高富水地層新老混凝土接口處MJS工法樁加固應用研究

周賢培，周冬輝，李秀奎，吳紅軍，張 偉，范曉琰

（1.中鐵十二局集團有限公司，山西 太原 030000;2.中南大學土木工程學院,湖南 長沙 410075;3.中鐵十二局集團海南工程有限公司,海南 ?？?570206）

隨著城市不斷發(fā)展，眾多路網(wǎng)已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代化進程需要，有必要對部分舊有基礎設施開展重建改造工作。而重建工作中，不可避免會產(chǎn)生新、老混凝土結構的施工接口，稍有處理不當,則極易破壞結構的整體性，成為工程結構受力和防水的薄弱點。而對于路塹、U型槽、基坑等低于地面的結構，因其嵌固于地層，通常容易受地下水侵蝕擾動，對于接縫防水及結構受力要求更為嚴格。因此，需采用嚴格基底地層加固措施，以降低地層滲透性，抑制水土壓力對接縫的侵擾。

在建312國道蘇州東段改擴建工程為一典型的新—老混凝土接口工程。該工程位于陽澄湖岸，地處粘性土和夾砂土層中，受陽澄湖水系影響，工程基底地層富含有壓水。為確保工程施工安全以及運營防水效果，需對新老混凝土接口處基底地層進行加固處置。本文即是依托該工程，針對壓力地下水條件下地層高質(zhì)量加固工藝開展實踐研究，以解決依托工程實際難題。

1 依托工程介紹

1.1 工程概況

312國道蘇州東段改擴建工程——星華街下穿改造工程，全長1160.9m，位于蘇州市工業(yè)園區(qū)星華街和G312立交處，見圖1。受線位分布等因素限制，既有星華街下穿以東敞開段部分（既有U型槽結構）需拆除，星華街暗埋段及以西部分不動，U型槽結構側墻、底板均采用C35混凝土澆筑，東西長162m，寬約32.3～35.30m，基坑開挖深度1.5～7.5m，采用明挖順作法施工，基坑由深至淺分別采用灌注樁圍護及放坡開挖，見圖2。

圖1 工程位置

1.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況

工程所處場地周邊環(huán)境空曠，北側約68m為京滬高鐵，見圖1。施工場地整體位于太湖沖湖及瀉湖相沉積平原，地勢平坦，據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，場區(qū)內(nèi)第四系覆蓋層厚度可達180m以上，沿線71.70m以淺土層為第四系全新世至早更新世沉積的疏松沉積物，以粘性土為主，間夾粉（砂）性土，見圖2。同時，工程位于長江流域太湖水系區(qū)域范圍內(nèi)，地表水系極其發(fā)育，區(qū)域水位常年在1.10～1.30m之間，其中潛水位于淺部粘性土層中，微承壓水賦存于第一隔水層下的砂性土層中，區(qū)域內(nèi)承壓水主要賦存于第一隔水層下的砂性土層中，而承壓水則賦存于深部砂性土中。

圖2 改建設計圖

1.3 工程難點分析

因工程臨近陽澄湖，存在無限補給的壓力地下水，前期施鉆即出現(xiàn)壓力水突涌的情況，因此，若無必要的地下水治理措施，一旦既有U型槽結構拆除，將導致基底大面積涌水，可以預見基坑開挖后存在突涌失穩(wěn)的風險。

為此，工程設計過程中，對既有結構的拆除以及新建結構的重建之前進行了重點研討，設計了灌注樁+三軸攪拌樁聯(lián)合地層加固措施。但受實際施工場地限制，施工過程中，在本工程新老混凝土結構接口部位難以實施且質(zhì)量保證困難，為此，需要采取質(zhì)量可靠性更高的施工工藝。

2 工藝比選

為了保證依托工程新老混凝土結構接口處施工安全，需在基底破拆改建之前，對該處地基采取高可靠性的地層加固措施。項目實施之初，針對該工程難點，分別考慮地層富含有壓地下水、補給充足、場地受限等工程條件，開展了必要的工藝比選和專家研討。

