全方位高压喷射工法施工技术分析

2016-07-04太武

地质装备 2016年3期

关键词：排泥成桩工法

太武

(河北省地矿局石家庄综合地质大队，河北石家庄　050085)

全方位高压喷射工法施工技术分析

太武

(河北省地矿局石家庄综合地质大队，河北石家庄050085)

摘要：本文分析了地基改良技术的发展趋势，指出在城市建设高速发展的今天，发展能适用于各种复杂工况条件的新型工艺的必要性，由此提出了一种全方位高压喷射工法(MJS工法)。作者在对传统施工工艺进行分析的基础上，对该工法的特点进行了系统介绍，为广大设计、施工者提供参考。

关键词:地基；改良；高压；旋喷

1引言

在超深基坑地基加固、地下连续墙止水、地铁盾构进出洞加固等领域施工中，目前国内主要采用深层搅拌桩、高压旋喷桩以及压密注浆等传统施工工艺。由于深层搅拌桩、高压旋喷桩等工法只适用于在常规地层垂直向施工，其加固直径、深度很难满足各种复杂工况下施工要求，且对周边环境影响较大。为解决此类施工技术难题，我公司从国外引入了一种全方位高压喷射工法，即MJS工法(MetroJetSystem)。

2高压喷射施工法的发展历史

注浆技术[1]有悠久的发展历史及广泛的用途，其加固的方法是在浆液的压力作用下对土体劈裂、渗透、压实达到注浆加固的目的，但是对于一些细小颗粒的砂性土通过劈裂难以达到一些工程的要求。因此，20世纪70年代，日本率先发明了旋喷注浆技术，它是通过高压喷射流切割土体并使水泥浆与土搅拌混合，形成水泥土加固的方法。这种方法喷射流所形成的加固体形状多种多样，较好地满足了工程中的加固要求，故此方法得到了迅速的推广。

我国20世纪70年代后期由于工业建设及市政工程的快速发展，一些深基坑的开挖开始采用旋喷注浆方法[2]；20世纪90年代地铁、隧道、高层建筑地下室等地下工程的发展，旋喷注浆技术的使用也随之增加，此时较多采用的是二重管或三重管[3]，加固体的直径可达0.8～1.5m；由于工程的需要，21世纪初进一步研究，通过加大喷射压力从而达到加大成桩直径的效果，开始采用类似于RJP工法的双高压喷射工法，高压水和高压泥浆均采用25MPa的压力，桩径也达到1.5～2.0m。这些喷射技术虽然能较好地满足常规工程要求，但其加固深度及桩径有限，并且排出的废泥浆较难处理，对环境的污染很大,施工对周边环境影响较大。随着国内隧道工程的发展及保护环境的要求提高，很多工程需采用水平、倾斜旋喷加固，并且对加固的深度、桩径以及施工过程中对周边环境的保护也有了更高的要求，因此国内开始引入MJS全方位高压旋喷工法[4]。

3常规高压喷射工法的优缺点分析

3.1环境污染

常规高压旋喷施工法排泥是通过气升效果，废泥由钻杆与原状土之间的间隙排出(图1)。但是，随着施工深度的增加，气升效果会越来越弱。另外，当间隙堵塞时，地基压力会增加，高压喷嘴的喷射效率下降，造成地面隆起等负作用。尤其是由于无法控制喷射注浆形成的较高地内压力，水泥浆沿地层缝隙向四周无规则游走，易在较大范围内造成对地下水与深部土层的污染(譬如，地墙外侧接缝处施工旋喷桩时，坑内降水井内冒浆，表明水泥浆的水平游走距离大)。

图1　常规高压旋喷桩排泥方法

3.2加固效果及可靠度差

目前，常规高压旋喷桩加固深度不超过50m，深部土层的加固效果与可靠性差，随施工深度加大，气升效果减弱，所以深部排泥困难，并且地基压力会增加，当深部喷嘴堵塞时，会大大降低喷射效率，见图2。

图2　常规高压旋喷桩喷嘴受压示意图

3.3相邻地面隆起量大、影响周边建筑环境

地基内部的泥水压力偏高是导致地面隆起的主要原因，并易导致毗邻地下结构物的侧向变形。地内压力偏高的原因是排泥不畅，钻孔四周的空隙被

泥浆封闭，地内压力无释放途径，同时又缺少控制地内压力的专用设备。

3.4常规高压旋喷桩的优点

现在使用较为广泛的常规高压旋喷桩也有其一定的优势，其施工效率相对较高，单价、成本相对较低，故在周边环境较为简单的工程中应用较为普遍。

4全方位高压喷射工法

全方位高压喷射工法(MJS工法)是在传统高压喷射注浆工艺的基础上，采用了独特的多孔管和前端造成装置，实现了孔内强制排浆和地内压力监测，并通过调整强制排浆量来控制地内压力，大幅度减少对环境的影响，而地内压力的降低也进一步保证了成桩直径。

MJS工法可以“全方位”进行高压喷射注浆施工，可进行水平、倾斜、垂直各方向、任意角度的施工；成桩桩径大，桩身质量好；对周边影响小，超深施工有保证；泥浆污染小，节能环保。

4.1全方位施工

MJS工法能实现全方位施工，即能进行垂直、水平、倾斜施工，如图3、4和5所示。

图3　MJS垂直施工实况图

图4　MJS水平施工实况图

图5　MJS倾斜施工实况图

4.2成桩截面体形状多变

MJS工法为摆喷施工，其成桩截面体形状多变，适应性强，见图6。

图6　MJS工法成桩截面示意图

4.3施工对环境影响小

MJS工法可以实施全方位施工的因素就是具有优秀的排泥处理能力。它采用多孔管钻进，多孔管中间有一个直径60mm的排泥管，在倒吸水和倒吸空气适配器的作用下，能将地下的废泥浆强制抽出。钻头上装有地内压力感应器和排泥阀门，并且能够自由控制排泥阀门大小，当地内压力显示不正常时，调整排泥阀门的大小可顺利的排出泥浆，将地内压力控制在合理的范围内。