MJS工法超長高壓旋噴樁在深基坑止水工程中的應(yīng)用*

劉澄赤，卞睿凡，睢博棟

(1.浙江省地礦建設(shè)有限公司，浙江 杭州 310052； 2.同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院，上海 200092)

0 引言

隨著城市建設(shè)和深層地下空間的大規(guī)模開發(fā)利用，地下結(jié)構(gòu)和設(shè)施越來越密集，深基坑降水和開挖對(duì)周圍環(huán)境的影響不容忽視。地下連續(xù)墻剛度大，止水效果良好，對(duì)周圍環(huán)境的影響較小，常作為基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和止水帷幕。受基坑深度、土層條件等因素制約，需增加基坑止水深度和地下連續(xù)墻接縫處止水樁樁長，同時(shí)還需滿足環(huán)境控制要求。

常采用高壓旋噴樁進(jìn)行地基處理，以達(dá)到提高土體強(qiáng)度、剛度和滲透性的目的，高壓旋噴樁也可作為止水帷幕[1]。但高壓旋噴樁在施工過程中由于注入大量水泥漿，對(duì)周圍土體和建筑物的影響較大[2]。為此，在傳統(tǒng)高壓旋噴樁施工工藝的基礎(chǔ)上研發(fā)了MJS工法[3]。MJS工法可通過壓力監(jiān)控系統(tǒng)和強(qiáng)制排泥系統(tǒng)有效調(diào)節(jié)鉆孔壓力，且可實(shí)現(xiàn)任意角度擺噴，從而減小對(duì)土體的擾動(dòng)[4]。自2008年MJS工法從日本引進(jìn)我國以來，逐漸應(yīng)用于地基加固、基坑圍護(hù)、盾構(gòu)端頭加固等工程中，取得了良好效果[5-7]。技術(shù)人員結(jié)合具體工程對(duì)MJS工法工藝和設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)，使該工法得到更廣泛的應(yīng)用[8]，目前已應(yīng)用于更深土層中。結(jié)合上海瑞虹新城10號(hào)地塊發(fā)展項(xiàng)目深基坑具體情況，對(duì)MJS工法超長高壓旋噴樁在深基坑止水工程中的應(yīng)用進(jìn)行研究。

1 工程概況

上海瑞虹新城10號(hào)地塊發(fā)展項(xiàng)目位于虹口區(qū)，東鄰虹鎮(zhèn)老街，西鄰瑞虹路及3號(hào)地塊基坑，南鄰天虹路，北鄰沙虹路及9號(hào)地塊基坑。10號(hào)地塊東西向長約225m，南北向?qū)捈s170m，總建筑面積約43萬m2。本工程基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用超深地下連續(xù)墻，施工前采用三軸攪拌樁進(jìn)行槽壁加固，地下連續(xù)墻接縫處采用MJS工法超長高壓旋噴樁進(jìn)行止水加固。

本工程基坑距周圍道路及地下管線較近，東、西側(cè)地下管線較密集，東側(cè)場(chǎng)地紅線距地下管線最近距離約為12.5m，西側(cè)場(chǎng)地紅線距地下管線僅7.7m，北側(cè)距9號(hào)地塊基坑約13.5m，西側(cè)距3號(hào)地塊基坑約29.6m，東南角距地鐵4號(hào)線58.4m。為防止基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形過大造成地下管線移動(dòng)錯(cuò)位、道路表面及周圍建筑物開裂，需進(jìn)行地下連續(xù)墻接縫止水施工。

土層物理力學(xué)參數(shù)如表1所示，根據(jù)土層條件，地下連續(xù)墻須穿過⑤2層至更深的⑧1-2層，以保證基坑防滲效果。由于傳統(tǒng)高壓旋噴樁最大加固深度為55m，因此，地下連續(xù)墻接縫處采用MJS工法超長高壓旋噴樁(樁長65m)進(jìn)行止水加固。

表1 土層物理力學(xué)參數(shù)

場(chǎng)地淺部地下水屬潛水類型，水位為0.800～1.500m，潛水水位受降雨、地表水影響發(fā)生變化。⑤2層為微承壓含水層，水位一般為3.000～11.000m，呈周期性變化。基坑開挖深度為18.5～20.0m，基本位于⑤2層，該層對(duì)基坑突涌存在影響。⑦層與⑤2層相連，水頭埋深與⑤2層一致，同樣對(duì)基坑突涌存在影響。因此，需采取良好的隔水措施。

2 MJS工法超長高壓旋噴樁的應(yīng)用

2.1 MJS工法施工

采用MJS工法施工時(shí)，鉆桿內(nèi)的多孔管可實(shí)現(xiàn)多種功能，包括噴射高壓水泥漿、壓縮空氣和高壓水等，需對(duì)噴嘴附近的壓力進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)噴嘴附近地內(nèi)壓力過高時(shí)，排泥系統(tǒng)通過控制排泥口閥門調(diào)節(jié)排泥流量，降低鉆孔壓力，從而減小對(duì)環(huán)境的影響。在排泥口內(nèi)部通過倒吸水和倒吸氣形成負(fù)壓，有利于廢漿及時(shí)排出，使地內(nèi)壓力釋放。在多孔管實(shí)現(xiàn)地內(nèi)壓力監(jiān)控與強(qiáng)制排泥的基礎(chǔ)上，將帶有噴嘴的鉆桿通過鉆機(jī)下放至預(yù)定深度后，鉆桿以一定速度旋轉(zhuǎn)和提升，噴嘴噴出的高壓水泥漿高速切割土體，被破壞的土體與噴射的水泥漿攪拌混合，隨鉆桿提升至接近地表時(shí)結(jié)束施工，水泥土混合漿液凝固后形成MJS工法高壓旋噴樁。

