薛清濤

摘?要：某明挖地鐵車站出入口基坑位于既有盾構(gòu)區(qū)間正上方且鄰近年嘉湖，部分基底處于地下水豐富的砂卵石層與泥質(zhì)粉砂巖交界處，用MJS工法對(duì)上跨段基坑內(nèi)和基坑外土體進(jìn)行了加固?，F(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過(guò)試樁，獲取了正確的施工參數(shù)，取得了很好的加固和止水效果，上跨段基坑實(shí)現(xiàn)了分段垂直開挖，減小了既有盾構(gòu)隧道的上浮，加快了基坑施工速度，值得類似工程借鑒參考。

關(guān)鍵詞：基坑;MJS工法樁;試樁;上跨既有隧道;加固止水

文章編號(hào)：2095-4085（2020）08-0109-04

目前，常用的基坑加固及止水方式有凍結(jié)法、深層攪拌樁、高壓旋噴樁、袖閥管注漿、WSS注漿等方法，這些土體加固方法都有一個(gè)共同的特點(diǎn)如后。施工過(guò)程中地內(nèi)壓力不可控，容易造成地面隆起、地表開裂等，影響周圍建（構(gòu)）筑物、地下管線設(shè)施的正常使用，甚至產(chǎn)生較為嚴(yán)重的破壞[1]。本工程地鐵出入口基坑正下方為已鋪軌試運(yùn)行的盾構(gòu)隧道，基坑開挖過(guò)程需采取措施防止區(qū)間隧道上浮及選取切實(shí)有效的止水方式防止樁間滲漏，提高基坑施工速度。

MJS工法是在原來(lái)高壓噴射注漿工藝基礎(chǔ)上，采用獨(dú)特的多孔管和強(qiáng)制排泥裝置，實(shí)現(xiàn)了泥漿強(qiáng)制排放和地內(nèi)壓力監(jiān)測(cè)，不僅成樁直徑大、質(zhì)量好，還能減少對(duì)周邊環(huán)境的影響。

本文通過(guò)介紹MJS工法在該基坑工程中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，希望此工法能在類似工程施工及設(shè)計(jì)中得到更廣泛的應(yīng)用。

1?工程概況

長(zhǎng)沙地鐵3號(hào)線烈士公園東站主體結(jié)構(gòu)已施工完成并恢復(fù)路面，4號(hào)出入口位于車站主體結(jié)構(gòu)西南角，基坑平面形狀呈L型，采用明挖法施工，設(shè)置一道混凝土支撐，兩道鋼支撐?；咏又黧w一側(cè)與既有盾構(gòu)隧道位置平行，基坑上跨長(zhǎng)度23m，盾構(gòu)區(qū)間管片外徑3000mm，厚度50cm，管片頂部距離基底1.8～2.2m，4號(hào)出入口平面位置見圖1。

原設(shè)計(jì)工況為完成出入口結(jié)構(gòu)施工后再進(jìn)行盾構(gòu)施工，但受4號(hào)出入口管線遷改影響，盾構(gòu)區(qū)間貫通后才進(jìn)行區(qū)間上部圍護(hù)樁施工，隧道區(qū)間鋪軌完成并進(jìn)行試運(yùn)行后尚未開始基坑開挖。

出入口與隧道位置關(guān)系MIB模型見圖2。

1.1?地質(zhì)水文情況

開挖范圍地層依次為①雜填土，厚度4.5m～6.7m;②淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，深度2.2～6.2m;③粉質(zhì)黏土，最大厚度6.6m;④細(xì)砂、圓礫，平均厚度1.8m;⑤殘積質(zhì)粉質(zhì)黏土，厚度0.5m;⑥強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。富水地層為砂卵石與泥質(zhì)粉砂巖軟硬交界處。

1.2?周邊環(huán)境

基坑北側(cè)為12層的冰火樓小高層建筑，地下室一層，埋深4～5m，離基坑最近距離3m;南側(cè)為晚報(bào)大道，離基坑最近距離1 m;西側(cè)為年嘉湖，離基坑最近距離200m。基坑外管線：6根10kV電力線、1根DN400自來(lái)水、1根DN1500的污水管。

2?工程重難點(diǎn)分析

（1）基坑鄰近年嘉湖，開挖后存在水系連通的可能。確保砂卵石層與泥質(zhì)粉砂巖軟硬交接處不發(fā)生滲漏，保證基坑開挖及結(jié)構(gòu)施工速度是本工程的重點(diǎn)。

