極小空間條件下應(yīng)用全方位高壓噴射注漿進(jìn)行地基加固的技術(shù)試驗(yàn)

李永迪 張 帆 王 祺 楊化振 王惠蕾

1. 上海隧道地基基礎(chǔ)工程有限公司 上海 200333；2. 上海隧道工程有限公司 上海 200082

《上海市土地資源利用和保護(hù)“十三五”規(guī)劃》重點(diǎn)提出土地節(jié)約集約利用水平要持續(xù)提高，推進(jìn)低效建設(shè)用地減量化，倒逼城市發(fā)展轉(zhuǎn)型，促進(jìn)土地利用績(jī)效水平不斷提高。在此要求下，如何有效利用現(xiàn)有地下空間，實(shí)現(xiàn)既有地下空間擴(kuò)展和功能提升，釋放更多地面營(yíng)造綠地、廣場(chǎng)，改善環(huán)境品質(zhì)就成為了一個(gè)重要的研究課題。本文所介紹的全方位高壓噴射注漿加固技術(shù)就是既有建筑地下空間再開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

1 研究?jī)?nèi)容

1.1 面臨的問題

與常規(guī)施工相比，在既有建筑內(nèi)部施工更具難度，特別是在一些敏感建筑、歷史保護(hù)建筑內(nèi)部施工時(shí)，具體表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面[1-3]。

1.1.1 地下水位高，地質(zhì)條件復(fù)雜

上海地下常年水位在－0.5 m左右，地表雜填土厚，局部地區(qū)在淺表層存在②3、③j等砂質(zhì)粉土，在既有建（構(gòu)）筑物地下空間內(nèi)開孔作業(yè)存在地下水、砂倒涌的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)既有建筑物的穩(wěn)定性造成影響。

1.1.2 既有建筑保護(hù)要求高

在既有建筑地下空間內(nèi)施工時(shí)，首先需要根據(jù)既有建筑的結(jié)構(gòu)形式制訂環(huán)境變形控制指標(biāo)，在施工過程中需要全過程控制環(huán)境變形，稍有不慎就將導(dǎo)致既有建筑結(jié)構(gòu)損傷甚至使其成為危房，最終得不償失。

1.1.3 既有建筑地下空間受限

既有建筑形形色色，施工年代跨度又比較大，內(nèi)部尺寸大小不一，嚴(yán)重限制了施工機(jī)械設(shè)備的施工操作空間。

1.1.4 既有建筑受力體系維系難

在對(duì)既有建筑進(jìn)行地下空間再開發(fā)的過程中，原有的受力體系一旦受到破壞，造成的損失將是不可逆的，必將對(duì)建筑物的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。只有順利解決了上述問題，既有建筑地下空間再開發(fā)才具備實(shí)施的先決條件。

1.2 解決方法

1.2.1 防噴裝置小型化

為適應(yīng)既有地下空間開發(fā)時(shí)空間狹小、凈空限制、設(shè)備尺寸限制等因素，將目前應(yīng)用于水平旋噴施工的防噴裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，將目前長(zhǎng)度為1.5 m的防噴裝置縮短至1.0 m以內(nèi)，滿足施工需求。

1.2.2 采用環(huán)境友好施工工藝

為解決施工過程對(duì)土體擾動(dòng)，致使既有建筑受力改變，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形等問題，考慮采用地內(nèi)壓力可控、具有強(qiáng)制排泥功能、成樁直徑大、對(duì)周邊環(huán)境影響小的MJS工法進(jìn)行施工。

1.2.3 小型化施工設(shè)備

對(duì)MJS工法設(shè)備進(jìn)行小型化、輕量化、全向化改進(jìn)，進(jìn)一步縮小施工作業(yè)操作空間，減小設(shè)備拼裝、拆卸難度，擴(kuò)展低凈空施工領(lǐng)域（圖1）。

圖1 小型化設(shè)備

1.2.4 微型化鉆頭、鉆管

通過調(diào)研，根據(jù)隧道管片主筋間距150 mm這一指標(biāo)，研發(fā)直徑≤90 mm的鉆頭、鉆管（圖2），避免在對(duì)既有結(jié)構(gòu)進(jìn)行開孔作業(yè)時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)主筋造成破壞。

圖2 小斷面多孔管旋噴鉆具

經(jīng)過近2年的研發(fā)，上述問題順利得以解決。為檢驗(yàn)科研成果，此次研究針對(duì)不同的土層和加固方式的要求，開展了一系列工程性試驗(yàn)，得到漿液配比、噴漿壓力、提升速度等一系列的參數(shù)。

2 試驗(yàn)情況

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

1）采用φ90 mm鉆具，驗(yàn)證MJS-40CVH主機(jī)自行鉆進(jìn)能力。

2）驗(yàn)證采用同比例縮小后的MJS鉆管、鉆頭施工的可行性。

3）通過對(duì)比試驗(yàn)確定可行性施工參數(shù)，并判斷該參數(shù)下的成樁直徑。

4）通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)找出現(xiàn)有設(shè)備缺點(diǎn)，確定改良方案。

