MJS工法超長高壓旋噴樁在深基坑止水工程中的應用*

劉澄赤，卞睿凡，睢博棟

(1.浙江省地礦建設有限公司，浙江 杭州 310052； 2.同濟大學土木工程學院，上海 200092)

0 引言

隨著城市建設和深層地下空間的大規模開發利用，地下結構和設施越來越密集，深基坑降水和開挖對周圍環境的影響不容忽視。地下連續墻剛度大，止水效果良好，對周圍環境的影響較小，常作為基坑圍護結構和止水帷幕。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墻接縫處止水樁樁長，同時還需滿足環境控制要求。

常采用高壓旋噴樁進行地基處理，以達到提高土體強度、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，對周圍土體和建筑物的影響較大[2]。為此，在傳統高壓旋噴樁施工工藝的基礎上研發了MJS工法[3]。MJS工法可通過壓力監控系統和強制排泥系統有效調節鉆孔壓力，且可實現任意角度擺噴，從而減小對土體的擾動[4]。自2008年MJS工法從日本引進我國以來，逐漸應用于地基加固、基坑圍護、盾構端頭加固等工程中，取得了良好效果[5-7]。技術人員結合具體工程對MJS工法工藝和設備進行了改進，使該工法得到更廣泛的應用[8]，目前已應用于更深土層中。結合上海瑞虹新城10號地塊發展項目深基坑具體情況，對MJS工法超長高壓旋噴樁在深基坑止水工程中的應用進行研究。

1 工程概況

上海瑞虹新城10號地塊發展項目位于虹口區，東鄰虹鎮老街，西鄰瑞虹路及3號地塊基坑，南鄰天虹路，北鄰沙虹路及9號地塊基坑。10號地塊東西向長約225m，南北向寬約170m，總建筑面積約43萬m2。本工程基坑圍護結構采用超深地下連續墻，施工前采用三軸攪拌樁進行槽壁加固，地下連續墻接縫處采用MJS工法超長高壓旋噴樁進行止水加固。

本工程基坑距周圍道路及地下管線較近，東、西側地下管線較密集，東側場地紅線距地下管線最近距離約為12.5m，西側場地紅線距地下管線僅7.7m，北側距9號地塊基坑約13.5m，西側距3號地塊基坑約29.6m，東南角距地鐵4號線58.4m。為防止基坑圍護結構變形過大造成地下管線移動錯位、道路表面及周圍建筑物開裂，需進行地下連續墻接縫止水施工。

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

表1 土層物理力學參數

場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用

2.1 MJS工法施工

采用MJS工法施工時，鉆桿內的多孔管可實現多種功能，包括噴射高壓水泥漿、壓縮空氣和高壓水等，需對噴嘴附近的壓力進行監控。當噴嘴附近地內壓力過高時，排泥系統通過控制排泥口閥門調節排泥流量，降低鉆孔壓力，從而減小對環境的影響。在排泥口內部通過倒吸水和倒吸氣形成負壓，有利于廢漿及時排出，使地內壓力釋放。在多孔管實現地內壓力監控與強制排泥的基礎上，將帶有噴嘴的鉆桿通過鉆機下放至預定深度后，鉆桿以一定速度旋轉和提升，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結束施工，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

1)設備性能與施工精度要求高

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

2)地內壓力監控與強制排泥難度大

沿深度方向壓力感應器數值變化較大，需根據不同深度和土層性質調節地內壓力系數，以保證成樁質量。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，對地內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，受擾動后易流動抱死鉆桿，增加了鉆桿與土體摩阻力。另外，受鉆機扭矩、提升力等因素的限制，當土層中含有砂性土時，需預先設置鋼套管，鉆桿在鋼套管內施工，可在一定程度上避免發生坍孔、抱鉆事故，并在提升鉆桿的同時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行搭接旋噴，從而提高了施工質量。

2.2.2施工工藝流程

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

2)鉆機就位 利用枕木等搭設施工平臺，將鉆機擺放平整。

3)引孔 引孔直徑應≥250mm，孔深65m，鉆孔垂直度應≥1/300。引孔深度應較設計深度大30cm左右，引孔后利用高稠度泥漿置換孔內泥漿，進行護壁施工。

4)下放多孔管 認真檢查地內壓力監測器等是否正常工作，確認無誤后將多孔管下放至預定深度。

5)高壓旋噴注漿 多孔管以一定旋轉速度和提升速度旋噴成樁，每提升1節鉆桿及時進行拆卸、清洗，防止多孔管堵塞。除需保養多孔管外，還應注意觀察鉆孔壓力，如果壓力出現異常，應根據旋噴深度、土層性質等適當調整。

6)鉆機移位 旋噴至地表時結束注漿，拔管并清洗鉆桿，完成鉆機移位。

7)泥漿外運 由于排出泥漿較多，需將泥漿集中排至泥漿箱或儲存池，泥漿固結后挖出，外運至指定點進行處理。

3 應用效果分析

為進一步研究MJS工法超長高壓旋噴樁成樁質量，在基坑內側進行試樁試驗，觀察成樁直徑和樁身無側限抗壓強度。試樁試驗結果表明，基坑開挖至底部時，即距地表20m，成樁直徑可達2.55～2.80m，滿足設計需求。在不同深度處取3組試件進行無側限抗壓強度試驗，結果如表2所示。由表2可知，樁身無側限抗壓強度均>1.3MPa，滿足設計要求，可知成樁質量較好。

表2 樁身無側限抗壓強度試驗結果

為了解止水加固施工對周圍環境的影響，在試樁周圍典型位置埋設深層測斜管，并布置地表沉降觀測點。觀測結果表明，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工法進行止水加固施工對周圍環境的影響較小，施工質量較好。

4 結語

1)針對上海瑞虹新城10號地塊發展項目深基坑止水工程，基于工程特點與已有工程經驗，采用MJS工法超長高壓旋噴樁進行施工。當超深土層中存在砂性土時，為避免發生坍孔、抱鉆事故，可采用鋼套管護孔，在提升鉆桿的同時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行搭接旋噴，從而提高了施工質量。

2)試樁試驗結果表明，在20m深度處成樁直徑可達2.55～2.80m，且樁身無側限抗壓強度>1.3MPa，滿足設計要求，成樁質量較好。

3)地表沉降觀測結果表明，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工法進行止水加固施工對周圍環境的影響較小，施工質量較好。