淤泥质地层中的市政工程深基坑围护结构施工技术应用研究

摘 要：本文结合沪南公路污水总管改扩建工程实例，深入分析了在淤泥质地层中进行市政工程深基坑施工所面临的挑战。面对淤泥质地层，工程团队通过精细应用钻孔灌注桩、旋喷桩及降水等技术，有效确保了深基坑施工的安全与效率。在施工过程中，特别关注到围护桩的跳桩间距，确保其最小为直径的4倍，以提高结构稳定性。在高压旋喷桩的施工中，工程团队严格控制了水泥用量和水泥浆液压力，以保证施工质量。在降水处理方面，遵循“按需降水”的原则，不仅有效保护了地下水资源，还显著减轻了地面沉降的风险。通过分析这些技术的应用效果，本文详细论述了它们在淤泥质地层中深基坑施工中的适用性和重要性。同时，也探讨了这些技术在实际应用中的挑战与解决策略。结果表明，通过精心设计与实施，可以克服淤泥质地层带来的施工难题，确保工程的顺利进行，并为今后类似项目提供了宝贵的经验参考。

关键词：市政工程；淤泥质地层；深基坑；围护结构；施工过程；关键难点

引言

围护结构作为深基坑开挖的支撑体系，其稳定性直接关系到整个基坑工程的安全。深基坑的围护结构系统由板（桩）墙、围檩（冠）等组成，起到承担土、水压力的作用。同时，通过对基坑支护结构的分析，使支护结构达到稳定的目的。[1]近几年来，我国城市建设迅速，基坑开挖量也越来越大，基坑围护结构施工技术面临着新的机遇与挑战。特别是在软土地区，如沪南公路污水总管改扩建工程所面临的淤泥层厚、周边环境复杂、基坑尺寸大等特点，使得工程难题更加复杂。为了应对这些挑战，新技术和新观点不断涌现，并已有多种成熟的基坑围护结构施工技术得到应用。在沪南公路污水总管改扩建工程中，针对其特殊的地质和工程条件，选择合适的围护结构施工技术显得尤为重要。

1 沪南公路污水总管开扩建工程背景

1.1 工程概况

本工程位于上海市浦东新区沪南路东段沿线，重点包括WS2～WS6、WS13、WS14、WS18、WS38、WS39、WS50、WS42～WS44等工作井和接收井。这些基坑的挖深多大于12.0m，安全等级设定为一级，而其余基坑挖深在7.0m至12.0m之间，安全等级为二级。为确保施工期间环境安全，环保水平设置为二级到三级。深基坑支护的主体部分是钻孔灌注桩，结合高压旋喷桩止水技术。根据挖深不同，基坑采用二至四道支撑系统以确保结构稳定。

1.2 工程地质条件

1.2.1 人工填土

本场地表层人工填土以素填土为主，厚度在2.10至17.10米之间，其中掺杂着大小不一的花岗岩块石和碎石，粒径范围广泛，特别是部分块石粒径超过1米。这种填土密实程度不均、结构松散、自稳性差，对施工开挖段构成严重威胁，易导致失稳、坍塌，并可能对桩基础产生不利的负摩阻力。

1.2.2 软土

本段地基广泛分布有淤泥及淤泥质土。淤泥层深厚，层顶埋深5.70～17.10m，平均厚度10.21m，中等灵敏性。淤泥质土层同样埋藏较深，层顶埋深20.10～28.50m，平均厚度7.55m。

2 淤泥质地层中的市政工程深基坑围护结构施工

在深基坑围护结构施工中，特别是在淤泥质地层中，技术深度与专业性显得尤为重要。针对淤泥质地层的特点，特别关注围护结构施工过程中的力学稳定性。以钻孔桩为例，其承载能力受到土层参数（如黏聚力c、内摩擦角φ）以及桩径d、桩长L等因素的综合影响。[2]通过应用相关土力学公式（如承载力计算公式Q = f（c， φ， d， L）），能够精确计算并优化钻孔桩的设计参数，确保其在淤泥质地层中的稳定性和安全性。此外，基坑开挖期间的监测工作也至关重要，采用高精度监测设备实时记录围护结构的水平位移、周边建构物及地下管线的沉降数据，并通过分析图表曲线图（如位移-时间曲线图、沉降速率图等），准确判断围护结构的变形趋势，及时采取加固措施，确保基坑施工的安全顺利进行。

