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(tuán)有限公司，山西 太原 030000;2.中南大學(xué)土木工程學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙 410075;3.中鐵十二局集團(tuán)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(jìn)程需要，有必要對(duì)部分舊有基礎(chǔ)設(shè)施開(kāi)展重建改造工作。而重建工作中，不可避免會(huì)產(chǎn)生新、老混凝土結(jié)構(gòu)的施工接口，稍有處理不當(dāng),則極易破壞結(jié)構(gòu)的整體性，成為工程結(jié)構(gòu)受力和防水的薄弱點(diǎn)。而對(duì)于路塹、U型槽、基坑等低于地面的結(jié)構(gòu)，因其嵌固于地層，通常容易受地下水侵蝕擾動(dòng)，對(duì)于接縫防水及結(jié)構(gòu)受力要求更為嚴(yán)格。因此，需采用嚴(yán)格基底地層加固措施，以降低地層滲透性，抑制水土壓力對(duì)接縫的侵?jǐn)_。

在建312國(guó)道蘇州東段改擴(kuò)建工程為一典型的新—老混凝土接口工程。該工程位于陽(yáng)澄湖岸，地處粘性土和夾砂土層中，受陽(yáng)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(yùn)營(yíng)防水效果，需對(duì)新老混凝土接口處基底地層進(jìn)行加固處置。本文即是依托該工程，針對(duì)壓力地下水條件下地層高質(zhì)量加固工藝開(kāi)展實(shí)踐研究，以解決依托工程實(shí)際難題。

1 依托工程介紹

1.1 工程概況

312國(guó)道蘇州東段改擴(kuò)建工程——星華街下穿改造工程，全長(zhǎng)1160.9m，位于蘇州市工業(yè)園區(qū)星華街和G312立交處，見(jiàn)圖1。受線位分布等因素限制，既有星華街下穿以東敞開(kāi)段部分（既有U型槽結(jié)構(gòu)）需拆除，星華街暗埋段及以西部分不動(dòng)，U型槽結(jié)構(gòu)側(cè)墻、底板均采用C35混凝土澆筑，東西長(zhǎng)162m，寬約32.3～35.30m，基坑開(kāi)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(hù)及放坡開(kāi)挖，見(jiàn)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(chǎng)地周邊環(huán)境空曠，北側(cè)約68m為京滬高鐵，見(jiàn)圖1。施工場(chǎng)地整體位于太湖沖湖及瀉湖相沉積平原，地勢(shì)平坦，據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，場(chǎng)區(qū)內(nèi)第四系覆蓋層厚度可達(dá)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(jiàn)圖2。同時(shí)，工程位于長(zhǎng)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(shè)計(jì)圖

1.3 工程難點(diǎn)分析

因工程臨近陽(yáng)澄湖，存在無(wú)限補(bǔ)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(wú)必要的地下水治理措施，一旦既有U型槽結(jié)構(gòu)拆除，將導(dǎo)致基底大面積涌水，可以預(yù)見(jiàn)基坑開(kāi)挖后存在突涌失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。

為此，工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)既有結(jié)構(gòu)的拆除以及新建結(jié)構(gòu)的重建之前進(jìn)行了重點(diǎn)研討，設(shè)計(jì)了灌注樁+三軸攪拌樁聯(lián)合地層加固措施。但受實(shí)際施工場(chǎng)地限制，施工過(guò)程中，在本工程新老混凝土結(jié)構(gòu)接口部位難以實(shí)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(jié)構(gòu)接口處施工安全，需在基底破拆改建之前，對(duì)該處地基采取高可靠性的地層加固措施。項(xiàng)目實(shí)施之初，針對(duì)該工程難點(diǎn)，分別考慮地層富含有壓地下水、補(bǔ)給充足、場(chǎng)地受限等工程條件，開(kāi)展了必要的工藝比選和專家研討。

對(duì)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(jī)械占空間較大，且封堵成樁效果通常不理想；高壓旋噴樁對(duì)土層擾動(dòng)較大，容易導(dǎo)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(lái)，眾多控制嚴(yán)格的接縫工程中，開(kāi)始采用MJS工法來(lái)形成可靠地基加固封堵，以減少地下環(huán)境對(duì)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(duì)于高壓旋噴工藝，其改進(jìn)了多孔管和前端裝置，能實(shí)現(xiàn)地內(nèi)壓力監(jiān)測(cè)、強(qiáng)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(shí)能減少地層的擾動(dòng)、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(jìn)中國(guó)，在國(guó)內(nèi)得到了良好的應(yīng)用，特別是在地鐵車站端頭井、接縫等控制要求較為嚴(yán)格的區(qū)域應(yīng)用最多。如，宋歡[4]針對(duì)SMW工法樁斷口處，采用MJS旋噴工藝進(jìn)行修補(bǔ)，后在基坑開(kāi)挖中證實(shí)安全可行；朱小龍[5]將MJS工法應(yīng)用于地鐵施工保護(hù)，實(shí)踐表明MJS工法可有效抑制地鐵設(shè)施變形。劉其成等[6]將MJS工法應(yīng)用于富水砂層中的接收井端頭加固。