對于地層加固方法，常用的措施有三軸攪拌樁加固、高壓旋噴樁和MJS工法三種[1-3]。其中，三軸攪拌樁施工機械占空間較大，且封堵成樁效果通常不理想；高壓旋噴樁對土層擾動較大，容易導致地面隆起，且樁徑內(nèi)力變化幅度較大，樁體質(zhì)量都有所欠缺。近年來，眾多控制嚴格的接縫工程中，開始采用MJS工法來形成可靠地基加固封堵，以減少地下環(huán)境對工程的干擾。

MJS工法（Metro Jet System）也稱為全方位高壓噴射工法，相對于高壓旋噴工藝，其改進了多孔管和前端裝置，能實現(xiàn)地內(nèi)壓力監(jiān)測、強排漿壓力控制、任意角度噴射注漿施工，從而提高成樁質(zhì)量，同時能減少地層的擾動、有效控制地層變形。

MJS工法最早是由日本建筑企業(yè)研發(fā)，后于2008年引進中國，在國內(nèi)得到了良好的應用，特別是在地鐵車站端頭井、接縫等控制要求較為嚴格的區(qū)域應用最多。如，宋歡[4]針對SMW工法樁斷口處，采用MJS旋噴工藝進行修補，后在基坑開挖中證實安全可行；朱小龍[5]將MJS工法應用于地鐵施工保護，實踐表明MJS工法可有效抑制地鐵設施變形。劉其成等[6]將MJS工法應用于富水砂層中的接收井端頭加固。

由此可見，大量工程實踐已證明MJS工藝在一些對地層加固效果要求極高的特殊節(jié)點工程應用中取得了良好的實施效果。為此，經(jīng)反復論證和現(xiàn)場試樁（實測試樁有效直徑達到2.4m，質(zhì)量可靠，見圖3），擬定優(yōu)選MJS工法作為本工程的地層加固工藝。

圖3 MJS工法試樁揭露效果圖

3 超大直徑MJS工法樁施工工藝

基于前述論證，并結合依托工程新老混凝土接口部位場地受限等特征，經(jīng)工程實踐，總結形成了富含壓力地下水松散地層超大直徑MJS工法樁施工控制工藝，具體工藝流程如圖4所示。

圖4 施工流程圖

3.1 場地受限新老混凝土接口處作業(yè)平臺搭建

受場地限制，在新老混凝土分界面的兩側，需施作臨時擋墻，并在擋墻內(nèi)側布置內(nèi)填土（底板以上1m厚采用粘土回填），來作為MJS工法樁的施作平臺，并搭接有混凝土板，保證施工平臺上側的施工安全。同時，在施工擋墻前，需要在底板和側墻對應的位置植筋，在距離底板4m處設置一排32mm的對拉鋼筋，加強土體的抗變形能力，需注意對拉鋼筋的位置應避開MJS引孔位置。MJS施工樁法平臺及臨時擋墻如圖5所示。

圖5 MJS工法樁施工平臺

3.2 鉆/引孔準備

首先需對新老結構分界處進行精確定位，并設置相應的引孔，為后續(xù)成孔鉆進提供作業(yè)基準。其中，定位引孔時，需注意引孔設備能鉆穿1m厚的鋼筋混凝土，建議成孔直徑0.25m左右。同時，為增強接縫邊角處的加固封堵效果，需在U型槽兩端補作超大直徑MJS工法樁，故首先需鑿除部分既有U型槽側墻鋼筋鋼筋混凝土，如圖2（a）所示。

3.3 工藝參數(shù)

結合現(xiàn)場臨湖富含有壓地下水粉砂性地層，經(jīng)專家論證和試樁確定MJS工法樁的具體施工工藝參數(shù)，樁徑為2400/2000mm,水灰比為1:1，水泥漿壓力為38～40MPa，漿液流量為90～130L/min,主空氣壓力為0.7～1.38MPa,主空氣流量為1.0～2.0Nm3/min，倒吸水壓力為0～20MPa，倒吸水流量為0～60L/min，銷孔水壓力為10～30MPa，成樁角度誤差不大于1/100，提升速度為40/20min/m。步距行程為25mm，步距提升時間為60、30s，轉速為3～4r/min，地內(nèi)壓力系數(shù)為1.3～1.6，水泥摻量為40%。

