MJS工法及其在上海某地鐵工程超深地基加固中的應(yīng)用

張志勇，李淑海，孫 浩

（上海廣聯(lián)建設(shè)發(fā)展有限公司，上海 200438）

MJS工法及其在上海某地鐵工程超深地基加固中的應(yīng)用

張志勇，李淑海，孫 浩

（上海廣聯(lián)建設(shè)發(fā)展有限公司，上海 200438）

以某地鐵車站MJS超深地基加固施工為例，闡述了超深MJS地基加固施工過(guò)程中的技術(shù)管理要點(diǎn)，總結(jié)了施工過(guò)程中的一些心得體會(huì)。

MJS工法;地下空間開發(fā);地鐵工程;超深地基加固;高壓噴射;大深度

0 引言

由于上海地區(qū)軟土特性及建筑物、管線密集的特點(diǎn)，在地下工程建設(shè)中為保證施工安全，地基加固已成為必不可少的輔助措施。另一方面，隨著城市開發(fā)建設(shè)的不斷深入，地下建（構(gòu)）筑物和基礎(chǔ)埋置深度越來(lái)越深，城市地下空間的開發(fā)建設(shè)進(jìn)入了向大深度發(fā)展的趨勢(shì)，例如高層建筑、地鐵車站、地下設(shè)施等的地下室的層數(shù)不斷增加，由以前的一二層逐漸加深到地下三四層甚至更多，基坑深度也突破初期的十來(lái)米朝更深的十幾、二十幾甚至三四十米、五六十米發(fā)展，在這種發(fā)展趨勢(shì)下，原有的地基加固方法如三軸攪拌法、高壓旋噴法、雙軸攪拌法、壓密注漿法等已較難適用。自日本引進(jìn)的MJS工法可以很好地解決大深度地下空間開發(fā)過(guò)程中地基加固這一難題。

1 MJS工法工藝原理

MJS工法（Metro Jet System）又稱全方位高壓噴射工法，是在傳統(tǒng)高壓噴射注漿工藝的基礎(chǔ)上，采用了獨(dú)特的多孔管和前端造成裝置（習(xí)慣稱之為Monitor），多孔管由排泥管、高壓水泥漿管、倒吸水管（2個(gè)）、主空氣管、倒吸空氣管、排泥閥傳感器控制線路管（2個(gè)）、削孔噴水管、多孔管連接螺栓孔、備用管路等組成。前端造成裝置上分布有壓力傳感器、排泥口、噴漿口等。實(shí)現(xiàn)了孔內(nèi)強(qiáng)制排漿和地內(nèi)壓力監(jiān)測(cè)，并通過(guò)調(diào)整強(qiáng)制排漿量來(lái)控制地內(nèi)壓力，以防止地內(nèi)壓力過(guò)大對(duì)地面造成隆起，大幅度減少對(duì)環(huán)境的影響，而地內(nèi)壓力的降低也進(jìn)一步保證了成樁直徑，確保地基加固的效果。圖1為MJS工法工藝原理圖。

圖1 MJS工法工藝原理示意圖

2 MJS工法的特點(diǎn)

（1）可以“全方位”進(jìn)行高壓噴射注漿施工。MJS工法可以進(jìn)行水平、傾斜、垂直各方向、任意角度的施工。特別是其特有的排漿方式，能夠在富水土層情況下進(jìn)行水平加固施工。

（2）成樁直徑大，樁身質(zhì)量好。噴射流初始?jí)毫_(dá)40 MPa，流量約90～130 L/min，使用單噴嘴噴射，每米噴射時(shí)間30～40 min（平均提升速度2.5～3.3 cm/min），噴射流能量大，作用時(shí)間長(zhǎng)，再加上穩(wěn)定的同軸高壓空氣的保護(hù)和對(duì)地內(nèi)壓力的調(diào)整，使得MJS工法成樁直徑較大，可達(dá)2～2.8 m（砂土N＜70，粘土c＜50）。由于直接采用水泥漿液進(jìn)行噴射，其樁身質(zhì)量較好。