由此可見(jiàn)，大量工程實(shí)踐已證明MJS工藝在一些對(duì)地層加固效果要求極高的特殊節(jié)點(diǎn)工程應(yīng)用中取得了良好的實(shí)施效果。為此，經(jīng)反復(fù)論證和現(xiàn)場(chǎng)試樁（實(shí)測(cè)試樁有效直徑達(dá)到2.4m，質(zhì)量可靠，見(jiàn)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(jié)合依托工程新老混凝土接口部位場(chǎng)地受限等特征，經(jīng)工程實(shí)踐，總結(jié)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(chǎng)地受限新老混凝土接口處作業(yè)平臺(tái)搭建

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

圖5 MJS工法樁施工平臺(tái)

3.2 鉆/引孔準(zhǔn)備

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

3.3 工藝參數(shù)

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)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(shí)間為60、30s，轉(zhuǎn)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(guān)鍵作業(yè)要點(diǎn)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(chǎng)地受限、突涌水風(fēng)險(xiǎn)高，需嚴(yán)格遵循施工工藝流程開(kāi)展施工，并注意一下作業(yè)要點(diǎn)：

（1）按照施工圖對(duì)單樁測(cè)量放樣，對(duì)地下障礙物進(jìn)行有效清理，開(kāi)挖寬度1～2m，深度1～3m左右并具有一定儲(chǔ)漿功能的溝槽。

（2）在主機(jī)就位前，需確保MJS主機(jī)基礎(chǔ)穩(wěn)固，防止因基礎(chǔ)沉降而影響施工?；A(chǔ)穩(wěn)固后，通過(guò)吊車將MJS主機(jī)放置在指定位置，隨后接通主機(jī)電源，調(diào)整主機(jī)位置和方向，使MJS鉆頭底部中心對(duì)準(zhǔn)套管中心，并伸縮支腿對(duì)主筋進(jìn)行調(diào)平，并墊上方木。

（3）在確保系統(tǒng)在正常的情況下進(jìn)行試噴，先將旋轉(zhuǎn)鉆頭至合適位置，然后主機(jī)操作人員聯(lián)系后臺(tái)操作人員開(kāi)啟主空氣泵進(jìn)行試噴，驗(yàn)證鉆頭噴射的可行性。

（4）引孔時(shí)，先使用圓心筒引孔，再換用三葉鉆頭進(jìn)行引孔，最后換用巖芯管結(jié)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(jìn)行修正再進(jìn)行施工，且加密2倍頻率進(jìn)行抽查，直到垂直度穩(wěn)定后恢復(fù)30%頻率。

（5）通過(guò)主機(jī)動(dòng)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(guò)吊車，并確認(rèn)在鉆頭無(wú)荷載時(shí)監(jiān)視器顯示為0。在鉆頭和鉆桿的對(duì)接過(guò)程中，要認(rèn)準(zhǔn)檢查密封圈情況，看是否出現(xiàn)異常情況。鉆具應(yīng)該下放至樁底標(biāo)高，在每節(jié)鉆桿接長(zhǎng)時(shí)連接地內(nèi)壓力數(shù)據(jù)線。

（6）MJS工法施工過(guò)程中，嚴(yán)格控制地內(nèi)壓力，排泥不暢及時(shí)處理，避免過(guò)度擾動(dòng)周邊土體。為避免拆除臨時(shí)擋墻對(duì)保留的既有結(jié)構(gòu)造成影響，西側(cè)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(jié)構(gòu)表面，并進(jìn)行防銹阻銹處理。

（7）鉆頭下鉆到一定深度后進(jìn)行調(diào)零操作，然后設(shè)置好技術(shù)參數(shù)，主要有搖擺角度、引拔速度、回轉(zhuǎn)數(shù)等。噴射時(shí)首先用水向上噴射50cm，壓力設(shè)置為10MPa，同時(shí)把水切換成水泥漿，鉆桿再次下放到指定位置后開(kāi)始向上噴射注漿。在噴漿過(guò)程若發(fā)現(xiàn)壓力不正常，應(yīng)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(chǎng)共施作22根MJS工法樁，其中，側(cè)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(dá)40MPa。經(jīng)成樁抽樣鉆芯檢測(cè)（圖6），成樁長(zhǎng)度達(dá)到預(yù)定設(shè)計(jì)值；樁體混凝土修正強(qiáng)度達(dá)到0.8～1.2MPa；修正后標(biāo)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(cè)發(fā)現(xiàn)，基坑土方開(kāi)挖過(guò)程中MJS工法樁附近的觀測(cè)井水位未發(fā)現(xiàn)變化異常，圍護(hù)結(jié)構(gòu)無(wú)明顯滲漏，成樁止水效果良好。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)臨湖含有壓地下水松散地層以及場(chǎng)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(guò)工法比選、試樁試驗(yàn)等工程實(shí)踐的方法開(kāi)展了應(yīng)用研究。實(shí)踐表明，采用MJS工法樁可有效保證上述嚴(yán)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(jìn)一步，結(jié)合工程實(shí)踐，總結(jié)了MJS工法樁在依托工程背景條件下的工藝要點(diǎn)，可為類似工程提供參考。