MJS及RJP高压旋喷注浆法加固地层技术试验

徐志恒

【摘 要】本工程通过采用MJS及RJP工法对紧邻地铁周边环境基坑围护结构进行微扰动加固,同时对基坑降承压水采用一种RJP工法封底加固替代抽降承压水的新工艺.解决承压水抗突涌稳定问题,可以减少止水帷幕的插入深度,并减少对周边既有设施的扰动.该方法在邻近地铁设施的深基坑工程中取得了良好的实践效果.

【期刊名称】《低温建筑技术》

【年(卷),期】2018(040)005

【总页数】6页(P140-144,148)

【关键词】MJS工法;RJP工法;承压水

【作 者】徐志恒

【作者单位】张家港市骏马房地产开发有限公司中, 江苏 张家港 215600

【正文语种】中 文

【中图分类】TU753.8

0 引言

超高压喷射注浆加固技术自二十世纪70年代在日本问世以来，已经在全世界工程领域得到了广泛的应用，随着技术水平和机械设备的发展，超高压旋喷注浆加固技术也已相对成熟，目前在我国上海、天津、杭州、深圳、厦门、武汉、福州等城市的建设中都有较广泛的成功应用，相比常规注浆技术，该项技术具有适用范围广、工艺简单、质量可靠、固结体形状可控、对周边地基扰动小、经济环保等诸多优势。但是，截止目前，该项技术主要在粉土、粘土、粉细砂等细颗粒地层中应用，取得了良好的效果，而该项技术一直缺乏相关试验研究，该种尝试甚至于在国际上也为数不多，很难查得相关资料，其应用价值尚未引起重视。本次试验研究的意义主要有以下几方面：

（1） 通过试验探索超高压旋喷注浆加固技术在上海等软土地区进行地层加固和止水加固的可行性、可靠性，为今后在设计、施工中的难题提供安全可靠的方案，保障工程顺利安全实施。

（2） 通过试验探索超高压旋喷注浆加固技术在淤泥层、粘土层、粉质粘土层及粉砂层加固的可行性、可靠性，为超高压旋喷注浆加固技术在上海及类似地层区域的工程中更广泛地应用提供实践经验和技术支持。

（3） 通过试验探索超高压旋喷注浆加固技术施工时对周边环境的影响，进一步探究其在临近建筑加固中的应用技术。

（4） 通过试验研究，合理指导后续类似工程的设计和实施，以适应市政、民用等大规模建设的需要。

（5） 为降低或控制类似工程投资、控制施工安全风险、提高工程质量提供工程实践经验和理论依据。

1 工程概况

拟建星港国际中心位于上海虹口区，东至海门路、南至东大名路、西至公平路、北至东长治路；土地总面积40577.4m2；项目由2幢240m高的办公楼，和一座4层的主体商业中心组成，其中计容建筑面积243480m2，地下室面积为163019m2，总建筑面积4099m2（其中商业中心面积约11万m2），见图1。

图1 基坑总平面布置图

本工程属超高层复杂结构，建筑安全等级为一级，结构设计基准期50年。地基基础设计等级为甲级，地下工程防水等级为一级。相对绝对标高3.9m，室外道路标高2.9m，本工程地下室为钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系，上部主塔楼为钢框架核心结构，裙房为框架-剪力墙结构。本工程设有地下6层地下室，地下建筑面积共约163019m2；地下-1～2层设计为地下商业中心，与地铁12#线海门路地下出站口直接相连。

基坑围护采用钢筋混凝土地下连续墙，首先由于本工程超深基坑紧邻上海地铁12#线，为减小对周边环境的影响，钢筋混凝土地下连续墙施工前需要进行槽壁加固，采用公司自有设备TRD设备及深层三轴搅拌桩进行槽壁加固，在基坑围护结构两处深坑转角区域采用MJS摆喷180°槽壁加固（转角270°）以及360°止水加固。同时由于开挖深度达到-36m，会造成水头差，为了防止承压水水压力过大，造成施工安全危险，经与设计沟通，决定使用RJP工法旋喷桩来进行主楼深坑封底加固，替代常规降承压水带来周边既有建筑物（构筑物）沉降的风险。

2 水文地质情况

表1 土层物理力学性质土层层序  土层名称  层厚/m  天然含水量W/%  内摩擦角φ/℃  粘聚力C/kPa  标贯N①1  填土  0.9～3.4  /  /  /①2  素填土  0.4～2.3②褐黄～灰色粉质粘土  0.5～2.1  33.7  20  18③  灰色淤泥质粉质粘土夹粘质粉土  0.1～6.3  41.9  18  12  5.1③夹  灰色粘质粉土  0.5～3.0  30  30.5  6④灰色淤泥质粘土  7～9.7  50.3  11.5  11⑤1-1  灰色粘土  1.8～6  39.4  13  13⑤1-2  灰色粉质粘土  3.6～8.3  33.8  19  16⑤3  灰色粉质粘土夹粘质粉土  2.5～14.5  33  19.5  16  12⑤3t  灰色粘质粉土  1.5～5  30.7  30  6  11.5⑤4  灰绿色粉质粘土  1.3～6  23.8  20  39  27.5⑦草黄～灰色粉砂  0.9～6.6  26.3  34  5  34.6

3 M J S及R J P工法原理

（1） RJP、MJS工法是从综合角度出发，将硬化材料水泥浆直接加压输送、喷射、地层切削、混合、集中泥浆这一系列工序作为监控对象。RJP、MJS设备可以根据施工现场加固区域的要求进行水平或者倾斜式全角度全方位加固，加固全面且效果明显，对周边环境及地基扰动影响小，环境污染小。

