MJS工法超长高压旋喷桩在深基坑止水工程中的应用*

刘澄赤，卞睿凡，睢博栋

(1.浙江省地矿建设有限公司，浙江 杭州 310052； 2.同济大学土木工程学院，上海 200092)

0 引言

随着城市建设和深层地下空间的大规模开发利用，地下结构和设施越来越密集，深基坑降水和开挖对周围环境的影响不容忽视。地下连续墙刚度大，止水效果良好，对周围环境的影响较小，常作为基坑围护结构和止水帷幕。受基坑深度、土层条件等因素制约，需增加基坑止水深度和地下连续墙接缝处止水桩桩长，同时还需满足环境控制要求。

常采用高压旋喷桩进行地基处理，以达到提高土体强度、刚度和渗透性的目的，高压旋喷桩也可作为止水帷幕[1]。但高压旋喷桩在施工过程中由于注入大量水泥浆，对周围土体和建筑物的影响较大[2]。为此，在传统高压旋喷桩施工工艺的基础上研发了MJS工法[3]。MJS工法可通过压力监控系统和强制排泥系统有效调节钻孔压力，且可实现任意角度摆喷，从而减小对土体的扰动[4]。自2008年MJS工法从日本引进我国以来，逐渐应用于地基加固、基坑围护、盾构端头加固等工程中，取得了良好效果[5-7]。技术人员结合具体工程对MJS工法工艺和设备进行了改进，使该工法得到更广泛的应用[8]，目前已应用于更深土层中。结合上海瑞虹新城10号地块发展项目深基坑具体情况，对MJS工法超长高压旋喷桩在深基坑止水工程中的应用进行研究。

1 工程概况

上海瑞虹新城10号地块发展项目位于虹口区，东邻虹镇老街，西邻瑞虹路及3号地块基坑，南邻天虹路，北邻沙虹路及9号地块基坑。10号地块东西向长约225m，南北向宽约170m，总建筑面积约43万m2。本工程基坑围护结构采用超深地下连续墙，施工前采用三轴搅拌桩进行槽壁加固，地下连续墙接缝处采用MJS工法超长高压旋喷桩进行止水加固。

本工程基坑距周围道路及地下管线较近，东、西侧地下管线较密集，东侧场地红线距地下管线最近距离约为12.5m，西侧场地红线距地下管线仅7.7m，北侧距9号地块基坑约13.5m，西侧距3号地块基坑约29.6m，东南角距地铁4号线58.4m。为防止基坑围护结构变形过大造成地下管线移动错位、道路表面及周围建筑物开裂，需进行地下连续墙接缝止水施工。

土层物理力学参数如表1所示，根据土层条件，地下连续墙须穿过⑤2层至更深的⑧1-2层，以保证基坑防渗效果。由于传统高压旋喷桩最大加固深度为55m，因此，地下连续墙接缝处采用MJS工法超长高压旋喷桩(桩长65m)进行止水加固。

表1 土层物理力学参数

场地浅部地下水属潜水类型，水位为0.800～1.500m，潜水水位受降雨、地表水影响发生变化。⑤2层为微承压含水层，水位一般为3.000～11.000m，呈周期性变化。基坑开挖深度为18.5～20.0m，基本位于⑤2层，该层对基坑突涌存在影响。⑦层与⑤2层相连，水头埋深与⑤2层一致，同样对基坑突涌存在影响。因此，需采取良好的隔水措施。

2 MJS工法超长高压旋喷桩的应用

2.1 MJS工法施工

采用MJS工法施工时，钻杆内的多孔管可实现多种功能，包括喷射高压水泥浆、压缩空气和高压水等，需对喷嘴附近的压力进行监控。当喷嘴附近地内压力过高时，排泥系统通过控制排泥口阀门调节排泥流量，降低钻孔压力，从而减小对环境的影响。在排泥口内部通过倒吸水和倒吸气形成负压，有利于废浆及时排出，使地内压力释放。在多孔管实现地内压力监控与强制排泥的基础上，将带有喷嘴的钻杆通过钻机下放至预定深度后，钻杆以一定速度旋转和提升，喷嘴喷出的高压水泥浆高速切割土体，被破坏的土体与喷射的水泥浆搅拌混合，随钻杆提升至接近地表时结束施工，水泥土混合浆液凝固后形成MJS工法高压旋喷桩。