2.2 試驗(yàn)場(chǎng)地地質(zhì)情況

試驗(yàn)區(qū)域主要涉及地層為③灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層、③j黏質(zhì)粉土層、④灰色淤泥質(zhì)黏土層、⑤1灰色黏土層（圖3）。③～⑤1這幾層土均為流塑-軟塑狀的黏性土層，具有靈敏度高、易產(chǎn)生流變的特性。

圖3 地層剖面示意

2.3 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)樁位布置在基坑內(nèi)，避開抽條加固、抗拔樁、格構(gòu)柱等，避免后續(xù)其他工序施工對(duì)樁體造成影響，以便于后期開挖驗(yàn)證。共計(jì)布置6根試驗(yàn)樁，M1#～M6#，施工深度為－20～－5 m[4-6]。

2.4 試驗(yàn)參數(shù)

在既有建筑下，進(jìn)行地基加固試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)樁主要旋噴參數(shù)如表1所示。

表1 試驗(yàn)樁主要旋噴參數(shù)

2.5 施工步驟

在既有建筑極小空間下，采用Mini全方位高壓噴射工法（以下簡(jiǎn)稱Mini MJS工法），進(jìn)行地基加固的詳細(xì)施工順序如下（圖4）：

圖4 Mini MJS工法施工流程示意

1）采用工程鉆機(jī)鉆至設(shè)計(jì)深度。

2）連接電源、數(shù)據(jù)線，開啟油泵，樁機(jī)就位。

3）鉆頭和地內(nèi)壓力監(jiān)測(cè)顯示器連接，確認(rèn)在鉆頭無荷載的情況下清零。

4）對(duì)接鉆桿和鉆頭，對(duì)接時(shí)，認(rèn)真檢查密封圈情況，看是否缺失或損壞。地內(nèi)壓力是否顯示正常。

5）如土質(zhì)較硬時(shí)，可將水龍頭和鉆管連接，打開削孔水，用削孔水切割土體，然后動(dòng)力頭旋轉(zhuǎn)，將鉆頭壓入土體，在壓入過程中，需時(shí)常上下提升鉆管，以防土塊將鉆頭堵住。

6）重復(fù)第4個(gè)步驟和第5個(gè)步驟，直到鉆頭到達(dá)預(yù)定深度。

7）鉆頭到達(dá)預(yù)定深度后，先開回流氣和回流高壓水泵，在確認(rèn)排漿正常時(shí)，打開排泥閥門，開啟高壓注漿泵和主空壓機(jī)。在開啟高壓注漿泵時(shí)，壓力不可太高，應(yīng)逐步增壓，直到達(dá)到指定壓力，在達(dá)到指定壓力并確認(rèn)地內(nèi)壓力正常后，才可開始提升。

8）施工時(shí)密切監(jiān)測(cè)地內(nèi)壓力，壓力不正常時(shí)，必須及時(shí)調(diào)整。

9）當(dāng)提升一根鉆桿后，對(duì)鉆桿進(jìn)行拆卸，注意在拆卸鉆桿的過程中，認(rèn)真檢查密封圈和數(shù)據(jù)線的情況，看是否損壞，地內(nèi)壓力顯示是否正常，如有問題及時(shí)排除。拆卸鉆桿后，需及時(shí)對(duì)鉆桿進(jìn)行沖洗及保養(yǎng)。

10）重復(fù)步驟9，直到施工結(jié)束。

11）施工結(jié)束后，對(duì)設(shè)備進(jìn)行沖洗和保養(yǎng)。

12）施工監(jiān)測(cè)：必須加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境的監(jiān)測(cè)，并及時(shí)匯總，為后續(xù)施工提供指導(dǎo)。

2.6 成樁情況

對(duì)試驗(yàn)樁體進(jìn)行開挖暴露，成樁直徑1.3～1.4 m（圖5）。

圖5 試驗(yàn)樁成樁直徑

3 結(jié)語

通過試驗(yàn)得出以下結(jié)論：

1）針對(duì)極小場(chǎng)地施工創(chuàng)新研制的小型化設(shè)備結(jié)合全方位高壓旋噴注漿加固工藝，其最低施工凈高要求低至2.5 m，可滿足絕大部分在低凈空條件下進(jìn)行微擾動(dòng)地基加固的施工需求。

2）MJS-40CVH鉆機(jī)采用φ90 mm的鉆具自行鉆進(jìn)，可滿足低凈空條件下的施工要求，并因鉆管斷面尺寸小，對(duì)既有結(jié)構(gòu)的損傷也相應(yīng)減小，有利于既有結(jié)構(gòu)的保護(hù)。

3）防噴裝置的使用，使得該工藝可在地下水位線以下進(jìn)行全方位施工[7-8]。

4）Mini全方位高壓噴射工法，借用了成熟的MJS工藝原理，在進(jìn)行既有建筑地下空間再開發(fā)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好型施工。

該工藝試驗(yàn)為今后的既有結(jié)構(gòu)地下空間再開發(fā)提供了一種新的方法，本次試驗(yàn)的成功，希望能給予同行有益的借鑒，共同推進(jìn)我國(guó)旋噴工藝的發(fā)展。