（3）對(duì)周邊環(huán)境影響小，超深施工有保證。傳統(tǒng)高壓噴射注漿工藝產(chǎn)生的多余泥漿是通過(guò)土體與鉆桿的間隙，在地面孔口處自然排出。這樣的排漿方式往往造成地層內(nèi)壓力偏大，導(dǎo)致周圍地層產(chǎn)生較大變形、地表隆起。同時(shí)在加固深處的排泥比較困難，造成鉆桿和高壓噴射嘴周邊的壓力增大，往往導(dǎo)致噴射效率降低，影響加固效果及可靠性。MJS工法通過(guò)地內(nèi)壓力監(jiān)測(cè)和強(qiáng)制排漿的手段，對(duì)地內(nèi)壓力進(jìn)行調(diào)控，MJS工法前端造孔裝置上設(shè)置了排泥口，排泥口開關(guān)最大可達(dá)62 mm，主機(jī)上有專門裝置控制排泥口的開啟/關(guān)閉。施工過(guò)程中，當(dāng)壓力傳感器測(cè)得的孔內(nèi)壓力較高時(shí)，可以控制排泥吸漿口的開啟大小，調(diào)節(jié)泥漿排出量達(dá)到控制地內(nèi)壓力的目的。可以大幅度較少施工對(duì)周邊環(huán)境的擾動(dòng)，并保證超深施工的效果。

（4）專有廢漿排放管路，對(duì)環(huán)境污染少。MJS工法采用專用排泥管進(jìn)行排漿，有利于泥漿集中管理，施工場(chǎng)地干凈。同時(shí)對(duì)地內(nèi)壓力的調(diào)控，有效減少了泥漿“竄”入土壤、水體或是地下管道的現(xiàn)象的發(fā)生，可減少對(duì)環(huán)境的污染。

3 工程概況

3.1 工程簡(jiǎn)介

上海市某新建地鐵車站與另一地鐵線路車站形成小十字形換乘站。新建地鐵車站主體結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻深度達(dá)52 m，而另一線路地鐵車站原主體結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻深度僅41 m，為了提高新建車站主體基坑內(nèi)承壓水的降水效果，須將原地鐵車站主體結(jié)構(gòu)41 m深地下連續(xù)墻加深。因加固深度超過(guò)原有地基加固技術(shù)所能達(dá)到的范圍，因此，設(shè)計(jì)采用MJS工法樁對(duì)換乘段原地鐵車站地下連續(xù)墻進(jìn)行加深處理。MJS工法設(shè)計(jì)樁徑2000 mm，樁頂深度為38 m，與已完成地墻搭接3 m（360°噴射），樁底深度為52 m（180°噴射）。為保證止水效果，MJS工法樁與地下連續(xù)墻搭接700 mm。圖2為MJS工法樁地基加固平面圖，圖3為MJS工法樁地基加固剖面圖。

圖2 MJS工法樁地基加固平面圖

圖3 MJS工法樁地基加固剖面圖

3.2 施工工藝參數(shù)

（1）樁徑:2000 mm。

（2）水泥用量:360°噴射階段，2.72 t/m;180°噴射階段，1.36 t/m。

（3）漿液壓力:≥38 MPa。

（4）空氣壓力:0.7 MPa。

（5）漿液流量:90～100 L/min。

（6）漿液噴射鉆桿提升速度:360°噴射階段，40 min/m;180°噴射階段，20 min/m。

（7）地內(nèi)壓力控制:1.3～1.8的系數(shù)（視地質(zhì)情況適當(dāng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制）。

（8）漿液配比:水灰比1∶1（水泥標(biāo)號(hào)P.O42.5）。

（9）成樁垂直度誤差:深度≤30 m，垂直度偏差≤1/150;深度＞30 m，垂直度偏差≤1/100。3.3 工程地質(zhì)條件

本工程場(chǎng)地屬古河道沉積區(qū)，地基土分布較為穩(wěn)定。地層主要由粘性土、粉性土、砂土組成，一般具有成層分布特點(diǎn)。場(chǎng)地地面標(biāo)高約3.16～4.17 m，各土層主要特性見(jiàn)表1。

