市政工程施工中的深基坑开挖支护关键技术探究

引言

市政工程作为城市基础设施建设的重要组成部分，其地下空间开发规模伴随城镇化进程持续拓展。相关研究资料显示，我国每年新建的市政深基坑项目数量颇为可观，其中地铁车站、综合管廊等项目的基坑开挖深度通常在 10-25m 区间，部分特殊项目的开挖深度甚至超过 30m 。本文将围绕市政工程实际需求，对深基坑开挖支护关键技术及应用进行探讨，以期为相关工程提供有益参考。

1 市政深基坑常见支护结构类型及关键技术

1.1 排桩支护技术

排桩支护由钢筋混凝土灌注桩（或预应力管桩）按一定间距排列形成支护体系，并配套锚杆（或内支撑）、止水帷幕（如高压旋喷桩），适用于开挖深度 5⋅12m 、地层为黏性土或砂性土的市政基坑（如地下车库出入口、小型管廊）。其关键技术要点如下：在桩体施工精度控制方面，采用钻孔灌注桩时，通过“双导向架+全站仪定位”确保桩位偏差 ≤50mm ，垂直度偏差≤1/200；在软土地层中则选用长螺旋钻孔压灌桩，同时将成孔速度控制在 0.5-1m/min ，混凝土坍落度保持在 180-220mm ，以避免塌孔。止水帷幕协同设计上，在砂层或地下水位较高区域（水位埋深 <2m ），于排桩外侧设置桩径600-800mm 、搭接宽度 ≥200mm 、水泥掺量 25% 的高压旋喷桩止水帷幕，保证渗透系数≤ ×10^- ⁶ cm/s。锚杆/内支撑优化时，黏性土层采用长度 10-15m 、锚固段长度≥5m的土层锚杆，砂层选用预应力值50-100kN 的锚索，确保锚杆抗拔力设计值 ≥1.2 倍拉力；在狭小场地（如市中心街角基坑）采用型钢内支撑（H 型钢或钢管），支撑间距控制在3-5m ，节点焊接质量需达二级焊缝标准。

1.2 地下连续墙技术

地下连续墙（简称“地连墙”）通过分段开挖沟槽、浇筑混凝土形成连续墙体，具有刚度大（抗弯刚度是排桩的 3-5 倍）、止水效果好（渗透系数≤ 1×10^-7cm/s, ）、对周边影响小等优势，适用于开挖深度 12-30m 、周边建筑密集（距离 ≤3m ）或穿越复杂地层（如软土+砂卵石层）的市政基坑（如地铁车站、地下商业街）。其关键技术如下：在沟槽开挖与泥浆护壁方面，采用液压抓斗或双轮铣槽机开挖，槽段长度 6-8m ，槽宽600-1200mm ；选用膨润土泥浆（密度 1.05-1.15g/cm³ ，黏度 20-30s）防止槽壁坍塌，并用空气吸泥法清理槽底沉渣，使厚度 ≤100mm 。接头处理技术上，可采用“工字钢接头”或“锁口管接头”，其中工字钢接头焊接垂直度偏差≤1/300，锁口管提拔速度需与混凝土浇筑速度匹配（提拔间隔 30-60min ，高度 ≤50cm/ 次），还可通过接头注浆（水泥浆压力 0.5-1.0MPa ）降低渗漏率；如某地铁项目经注浆后，接头渗漏率从 15% 降至 2% 。墙体混凝土施工采用导管法浇筑，要求导管间距≤3m，埋深 2⋅6m ，混凝土坍落度200-220mm ，初凝时间≥6h，以确保达到设计强度C30-C40，且墙面平整度偏差 ≤50mm 。

1.3 SMW 工法桩技术：绿色市政工程的优选方案

SMW 工法桩（型钢水泥土搅拌桩）是由多轴搅拌桩机将水泥土与 H 型钢等型钢结合形成的支护结构，具有施工快、环保、成本低等特点。其关键技术要点包含质量控制、型钢操作和止水强化三方面，实际项目也证明了该技术的有效性和经济性。