2.2 超長高壓旋噴樁止水加固施工

2.2.1施工難點(diǎn)

1)設(shè)備性能與施工精度要求高

本工程鉆孔深度較大，對(duì)鉆機(jī)扭矩的要求較高，鉆孔難度較大。多孔管鉆桿置入超深土層時(shí)，鉆桿長細(xì)比過大，成孔垂直度控制難度較大。

2)地內(nèi)壓力監(jiān)控與強(qiáng)制排泥難度大

沿深度方向壓力感應(yīng)器數(shù)值變化較大，需根據(jù)不同深度和土層性質(zhì)調(diào)節(jié)地內(nèi)壓力系數(shù)，以保證成樁質(zhì)量。在超深土層施工過程中，由于排泥距離較大，增加了排泥難度，對(duì)地內(nèi)壓力可控性造成影響。

3)鋼套管選擇與安裝難度較大

隨著鉆孔深度的增加，鉆桿與土體摩阻力增大。砂性土自立性差，受擾動(dòng)后易流動(dòng)抱死鉆桿，增加了鉆桿與土體摩阻力。另外，受鉆機(jī)扭矩、提升力等因素的限制，當(dāng)土層中含有砂性土?xí)r，需預(yù)先設(shè)置鋼套管，鉆桿在鋼套管內(nèi)施工，可在一定程度上避免發(fā)生坍孔、抱鉆事故，并在提升鉆桿的同時(shí)利用拔管器同步提升鋼套管，以提高施工效率，避免分步提升鋼套管后進(jìn)行搭接旋噴，從而提高了施工質(zhì)量。

2.2.2施工工藝流程

1)溝槽開挖 施工前進(jìn)行測(cè)量放線，以樁心為中心，開挖寬約0.8m、深1m溝槽。

2)鉆機(jī)就位 利用枕木等搭設(shè)施工平臺(tái)，將鉆機(jī)擺放平整。

3)引孔 引孔直徑應(yīng)≥250mm，孔深65m，鉆孔垂直度應(yīng)≥1/300。引孔深度應(yīng)較設(shè)計(jì)深度大30cm左右，引孔后利用高稠度泥漿置換孔內(nèi)泥漿，進(jìn)行護(hù)壁施工。

4)下放多孔管 認(rèn)真檢查地內(nèi)壓力監(jiān)測(cè)器等是否正常工作，確認(rèn)無誤后將多孔管下放至預(yù)定深度。

5)高壓旋噴注漿 多孔管以一定旋轉(zhuǎn)速度和提升速度旋噴成樁，每提升1節(jié)鉆桿及時(shí)進(jìn)行拆卸、清洗，防止多孔管堵塞。除需保養(yǎng)多孔管外，還應(yīng)注意觀察鉆孔壓力，如果壓力出現(xiàn)異常，應(yīng)根據(jù)旋噴深度、土層性質(zhì)等適當(dāng)調(diào)整。

6)鉆機(jī)移位 旋噴至地表時(shí)結(jié)束注漿，拔管并清洗鉆桿，完成鉆機(jī)移位。

7)泥漿外運(yùn) 由于排出泥漿較多，需將泥漿集中排至泥漿箱或儲(chǔ)存池，泥漿固結(jié)后挖出，外運(yùn)至指定點(diǎn)進(jìn)行處理。

3 應(yīng)用效果分析

為進(jìn)一步研究MJS工法超長高壓旋噴樁成樁質(zhì)量，在基坑內(nèi)側(cè)進(jìn)行試樁試驗(yàn)，觀察成樁直徑和樁身無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。試樁試驗(yàn)結(jié)果表明，基坑開挖至底部時(shí)，即距地表20m，成樁直徑可達(dá)2.55～2.80m，滿足設(shè)計(jì)需求。在不同深度處取3組試件進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。由表2可知，樁身無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均>1.3MPa，滿足設(shè)計(jì)要求，可知成樁質(zhì)量較好。

表2 樁身無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

為了解止水加固施工對(duì)周圍環(huán)境的影響，在試樁周圍典型位置埋設(shè)深層測(cè)斜管，并布置地表沉降觀測(cè)點(diǎn)。觀測(cè)結(jié)果表明，止水加固施工引起的地表豎向位移<2.22mm、距試樁邊界1m處深層土體最大水平位移約為12.5mm、距試樁邊界6m處深層土體最大水平位移<4mm。總體來說，在深層軟土中采用MJS工法進(jìn)行止水加固施工對(duì)周圍環(huán)境的影響較小，施工質(zhì)量較好。

4 結(jié)語

1)針對(duì)上海瑞虹新城10號(hào)地塊發(fā)展項(xiàng)目深基坑止水工程，基于工程特點(diǎn)與已有工程經(jīng)驗(yàn)，采用MJS工法超長高壓旋噴樁進(jìn)行施工。當(dāng)超深土層中存在砂性土?xí)r，為避免發(fā)生坍孔、抱鉆事故，可采用鋼套管護(hù)孔，在提升鉆桿的同時(shí)利用拔管器同步提升鋼套管，以提高施工效率，避免分步提升鋼套管后進(jìn)行搭接旋噴，從而提高了施工質(zhì)量。

2)試樁試驗(yàn)結(jié)果表明，在20m深度處成樁直徑可達(dá)2.55～2.80m，且樁身無側(cè)限抗壓強(qiáng)度>1.3MPa，滿足設(shè)計(jì)要求，成樁質(zhì)量較好。

3)地表沉降觀測(cè)結(jié)果表明，止水加固施工引起的地表豎向位移<2.22mm、距試樁邊界6m處深層土體最大水平位移<4mm，可知在深層軟土中采用MJS工法進(jìn)行止水加固施工對(duì)周圍環(huán)境的影響較小，施工質(zhì)量較好。