根據(jù)地層特性表，在52 m深度范圍內(nèi)，以粘性土為主，僅在下部分布有粉細(xì)砂層，結(jié)合巖土工程勘察報(bào)告的靜力觸探表來(lái)看，粘性土與粉細(xì)砂的分界面基本在地下43 m左右，上部的淤泥質(zhì)粘性土具流變觸變性，擾動(dòng)后強(qiáng)度迅速降低，易粘附MJS多孔管鉆桿，造成轉(zhuǎn)動(dòng)或提鉆困難，下部粉細(xì)砂易產(chǎn)生坍塌，一旦坍孔，可能造成埋鉆事故。

4 施工方法

目前MJS工法垂直施工方面深度一般局限在30 m以淺，超過(guò)30 m的MJS工法樁，國(guó)內(nèi)外未曾涉及。在本工程中，進(jìn)行深度達(dá)到52 m之深的MJS工法樁施工，僅利用MJS主機(jī)成孔、噴漿存在著一定難度，主要原因一是受MJS主機(jī)的扭矩限制，利用MJS主機(jī)自身施工52 m深度的鉆孔難度較大;二是MJS多孔管鉆桿接長(zhǎng)至52 m深度時(shí)，鉆桿長(zhǎng)細(xì)比過(guò)大，成孔垂直度控制難度較大;三是受MJS主機(jī)的扭矩及提吊力限制，若在成孔或噴漿過(guò)程中產(chǎn)生多孔管鉆桿被土體抱死現(xiàn)象時(shí)可能會(huì)造成埋鉆事故。因此，考慮到以上原因，開發(fā)出以下方法進(jìn)行MJS工法施工:在進(jìn)行超深MJS加固施工之前進(jìn)行預(yù)先引孔，引孔至設(shè)計(jì)深度后，孔內(nèi)下入鋼套管，鋼套管內(nèi)再下入MJS鉆桿進(jìn)行噴射。

引孔鉆機(jī)采用SGL-10型履帶鉆機(jī)，引孔直徑為260 mm。引孔后放入鋼套管，鋼套管外徑219 mm，內(nèi)徑195 mm，鋼套管3 m一節(jié)，鋼套管間采用絲扣連接，鋼套管底部下至距樁底14 m處，然后在鋼套管內(nèi)放入MJS鉆桿，MJS鉆桿下到孔底，隨后進(jìn)行噴漿;施工時(shí)倒吸出的泥漿，由返漿管送入現(xiàn)場(chǎng)泥漿箱，再?gòu)哪酀{箱泵入泥漿車，由泥漿車及時(shí)外運(yùn)。圖4為超深MJS工法地基加固施工流程圖。

5 施工主要設(shè)備配備（見(jiàn)表2）

表2 MJS工法施工主要設(shè)備配備情況

6 施工步驟

利用預(yù)設(shè)鋼套管的方式進(jìn)行MJS地基加固施工，其工藝流程包括溝槽開挖、引孔、設(shè)置鋼套管、MJS鉆桿下放、噴漿、MJS鉆桿起拔、鋼套管起拔等。

6.1 溝槽開挖

槽寬度約0.8 m，深度1.0～2.0 m，溝槽開挖之前應(yīng)先測(cè)量放線，根據(jù)施工部位及設(shè)計(jì)要求，確定施工位置，并查看巖土工程勘察報(bào)告及管線圖，熟悉地下環(huán)境，確認(rèn)安全后方可開挖。溝槽開挖過(guò)程中用鎬頭機(jī)將地下障礙物破除干凈，如廢電纜、雨水管、污水管、混凝土墊層等，直至漏出原狀土。在破除導(dǎo)墻及導(dǎo)墻鋼筋時(shí)，如破除后產(chǎn)生過(guò)大的空洞，則需要回填素土壓實(shí)，重新開挖溝槽。溝槽開挖完畢，須及時(shí)將溝槽內(nèi)砼塊等清除干凈，以免在后續(xù)引孔施工過(guò)程中砼塊等固體物落入孔內(nèi)而引起MJS鉆頭上排泥口堵塞。