2.1 钻孔灌注桩施工

钻孔灌注桩的具体施工流程如下：

①施工准备：按图纸要求，对钻孔顺序进行合理的布置。为保证刚建好的桩基不会受到相邻桩基的干扰，可采取跳桩方式，其跳桩间距不小于4倍桩径。

②施工流程：包括场地平整、测量放样、钻机就位、埋设护筒、泥浆制备、钻孔、清孔、钢筋笼制作与安装、导管安装、二次清孔、浇筑混凝土以及桩身完整性检测等步骤。入图1所示。

③成孔顺序安排：如图2所示，施工顺序为1→5→9、2→6→10、3→7→11、4→8→12的跳桩施工方式。

④试成孔：在正式开始施工之前，应对至少两根以上的桩基进行试孔。这一步是为了检查地质数据，检查所选择的设备，施工工艺和工艺措施是否合理。

通过严格的施工流程控制，确保钻孔灌注桩的质量和施工安全。

2.2 旋喷桩施工

旋喷桩的浆液配方选用了P.O 42.5级普通硅酸盐水泥或GS材料，其中水泥或GS的掺入比例为25%，并要求达到在28天内，其无侧限抗压强度标准值需超过1.0MPa。为了有效避免孔间浆液相互渗透，施工过程中需采用跳跃式方法，即相邻两根桩之间的施工间隔时间必须确保不少于48小时，且它们之间的间距需维持在4至6米的范围内。施工步骤如图3所示。

2.3 围护灌注桩施工

2.3.1 钻孔灌注桩的施工设备与技术

在钻孔灌注桩的施工过程中，选用了GPS-10型工程钻机进行高效成孔作业。为了确保施工质量，采用了正循环成孔技术，并结合导管灌入法来制作桩基。为了稳固和保护桩孔，决定埋设钢护筒，这一步骤将通过人工挖孔的方式精心埋设。在整体施工流程中，按照关键施工节点的安排来确定钻孔桩的施工顺序。特别地，采取了跳打和隔孔施工的策略，这种方法旨在确保相邻桩孔之间的施工距离不小于4倍桩径，或者确保相邻桩的施工时间间隔达到36小时以上。[3]这一措施将有效防止施工过程中的相互干扰，保障施工质量和安全。

2.3.2 围护灌注桩施工流程与关键措施

1）施工准备与基础处理

地下障碍物清除：在进行钻孔灌注桩施工之前，首要步骤是对桩位处的地下障碍物进行详尽的探测和彻底的清除，确保施工区域的清洁。[4]

地基处理：使用素土进行换填并分层压实，以确保地基的稳固性。

护筒设置：护筒的长度应超过杂填土的埋深，并深入原状土至少0.2米，以增加围护结构的稳定性和安全性。

2）试成孔作业

在围护桩正式施工前，为了深入了解土层的实际情况、施工特性，并测试孔壁的稳定性，必须进行试成孔作业。

试成孔的数量不宜少于两个，以确保数据的准确性和可靠性。

3）钢筋笼制作与安装

制作方式：钢筋笼的制作采用分段方式进行。

安装过程：在孔口进行对接安装，并通过定位钢筋严格控制标高，确保安装的准确性。

连接方式：钢筋的连接采用焊接方式，焊缝长度根据焊接面的不同有所差异，单面焊为10倍的钢筋直径，双面焊则为5倍的钢筋直径。螺旋箍筋的接头同样采用对焊接工艺。

4）砼灌注前的准备

在砼灌注之前，使用导管法进行二次清孔（此处假设“二次”后跟随的内容为“清孔”操作），以确保孔内无杂质，为砼灌注提供良好条件。

2.3.3 水下砼浇筑施工技术与要求

1）混凝土材料选择与运输

在进行水下砼的浇筑过程中，我们首要选择的是高质量的商品混凝土。为了确保混凝土能够及时、高效地运送到浇筑部位，我们采用混凝土运输车进行直接运输。

2）混凝土质量检查

当混凝土到达后，我们首先会进行均匀性和坍落度的检查。这一步骤至关重要，因为它直接关系到混凝土是否符合施工要求。只有当混凝土符合质量标准时，我们才会将其用于灌注作业，从而确保工程的质量和安全性。

3）混凝土和易性要求

为了保证混凝土在水下灌注时能保持足够的流动性，我们要求混凝土必须具有良好的和易性。经过严格的试验，我们确定了坍落度范围应在180～220mm之间。这一范围能确保混凝土能够顺畅地流入桩孔，并完全填充桩孔内的空间。