（2）盾構(gòu)區(qū)間提前完成，造成工況改變，導(dǎo)致隧道上方圍護(hù)樁嵌固深度不足，將引起圍護(hù)樁踢腳穩(wěn)定性不足，如何提高基坑內(nèi)被動(dòng)區(qū)土體反力至關(guān)重要。

（3）因盾構(gòu)區(qū)間正上方覆土厚度較?。?.8～2.2m），基坑開挖后圍護(hù)樁受力變形傳給盾構(gòu)隧道的水平附加應(yīng)力，加上隧道頂部基坑開挖卸載作用，將可能造成盾構(gòu)隧道向中間擠壓變形，如何采取措施防止隧道上浮是重中之重。

綜上所述，基坑開挖前必須采取行之有效的方法，保證基坑加固及樁間止水效果。

3?MJS工法的具體應(yīng)用

3.1?必要性分析

本工程施工選擇MJS工法的主要原因有以下幾個(gè)方面。

（1）根據(jù)東側(cè)附屬基坑開挖的暴露情況，雙管旋噴樁和三管旋噴樁在砂卵石層與泥質(zhì)粉砂巖交界處止水效果較差，達(dá)不到預(yù)期的止水效果，造成基坑開挖、清底難度非常大，降低了工效。

（2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，場(chǎng)地較小，不適用于三軸攪拌樁等體積較大的設(shè)備進(jìn)行施工，MJS工法設(shè)備小，對(duì)施工區(qū)域需求不大。

（3）MJS工法有強(qiáng)制排泥裝置，地內(nèi)壓可控，不僅可以減少對(duì)盾構(gòu)管片的影響而且成樁直徑大加固效果好，加固體強(qiáng)度高，能夠有效增加被動(dòng)區(qū)土壓力。如圖3所示。

（4）MJS工法施工自動(dòng)化程度高，施工參數(shù)均可以可以提前設(shè)定，能夠減少勞動(dòng)強(qiáng)度和人為原因帶來(lái)的質(zhì)量問(wèn)題[2]。

3.2?MJS工法主要原理

MJS工法采用多孔鉆桿和帶有強(qiáng)制排泥裝置的鉆頭。鉆桿中心有專用的排泥通道，由于倒吸水流的作用，使排泥口的內(nèi)部與外部形成壓力差，外面的泥漿被強(qiáng)制吸入，垂直向上的空氣流和水流壓力推動(dòng)泥漿排至地面。如圖4～圖5所示。

另外，在MJS鉆頭的圓形噴口周圍有一個(gè)環(huán)形的空氣噴射環(huán)，在水泥漿射流的周圍形成了空氣保護(hù)膜，這種噴射方法用在土體或液體介質(zhì)中噴射時(shí)，可減少噴射壓力的衰減，使之盡可能接近在空氣中噴射時(shí)的壓力衰減率，從而擴(kuò)大噴射半徑。

3.3?設(shè)計(jì)概況及參數(shù)要求

MJS工法樁設(shè)計(jì)樁徑2m，中心間距1.2m，基坑內(nèi)上跨隧道范圍共布置131根樁，基坑內(nèi)加固范圍為基底以下1m，基底以上3m，有效樁長(zhǎng)4m?；油夤膊贾弥顾畼?9根，止水樁底部深入巖層以下0.5m，頂設(shè)部加固至砂層以上0.5m，有效樁長(zhǎng)2.5～4.0m。另外，為防止出入口斜坡段開挖時(shí)滲漏水，基坑內(nèi)設(shè)置4根封端樁，封端樁加固范圍同樁外止水樁。

設(shè)計(jì)要求：注漿壓力≤40MPa，空氣壓力0.7MPa，地內(nèi)壓制范圍0.1～0.3MPa，水灰比1 ∶1，水泥漿用量2m3/m，提升速度15min/m，鉆桿旋轉(zhuǎn)速度4r/min，漿液流量85L～100L/min。

3.4?主要施工流程

（1）引孔?本MJS主機(jī)不具備引孔功能，采用專用鉆機(jī)引孔，鉆孔直徑≥200mm，基坑內(nèi)加固時(shí)，遇到支撐位置對(duì)樁位進(jìn)行局部調(diào)整，保證孔位偏差不超過(guò)20mm。由于噴漿孔高于鉆桿底部50cm，成孔深度要比設(shè)計(jì)實(shí)樁樁底標(biāo)高深50m，同時(shí)嚴(yán)控成孔底標(biāo)高，防止對(duì)盾構(gòu)管片的損害。