6.2 引孔施工

鉆孔直徑260 mm，孔深52 m，鉆孔垂直度應(yīng)不小于1/150，對(duì)于引孔施工來(lái)說(shuō)，確保鉆孔的垂直度是關(guān)鍵，施工中采用以下措施保證引孔質(zhì)量。

（1）鉆頭型式為梳齒鉆頭，鉆頭上加導(dǎo)正器。（2）鉆機(jī)就位時(shí)要固定、保證鉆機(jī)水平度，鉆機(jī)周圍場(chǎng)地應(yīng)平整、堅(jiān)實(shí)。

（3）引孔遇障礙物時(shí)應(yīng)降低鉆速，加大泵量，反復(fù)切削，成孔好后測(cè)垂直度，直到達(dá)到要求。

（4）引孔深度比設(shè)計(jì)深度深30 cm左右，引孔好后灌入稠度高的泥漿（泥漿密度1.3 g/cm3左右）。

（5）每鉆進(jìn)一個(gè)回次的單根鉆桿要及時(shí)進(jìn)行掃孔，保證鉆孔直徑滿足要求。

（6）按時(shí)測(cè)定泥漿性能，防止塌孔及擴(kuò)孔。

（7）引孔完畢后要用蓋板蓋住孔口，并且牢固，以防止物品掉入孔內(nèi)。

（8）鉆孔過(guò)程應(yīng)分班連續(xù)進(jìn)行，不得中途長(zhǎng)時(shí)間停止。

6.3 設(shè)置鋼套管

6.4 MJS 鉆桿下放

主機(jī)放置應(yīng)水平并采取措施將其固定牢固，啟動(dòng)前檢查各管路及卷?yè)P(yáng)機(jī)、操作按鈕。鉆桿連接緊密，防止漏氣，鉆桿間螺栓擰緊應(yīng)先用氣動(dòng)扳手，然后人工擰緊，連接數(shù)據(jù)線時(shí)，防止接頭泥土污染。每連接一根鉆桿，應(yīng)測(cè)試數(shù)據(jù)線是否能夠有效傳遞信號(hào)。當(dāng)鉆桿放入困難時(shí)連接水龍頭進(jìn)行削孔，確認(rèn)鉆桿放入深度。

6.5 噴漿

后臺(tái)攪拌系統(tǒng)制備水泥漿時(shí)，水泥漿應(yīng)進(jìn)行三道過(guò)濾，防止摻入較大顆粒。噴漿前依次打開倒吸水和倒吸空氣，在確認(rèn)排漿正常時(shí)，打開排泥閥門，依次開啟主空氣閥門和高壓水泥漿泵。噴射階段，第一根鉆桿結(jié)束之前大約30 s時(shí)，將水泥漿切換成水，當(dāng)高壓水泥漿泵的壓力有大幅下降時(shí)，依次關(guān)閉高壓水泥漿泵，排泥閥門;再依次關(guān)閉倒吸水、倒吸空氣和主空氣;夾緊夾子，打開卡盤卸下鉆桿和水龍頭，拆卸鉆桿時(shí)不能同時(shí)打開夾子與卡盤，防止鉆桿掉入孔底。重新裝上水龍頭后，繼續(xù)按照以上步驟進(jìn)行地基加固工作。主機(jī)操作人員要隨時(shí)注意調(diào)節(jié)地內(nèi)壓力，正常排泥時(shí)排泥口閥門不要開啟過(guò)大，保持在30 mm左右即可，地內(nèi)壓力高于設(shè)定壓力時(shí)要將排泥口閥門不斷進(jìn)行開啟閉合操作，以防止大的泥塊堵住排泥口，避免壓力過(guò)大時(shí)地面發(fā)生隆起。鉆桿卸下之后需要及時(shí)清洗并且排放整齊，卸下螺栓放在固定地方，防止丟失。噴射時(shí)要安排專人及時(shí)測(cè)定排泥管內(nèi)排出的泥漿密度，并取樣保存。