2.2 超长高压旋喷桩止水加固施工

2.2.1施工难点

1)设备性能与施工精度要求高

本工程钻孔深度较大，对钻机扭矩的要求较高，钻孔难度较大。多孔管钻杆置入超深土层时，钻杆长细比过大，成孔垂直度控制难度较大。

2)地内压力监控与强制排泥难度大

沿深度方向压力感应器数值变化较大，需根据不同深度和土层性质调节地内压力系数，以保证成桩质量。在超深土层施工过程中，由于排泥距离较大，增加了排泥难度，对地内压力可控性造成影响。

3)钢套管选择与安装难度较大

随着钻孔深度的增加，钻杆与土体摩阻力增大。砂性土自立性差，受扰动后易流动抱死钻杆，增加了钻杆与土体摩阻力。另外，受钻机扭矩、提升力等因素的限制，当土层中含有砂性土时，需预先设置钢套管，钻杆在钢套管内施工，可在一定程度上避免发生坍孔、抱钻事故，并在提升钻杆的同时利用拔管器同步提升钢套管，以提高施工效率，避免分步提升钢套管后进行搭接旋喷，从而提高了施工质量。

2.2.2施工工艺流程

1)沟槽开挖 施工前进行测量放线，以桩心为中心，开挖宽约0.8m、深1m沟槽。

2)钻机就位 利用枕木等搭设施工平台，将钻机摆放平整。

3)引孔 引孔直径应≥250mm，孔深65m，钻孔垂直度应≥1/300。引孔深度应较设计深度大30cm左右，引孔后利用高稠度泥浆置换孔内泥浆，进行护壁施工。

4)下放多孔管 认真检查地内压力监测器等是否正常工作，确认无误后将多孔管下放至预定深度。

5)高压旋喷注浆 多孔管以一定旋转速度和提升速度旋喷成桩，每提升1节钻杆及时进行拆卸、清洗，防止多孔管堵塞。除需保养多孔管外，还应注意观察钻孔压力，如果压力出现异常，应根据旋喷深度、土层性质等适当调整。

6)钻机移位 旋喷至地表时结束注浆，拔管并清洗钻杆，完成钻机移位。

7)泥浆外运 由于排出泥浆较多，需将泥浆集中排至泥浆箱或储存池，泥浆固结后挖出，外运至指定点进行处理。

3 应用效果分析

为进一步研究MJS工法超长高压旋喷桩成桩质量，在基坑内侧进行试桩试验，观察成桩直径和桩身无侧限抗压强度。试桩试验结果表明，基坑开挖至底部时，即距地表20m，成桩直径可达2.55～2.80m，满足设计需求。在不同深度处取3组试件进行无侧限抗压强度试验，结果如表2所示。由表2可知，桩身无侧限抗压强度均>1.3MPa，满足设计要求，可知成桩质量较好。

表2 桩身无侧限抗压强度试验结果

为了解止水加固施工对周围环境的影响，在试桩周围典型位置埋设深层测斜管，并布置地表沉降观测点。观测结果表明，止水加固施工引起的地表竖向位移<2.22mm、距试桩边界1m处深层土体最大水平位移约为12.5mm、距试桩边界6m处深层土体最大水平位移<4mm。总体来说，在深层软土中采用MJS工法进行止水加固施工对周围环境的影响较小，施工质量较好。

4 结语

1)针对上海瑞虹新城10号地块发展项目深基坑止水工程，基于工程特点与已有工程经验，采用MJS工法超长高压旋喷桩进行施工。当超深土层中存在砂性土时，为避免发生坍孔、抱钻事故，可采用钢套管护孔，在提升钻杆的同时利用拔管器同步提升钢套管，以提高施工效率，避免分步提升钢套管后进行搭接旋喷，从而提高了施工质量。

2)试桩试验结果表明，在20m深度处成桩直径可达2.55～2.80m，且桩身无侧限抗压强度>1.3MPa，满足设计要求，成桩质量较好。

3)地表沉降观测结果表明，止水加固施工引起的地表竖向位移<2.22mm、距试桩边界6m处深层土体最大水平位移<4mm，可知在深层软土中采用MJS工法进行止水加固施工对周围环境的影响较小，施工质量较好。