（2）護(hù)壁?根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，地層中含有淤泥層及砂卵石層，成孔過(guò)程中容易塌孔，現(xiàn)場(chǎng)使用膨潤(rùn)土進(jìn)行造漿，利用鉆機(jī)的循環(huán)泥漿功能有效的防止孔壁坍塌。

（3）下放鉆桿?引孔鉆機(jī)移除后，使用吊車將MJS主機(jī)吊裝對(duì)準(zhǔn)孔位，利用主機(jī)自身調(diào)平功能進(jìn)行調(diào)平。主機(jī)支腿底部務(wù)必保證地基堅(jiān)實(shí)，主機(jī)下部可以鋪設(shè)強(qiáng)度較高的路基板作為支撐。鉆桿下放困難時(shí)需重新引孔或打開切削水鉆進(jìn)，嚴(yán)禁使用主機(jī)液壓系統(tǒng)強(qiáng)制將鉆桿壓入。

（4）參數(shù)設(shè)置?鉆桿下放到設(shè)計(jì)位置后，開始校零，使表盤“0”刻度、高壓噴嘴、鉆桿上豎線標(biāo)識(shí)處于同一條直線，然后設(shè)定好提升速度、回轉(zhuǎn)次數(shù)、噴射角度等開始噴漿作業(yè)。

（5）噴漿提升?噴頭到達(dá)預(yù)定深度后，先開倒吸氣和倒吸水，確認(rèn)強(qiáng)制排漿正常時(shí)，開啟高壓水泥泵并逐步增壓，直到達(dá)到指定壓力才可開始提升。

（6）鉆桿拆卸、鉆機(jī)移位?成樁深度較深的時(shí)候，鉆桿需要隨提升（一般不超過(guò)4.5m）隨拆解，鉆桿拆解過(guò)程中需要注意檢查密封圈的完成性，鉆桿拆解后必須及時(shí)用清水沖洗防止鉆桿堵塞。本工程加固深度較淺，可以在單樁施工完成后再進(jìn)行鉆桿拆解。

3.5?主要材料及設(shè)備

MJS工法采用42.5級(jí)散裝普通硅酸鹽水泥，水泥漿攪拌用水為自來(lái)水，自來(lái)水流量需滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求，現(xiàn)場(chǎng)接入流量>25m3/h。

設(shè)備配置詳見表1。

3.6?試樁施工及施工參數(shù)確定

根據(jù)場(chǎng)地實(shí)際情況，選取基坑內(nèi)22#樁（360°噴射）和基坑外06#樁（180°噴射）進(jìn)行試樁，試樁位置見圖6。試驗(yàn)樁施工參數(shù)：提升速度2～2.5cm/min，注漿壓力38～40MPa，水灰比1 ∶1，漿液流量88L～91L/min，主空氣壓力0.8～1.0MPa，倒吸水壓力20MPa。

試樁完成15d后，為檢驗(yàn)試驗(yàn)樁的施工質(zhì)量情況，分別對(duì)基坑外06#樁、基坑內(nèi)10#樁進(jìn)行了抽芯檢測(cè)取樣。抽樣位置分別為離樁位中心600mm、1200mm。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際抽樣結(jié)果分析，MJS工法樁在試驗(yàn)樁的施工參數(shù)下進(jìn)行施工擴(kuò)散直徑至少可達(dá)2.4m，尤其在砂卵石層中水泥與砂子及卵石凝結(jié)效果更好，芯樣強(qiáng)度更高，試驗(yàn)樁施工15d后的芯樣如圖6所示。

3.7?現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題及解決措施

（1）廢漿處理。MJS工法排泥量大，實(shí)樁范圍內(nèi)的土體被水泥漿1 ∶1置換并強(qiáng)制排出，高峰時(shí)段現(xiàn)場(chǎng)配置了2臺(tái)MJS設(shè)備進(jìn)行施工，設(shè)備排泥量可達(dá)20m3/h，廢棄泥漿稠度很大，自然沉淀耗時(shí)長(zhǎng)，廢漿不能直接排入市政管道。長(zhǎng)沙地區(qū)白天泥漿無(wú)法外運(yùn)，只能趁晴天夜間外運(yùn)，大量廢漿泥漿不僅影響了施工進(jìn)度還占用了寶貴的施工場(chǎng)地。