3.4 關鍵作業(yè)要點及控制方法

為確保超大直徑MJS工法樁施工效果，特別是依托工程場地受限、突涌水風險高，需嚴格遵循施工工藝流程開展施工，并注意一下作業(yè)要點：

（1）按照施工圖對單樁測量放樣，對地下障礙物進行有效清理，開挖寬度1～2m，深度1～3m左右并具有一定儲漿功能的溝槽。

（2）在主機就位前，需確保MJS主機基礎穩(wěn)固，防止因基礎沉降而影響施工。基礎穩(wěn)固后，通過吊車將MJS主機放置在指定位置，隨后接通主機電源，調(diào)整主機位置和方向，使MJS鉆頭底部中心對準套管中心，并伸縮支腿對主筋進行調(diào)平，并墊上方木。

（3）在確保系統(tǒng)在正常的情況下進行試噴，先將旋轉鉆頭至合適位置，然后主機操作人員聯(lián)系后臺操作人員開啟主空氣泵進行試噴，驗證鉆頭噴射的可行性。

（4）引孔時，先使用圓心筒引孔，再換用三葉鉆頭進行引孔，最后換用巖芯管結合金剛石鉆頭完成引孔。引孔抽查數(shù)量不得少于總樁數(shù)的30%。遇有垂直度不合格孔，必須進行修正再進行施工，且加密2倍頻率進行抽查，直到垂直度穩(wěn)定后恢復30%頻率。

（5）通過主機動力頭放置MJS鉆桿和鉆頭，而鉆桿的拼接以及鉆頭和地內(nèi)壓力監(jiān)視器的連接則通過吊車，并確認在鉆頭無荷載時監(jiān)視器顯示為0。在鉆頭和鉆桿的對接過程中，要認準檢查密封圈情況，看是否出現(xiàn)異常情況。鉆具應該下放至樁底標高，在每節(jié)鉆桿接長時連接地內(nèi)壓力數(shù)據(jù)線。

（6）MJS工法施工過程中，嚴格控制地內(nèi)壓力，排泥不暢及時處理，避免過度擾動周邊土體。為避免拆除臨時擋墻對保留的既有結構造成影響，西側擋墻拆除方式采用鏈條切割法，其中鋼筋需處理至不得突出結構表面，并進行防銹阻銹處理。

（7）鉆頭下鉆到一定深度后進行調(diào)零操作，然后設置好技術參數(shù)，主要有搖擺角度、引拔速度、回轉數(shù)等。噴射時首先用水向上噴射50cm，壓力設置為10MPa，同時把水切換成水泥漿，鉆桿再次下放到指定位置后開始向上噴射注漿。在噴漿過程若發(fā)現(xiàn)壓力不正常，應立即控制排漿閥大小使得地內(nèi)壓力在規(guī)定范圍內(nèi)。

4 施工效果

（1）現(xiàn)場共施作22根MJS工法樁，其中，側墻處施作2.4 m的樁兩根，接縫中部施作2m MJS工法樁20根，其噴射壓力達40MPa。經(jīng)成樁抽樣鉆芯檢測（圖6），成樁長度達到預定設計值；樁體混凝土修正強度達到0.8～1.2MPa；修正后標貫擊數(shù)不小于25，整體成樁效果優(yōu)良。

圖6 成樁芯樣

（2）后期施工監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，基坑土方開挖過程中MJS工法樁附近的觀測井水位未發(fā)現(xiàn)變化異常，圍護結構無明顯滲漏，成樁止水效果良好。

5 結束語

針對臨湖含有壓地下水松散地層以及場地受限條件下新老混凝土接口處地層高效加固與可靠止水處置措施難題，通過工法比選、試樁試驗等工程實踐的方法開展了應用研究。實踐表明，采用MJS工法樁可有效保證上述嚴苛環(huán)境下的地層高質(zhì)量加固要求，成樁與止水效果優(yōu)良。進一步，結合工程實踐，總結了MJS工法樁在依托工程背景條件下的工藝要點，可為類似工程提供參考。