SMW 工法桩（型钢水泥土搅拌桩）通过多轴搅拌桩机将水泥土与型钢（如 H 型钢）结合形成支护结构，具有施工速度快（日均成桩 30-50m ）、环保（无泥浆污染）、成本低（较地连墙节约 20%-30% ）等优势，适用于开挖深度 5⋅15m 、地层为软土或黏性土的市政基坑工程（如雨水泵站、地下管线改造）。其关键技术要点如下：在水泥土搅拌质量控制方面，采用双轴或三轴搅拌桩机，桩径 650-850mm ，搭接宽度 ≥200mm ，水泥掺量 20%-25% （软土取高值），搅拌速度 0.8-1.2m/min ，以确保水泥土28d 无侧限抗压强度 ≥1.5MPa ；型钢插入与回收环节，选用 H500×200×10×16 等型号型钢，插入前需涂刷减摩剂（如黄油 + 沥青），控制插入垂直度偏差≤1/200，顶端标高误差 ≤50mm ，基坑回填后采用液压千斤顶回收型钢，回收率可达 295% ，实现材料循环利用并降低成本；止水效果强化上，在桩体搭接处采用“高压旋喷补桩”或“水泥浆注浆”防止渗漏，在地下水位较高区域，确保桩底插入不透水层 ≥1.5m ，避免管涌风险。以某市政雨水泵站项目为例（开挖深度 9m ，软土地层），采用 Φ850@600SMW 工法桩（H 型钢H500×200^∘, ），经取芯检测水泥土搅拌均匀性达标（强度 1.8MPa ），型钢回收率达 96% ，基坑侧壁最大位移 15mm ，较传统排桩方案节约成本 25% ，完全符合市政工程绿色施工要求。

3 当前技术应用的优化方向

3.1 BIM+数字孪生整合

基于BIM 技术构建基坑全生命周期数字孪生模型，深度集成工程地质勘察数据、支护结构力学参数及实时监测数据，通过多物理场耦合分析模拟基坑开挖各阶段变形趋势与应力分布。以某城市地铁换乘站深基坑工程为例，利用数字孪生平台提前模拟不同工况下的支护效果，成功优化支撑体系布置方案，减少现场支撑结构调整次数达3 次，节省工期约15 天。此外，该技术可实时对比设计模型与实际施工状态，实现基坑变形预警准确率提升至 92% 。

3.2 智能化施工设备应用

在深基坑开挖支护施工中推广应用智能化设备，如配备高精度北斗定位系统的无人挖掘机，其平面定位精度可达 :±50mm ，能有效避免超挖、欠挖问题；自动注浆系统采用闭环控制技术，压力控制精度达 _±0.1MPa ，确保注浆加固效果均匀稳定。某市政管廊项目通过引入无人施工设备，使土方开挖效率提升 40% ，支护结构施工误差率降低至 1.2% ，显著提高施工质量与安全性。

3.3 绿色支护材料研发

积极探索新型绿色支护材料的研发与应用，采用掺加工业固废的低碳混凝土，相较于传统混凝土可降低 20% 的碳排放；研发生物降解型止水材料，其在工程完成后可自然分解，避免对地下环境造成污染。同时，大力推广型钢、钢板桩等可回收式支护结构，通过标准化设计与快速拆装技术，使材料循环利用率提升至 85% 以上，助力市政工程实现绿色低碳发展目标。

3.4 差异化支护方案设计

建立基于周边环境敏感度的分级评估体系，综合考量邻近建筑物年代、结构类型、地下管线重要性等因素，针对性设计支护方案。在临近文物建筑区域，创新性采用“地连墙+隔离桩”双重保护结构，地连墙提供主要支护刚度，隔离桩通过设置应力释放槽减少施工对周边土体的扰动。某历史街区地下空间开发项目，运用该方案使周边古建筑沉降控制在 3mm 以内，有效保护了历史文化遗产。

结束语

在市政工程深基坑开挖支护领域，鉴于其环境要求严苛、地质条件复杂且工期紧张的特点，合理选择支护结构、优化开挖工艺、完善降水止水措施及自动化监测体系，或有助于实现安全与施工效率的协调。展望未来，伴随数字孪生、智能化设备及绿色材料技术的不断发展，市政深基坑支护技术有望朝着精准化预测、动态化调控与绿色低碳方向演进。在实际工程应用中，进一步强化“设计-施工-监测”各环节的协同配合，针对不同工程场景制定适配性方案，或许能为城市地下空间的安全高效开发提供更坚实的技术保障。

参考文献：

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