6.6 MJS 鉆桿起拔

鉆桿起拔時(shí)吊車人員、主機(jī)操作人員、主機(jī)配合人員相互配合，指令清晰正確，確認(rèn)噴射完成并且各設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)停止后方可拔MJS鉆桿。鉆桿拆開后，操作人員雙手托住，卷?yè)P(yáng)擰緊，緩緩下放，地面要有人接應(yīng)。鉆桿卸下后在地面要擺放整齊，將鉆桿清洗干凈，并檢查鉆桿及密封圈是否損壞。鉆桿分離時(shí)，夾子必須處于關(guān)閉狀態(tài)。

6.7 鋼套管起拔

拔外套管之前確認(rèn)套管能否拔動(dòng)。若利用吊車拔套管時(shí)，應(yīng)檢查吊具情況，并且確認(rèn)卸扣是否擰緊。套管分離后下段套管確認(rèn)緊固，確認(rèn)緊固后方可拆卸。卸下套管及時(shí)清洗干凈，并且擺放整齊，擺放位置不影響下一次施工位置。

7 幾點(diǎn)體會(huì)

經(jīng)過(guò)認(rèn)真的準(zhǔn)備與精心的管理，本工程實(shí)施過(guò)程基本順利，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，但從每根樁的具體施工過(guò)程來(lái)看，也存在著一些經(jīng)驗(yàn)及教訓(xùn)。在此，筆者總結(jié)一些心得體會(huì)，與同行共饗，以期共同推動(dòng)MJS工法的發(fā)展。

（1）MJS工法采用了獨(dú)特的多孔管和前端造成裝置（Monitor），實(shí)現(xiàn)了孔內(nèi)強(qiáng)制排漿和地內(nèi)壓力監(jiān)測(cè)，大幅度減少了對(duì)環(huán)境的影響，適用于在環(huán)境復(fù)雜區(qū)域進(jìn)行地基加固施工，豐富了地下空間開發(fā)的施工手段。

（2）由于MJS施工主機(jī)提吊力及多孔管精密度要求高的限制，MJS工法在深度超過(guò)30 m的地基加固施工時(shí)，需采用預(yù)埋套管的方式，方可有效保證成樁垂直度，杜絕超深MJS施工過(guò)程中鉆桿被土體“抱死”而產(chǎn)生埋鉆事故。

（3）施工過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)地內(nèi)壓力遠(yuǎn)小于經(jīng)驗(yàn)值時(shí)，泥漿自套管與MJS鉆桿間空隙噴出的現(xiàn)象，說(shuō)明由于套管與MJS鉆桿間空隙的存在導(dǎo)致孔內(nèi)泥漿壓力很難達(dá)到經(jīng)驗(yàn)值，提醒我們?cè)谝院箢A(yù)埋外套管的MJS工法施工中，在地面要安裝孔口密封器，將套管與MJS鉆桿間空隙封閉起來(lái)，確保孔內(nèi)泥漿壓力達(dá)到經(jīng)驗(yàn)值后自多孔管內(nèi)排出。

（4）本場(chǎng)地地層資料顯示，下部9 m為砂性土層，上部43 m為粘性土層，在砂性土內(nèi)噴射時(shí)，地內(nèi)壓力偏小，分析原因主要是砂性土層流動(dòng)性大，一是很難將套管與MJS鉆桿間空隙封閉，二是很容易從排泥口排出，排泥口附近泥漿始終處于流動(dòng)暢通狀態(tài);在粘性土層噴射時(shí)，地內(nèi)壓力偏大，離地面越近越明顯，分析原因主要是粘性土被高壓水泥漿沖落后，流動(dòng)性補(bǔ)償，部分堵塞套管與MJS鉆桿間空隙，部分緩慢留向排泥口，而高壓水泥漿噴射的流量維持不變，導(dǎo)致孔內(nèi)泥漿堆積，排泥不暢。

