉与加强钢筋或承压板连接，设置钢筋网垫块→喷射混凝土→下一层施工。