現(xiàn)場(chǎng)采用了絮凝劑沉淀和生石灰固化結(jié)合處理法。泥漿水中加入陰離子懸浮劑-聚丙烯酰胺（PAM），利用施工機(jī)械或泥漿泵循環(huán)使PAM與泥漿水充分混合。由于泥漿水是一種水中含有一定量的微細(xì)泥顆粒的懸浮液體，高分子絮凝劑是一類水溶性的高聚物，將其與泥漿水混合時(shí)，由于絮凝劑具有架橋、網(wǎng)捕、吸附和電性中和等功能，可以破壞泥漿水的穩(wěn)定性，使泥顆粒從水中迅速凝聚、沉降，從而達(dá)到泥水分離效果，泥漿沉淀后上層清液可以直接排放[3]。

上層清液抽排后，將生石灰拌入泥漿中，在挖機(jī)的強(qiáng)制攪拌作用下使泥漿快速失水固化，達(dá)到直接裝車外運(yùn)的目的。

（2）周邊環(huán)境保護(hù)。項(xiàng)目屬長(zhǎng)沙市重點(diǎn)項(xiàng)目，出入口位置位于車站北路與晚報(bào)大道交叉口且周邊均為高檔小區(qū)，出入口上跨盾構(gòu)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)大，項(xiàng)目受關(guān)注度、文明施工要求高，針對(duì)上述情況采取如下措施。

①嚴(yán)格按照MJS試樁得到施工參數(shù)進(jìn)行施工，尤其注重地內(nèi)壓力的控制，防止地內(nèi)壓過(guò)大造成地表隆起，管線變形。

②布設(shè)噴淋管道、霧炮機(jī)等除塵降塵設(shè)備并保持噴漿時(shí)開啟狀態(tài)，尤其在水泥罐自動(dòng)加注水泥，泥漿加生石灰攪拌進(jìn)行處理時(shí)有效控制了現(xiàn)場(chǎng)揚(yáng)塵。

③在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電機(jī)煙囪及散熱口處設(shè)置了降噪裝置，夜間22：00以后停止施工，防止噪音擾民。

④加強(qiáng)周邊管線、既有隧道、建筑物的監(jiān)測(cè)。專門針對(duì)下方隧道采用了智能化監(jiān)測(cè)手段，在基坑正下方的隧道內(nèi)布設(shè)了拱頂、道床、拱腰等變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，利用智能化監(jiān)測(cè)手段安全方便的實(shí)現(xiàn)了對(duì)隧道的24h監(jiān)測(cè)。

（3）噴漿串孔。MJS成樁直徑大，噴漿時(shí)易發(fā)生串孔。噴漿串孔一是影響上個(gè)樁位的成樁質(zhì)量，二是串孔施工使孔位堵塞，MJS主機(jī)鉆桿無(wú)法順利下放到位，需要二次引孔。為避免這種情況，現(xiàn)場(chǎng)引孔按照隔一引一或隔二引一，防止串孔發(fā)生。

4?實(shí)施效果

根據(jù)4號(hào)出入口基坑開挖階段現(xiàn)場(chǎng)揭示的情況，上跨段范圍采用MJS工法加固效果很好，各樁體相互嵌固，強(qiáng)度較高（28d抽芯單軸無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度3MPa，滿足設(shè)計(jì)不小于1.5MPa的要求），單純挖掘機(jī)開挖困難，需要炮機(jī)破碎后再開挖;同時(shí)，樁外止水效果較好，基底無(wú)較大滲漏點(diǎn)。上跨段基坑順利實(shí)現(xiàn)了垂直開挖、留土壓重、分段進(jìn)行結(jié)構(gòu)施工的目的。根據(jù)第三方監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，隧道累計(jì)最大上浮2.5mm，小于《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》（CJJ/T 202—2013）中的預(yù)警值10mm及控制值20mm。

5?結(jié)?論

在缺乏上跨既有盾構(gòu)隧道出入口基坑施工經(jīng)驗(yàn)的情況下，采用MJS工法對(duì)基坑內(nèi)進(jìn)行加固和樁外止水取得了預(yù)期效果，雖然MJS工法樁費(fèi)用較傳統(tǒng)旋噴樁價(jià)格較高，但取得了良好的加固效果，減小了隧道上浮，順序完成了上跨段出入口基坑及結(jié)構(gòu)施工，贏得了監(jiān)理和業(yè)主單位的認(rèn)可。

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