（5）施工過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)排泥不出的現(xiàn)象，將排泥管及多孔管拆卸后，觀察到水龍頭與排泥膠管接頭處有較大水泥塊或排泥閥門處有較大水泥塊現(xiàn)象，分析原因是由于溝槽內(nèi)泥漿液面超過(guò)引孔用護(hù)筒端面后水泥塊隨泥漿流入孔內(nèi)，因此，對(duì)于溝槽內(nèi)水泥塊、磚塊等固體物應(yīng)及時(shí)清理。

（6）MJS鉆桿采用獨(dú)特的多孔管，每個(gè)管路分別承擔(dān)一定的功能，施工過(guò)程中，出現(xiàn)過(guò)全部鉆桿下放到位后，又發(fā)現(xiàn)多孔管堵塞的現(xiàn)場(chǎng)，必須將鉆桿全部拔出，逐根逐個(gè)檢查多孔管，嚴(yán)重影響了功效，因此，鉆桿拆卸后對(duì)于多孔管得清洗必須要非常重視。

（7）在MJS工法施工過(guò)程中，主空氣與倒吸空氣分別承擔(dān)著非常重要的任務(wù)，因此，空氣壓縮機(jī)的性能非常重要，一定要保證所使用的空氣壓縮機(jī)能夠分別給主空氣與倒吸空氣提供氣源，絕對(duì)不能用一個(gè)管路給兩路空氣供氣。

（8）本次施工鋼套管底部與MJS工法樁樁頂平齊，每根樁施工完畢后，再起拔套管，不影響施工工效，若MJS工法樁樁頂高于套管底部，則需要將鉆桿全部拔除后，拔掉一部分套管，再將鉆桿放入套管內(nèi)，方能繼續(xù)噴射施工，嚴(yán)重影響工效;相反，在拆卸鉆桿同時(shí)，若能做到同步拆除套管而不必將鉆桿全部拔出，則工效可大大提高。因此，在后續(xù)工程施工中需要研究新型鋼套管，可在不提出全部鉆桿的情況下拆除，從而提高M(jìn)JS施工工效。

［1］ 王道富.MJS工法原理及在城市工程建設(shè)中的應(yīng)用［J］.城市建設(shè)理論研究，2011，（28）.

［2］ 何擁軍.全方位高壓旋噴注漿工法的工程試驗(yàn)［J］.地下工程與隧道，2010，（1）.

［3］ 張帆.二種先進(jìn)的高壓噴射注漿工藝下載［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2010，（8）.

［4］ 李耀良，袁芬.大深度大厚度地下連續(xù)墻的應(yīng)用與施工工藝下載［J］.地下空間與工程學(xué)報(bào)，2005，（4）.

MJS Engineering Method and Its Application in Super Deep Foundation Reinforcement of a Metro Project in Shanghai

ZHANG Zhi-yong，LI Shu-hai，SUN Hao（Shanghai Guanglian Construction Development Co.，Ltd.，Shanghai 200438，China）

With the construction case of super deep foundation reinforcement of a metro project with MJS engineering method，the paper discussed the main points of technical management in construction process with some experience and understanding.

MJS engineering method;underground space development;metro project;super deep foundation reinforcement;high pressure jet;large depth

TU472.6

A

1672-7428（2012）07-0041-05

2012-03-05

張志勇（1977-），男（漢族），山東德州人，上海廣聯(lián)建設(shè)發(fā)展有限公司工程師，巖土工程專業(yè)，碩士，從事地下空間開發(fā)技術(shù)研究及相關(guān)施工技術(shù)管理工作，上海市國(guó)偉路135號(hào)10號(hào)樓，zhzhy308@163.com。