4）灌注过程中的导管法施工工艺

在灌注过程中，我们采用了导管法施工工艺。具体来说，我们使用了直径为250mm的钢导管，以确保混凝土能够顺利输送至桩孔底部。为了确保导管在高压下不会发生泄漏或断裂，我们在使用前进行了水密承压和接头抗拉试验。这些试验的水压不小于孔内水深1.3倍的压力，从而确保了导管在水下灌注过程中的安全性。

充盈系数是另一个重要指标，它不应小于1，这意味着混凝土的实际灌注量应大于理论计算值，以确保桩体的密实度和承载力。对于不同标段的混凝土强度要求，严格按照设计要求执行。3标部分的水下混凝土强度为C30，而4标部分则为C35。这些要求确保了桩体在不同环境和使用条件下的耐久性和安全性。在施工过程中，采用了车载干化设备对废弃泥浆进行干化处理，并将其外运至指定地点，以减少对环境的影响。在施工期间和结束后，进行了严格的成孔质量检验和桩身完整性检测。委托了第三方专业检测单位进行这些检测工作，检测数量不少于总桩数的20%，且每台班制作的混凝土抗压强度试块数量也符合规范要求。这些检测措施确保了桩体的质量和安全性，为整个工程的顺利进行提供了有力保障。灌注桩的允许偏差值如表1所示：

2.4 降水施工

作为基础加固和基坑开挖前的一道重要工序，其主要功能表现为：首先，对基坑周围的地下水进行排水，为基坑工程建设提供方便；其次为减少坑底土的水分含量；从而提升其强度，增强基坑的承载能力；最后，采用适当的方法，减小地下水水位，保证基坑的稳定，避免发生塌方。[5]

在本工程中，在勘察报告和设计图的基础上，认真进行了排水井的布设。为了达到“可持续、环保建筑”的目的，施工过程中坚持“按需降水”的原则，通过精确控制降水速度和量度，在最大程度上降低地下水资源的浪费，降低对周围环境的影响，尤其是防止出现诸如微尺度的地表沉降等环境问题，确保施工与环保的双赢。

施工过程中如降水量锐减，将采取人工降水回灌雨水井，防止外侧建筑地下水位流失，确保原地下水位稳定或可控降低，保障周边建筑的结构安全，实现可持续与环保并重的施工目标。

3 结论与建议

综上所述，沪南公路污水总管改扩建工程在淤泥质地层中的深基坑施工过程中，应充分了解土层的力学特性，选择适合的施工方案，优化支护结构，加固与强化淤泥地层土。本文提出的淤泥质地层下的深基坑施工技术，能够有效降低基坑形变和集中承载力，确保工程施工质量和安全。未来将通过继续深化理论分析和实践应用，不断完善淤泥质地层下的基坑施工技术体系，为滨海滩涂区与其他类似地区的工程施工提供更加稳定、高效和经济的技术支撑。

参考文献

[1]于雅琳，陈榕，郝冬雪，等.淤泥质地层深基坑施工力学机理模型试验研究[J].四川建材，2018，44（10）：98-99，102.

[2]龚玲峰.沿海地区深厚淤泥质地层地铁深基坑设计[J].铁道建筑技术，2022（5）：69-71，103.

[3]高朋.淤泥质地层围护结构施工技术探讨[J].居业，2023（3）：13-15.

[4]于雅琳.深厚淤泥质地层大跨深基坑开挖变形特征研究[D].山东：山东大学，2019.

[5]王永新.淤泥质地质条件下地铁车站深基坑施工控制技术研究[D].四川：西南交通大学，2003.

[6] 《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012）：该规程详细规定了建筑基坑支护工程的设计、施工、监测及验收等各个环节的技术要求，特别是在淤泥质地层中施工时的特殊要求，如土体力学性质的分析、围护结构的稳定性验算等。

[7] 《建筑与市政工程施工现场围挡技术标准》（JGJ/T 187-2009）：虽然该标准主要关注围挡的技术标准，但在淤泥质地层中，围挡的设置也需考虑土体的稳定性和施工的安全性。

[8] 《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2020）：规定了混凝土材料的强度等级、配合比、施工方法等要求，对于淤泥质地层中混凝土围护结构的施工具有重要意义。

[9] 《钢筋焊接及验收规程》（JGJ 18-2012）：规定了钢筋焊接的技术要求、检验方法及验收标准，确保钢筋连接处的强度和稳定性。

撰写日期：2024-7