（2） 土体加固技术实质上就是通过高压喷射水流来切削原位地基土层，再通过喷射水泥或者水泥等固化材料来改良土体，使得土体比重增大、强度增强。与其他传统高压旋喷工艺相比，MJS、RJP工法在原有的基础上水泥用量可减少30%～50%，于此同时产生的废弃泥浆也更少，起到节约材料，环境保护的作用。同时，RJP工法喷射损失率更小，能够形成更好的压力释放效果，有效的进行土层切削加固效果，其切削深度更深、加固效果更明显，见图2。

图2 大直径超级高压喷射工法

4 施工流程（见图3）

图3 RJP、MJS施工流程图

5 设计方案

根据地质纵断面的情况，本次试验共设共设3根RJP试验桩，桩径拟定为2.0m，加固深度范围拟定自地面下41m，2根MJS试桩桩径2m，加固深度范围拟定自地面下41m及50m。

（1） RJP高压旋喷桩试桩设置于塔楼电梯井位置，采用42.5级普通硅酸盐水泥，水泥浆压力30～35MPa，水灰比 1：1，浆液流量 120～150L/min，高压水压力20～30MPa，流量50～60L/min，空气压力0.7～1.05MPa，空气流量3.0～7.0N·m3/min，喷射提升速度2.5cm/40s，桩身垂直度1/200，具体各试桩参数见表2。

图4 RJP试桩布置图（单位：mm）

表2 RJP试桩参数桩号水泥掺量/%  备注压力/M P a流量/（L·m i n-1）压力/M P a流量/（N·m 3·m i n-1）压力/M P a流量/（L·m i n-1）水泥浆  高压空气  高压水  提升速度/（cm·s-1）R 1  30（±2）  120  0.7～1.05  3～7  20（±2）  50  2.5/39  43  半圆R 2  30（±2）  140  0.7～1.05  3～7  20（±2）  50  2.5/39  50  全圆R 3  30（±2）  150  0.7～1.05  3～7  20（±2）  50  2.5/39  55  全圆

（2） 大直径旋喷桩直径为2000mm，中心间距1200mm，旋喷桩中心距离地连墙边100mm，钻孔深度约41m，有效桩长41m，180°摆喷试桩1根，360°全圆喷射1根，具体参数如表3所示。

表3 MJS试桩参数水泥浆  高压空气流量/（N·m 3·m i n-1）M 140（±2）  85～100  0.7～0.9  3～7  15  50～55 半圆M 240（±2）  85～100  0.7～0.9  3～7  30  50～55 全圆桩号水泥掺量/%  备注压力压力/M P a流量/（L·m i n-1）步距/cm/M P a

图5 MJS平面布置图

6 试桩及检测结果

芯样单轴抗压强度试验，按41m取芯旋喷桩每桩8组单轴抗压强度试验、50m取芯旋喷桩每桩10组单轴抗压强度试验要求，结合试验桩桩位处的地质柱状图，建议41m取芯旋喷桩送样位置从地表算起埋深分别为 4、9、15、20、25、30、35、40.5、50m取芯旋喷桩送样位置从地表算起埋深分别为 4、9、15、20、25、30、35、40、44、49.5m。此种送样位置可同时兼顾试样等间距、基本涵盖每个土层及最大加固深度。

水平渗透试验：水平渗透试验按原状土水平渗透系数大于10～7cm/s的加固土体送样试验，结合试验桩桩位处的地质柱状图，5根桩需要进行水平渗透试验的土层见表5、表7。

本试验5根试桩取样数据较多，仅对其中RJP工法的试桩R1，和MJS工法的试桩M1进行取样检测。并对其中的强度和抗渗数据进行了相关的整理。整理见表4、表6。

表4 RJP试桩R1强度检测数据桩号  土层  取样深度/m  试块直径/mm  试块高度/mm  强度/M P a R 12.87～3.18  85.7  85.3  2.0  1.772.87～3.18  87  84.9  1.619.34～9.62  87.5  85.1  1.21③9.8～10.01  87.7  85.6  1.85  1.609.8～10.01  88.9  96.4  1.7214.67～14.87  87.3  85.5  1.07④14.67～14.87  87.1  86.5  1.18  1.3315.01～15.42  88.4  86.3  1.7420.34～20.59  88.4  85.9  0.77⑤1-1  20.34～20.59  88.2  86.1  1.37  1.2720.63～20.80  87.2  86.4  1.6725.02～25.21  88.6  87.8  1.67⑤1-2  25.02～25.21  .0  86.4  1.87  1.6927.02～27.15  88.8  88.1  1.5329.67～29.79  90.5  92.6  2.42⑤3  30.02～30.20  88.9  .5  1.47  2.1530.24～30.49  90.1  16.4  2.5733.15～33.28  90.0  90.8  1.82⑤3  33.60～33.87  .2  88.5  1.94  1.7633.60～33.87  88.7  .3  1.5138.04～38.37  86.5  86.5  0.76⑤3  38.40～38.61  91.0  91.1  1.04  0.8838.71～38.  86.8  87.32.87～3.18  87.3  84.8  1.7②

表5 RJP试桩R1渗透性检测数据桩号土层取样深度/m水平渗透系数/（cm·s-1）7.62～7.97  2.30 E-06③R 17.62～7.97  1.43 E-06  1.90 E-067.62～7.97  19.6 E-0618.23～18.37  2.51 E-06⑤1-1  20.03～20.25  2.23 E-06  2.24 E-0620.03～20.25  1.97 E-0622.15～22.36  9. E-07⑤1-2  22.15～22.36  1.02 E-06  1.11 E-0626.23～26.37  1.32 E-0629.52～29.83  3.96 E-06⑤3  29.52～29.83  5. E-06  4.93 E-0629.53～29.82  4.03 E-06

试桩M1的检测结果如表6、表7所示，其它试桩结果限于篇幅不再罗列。

表6 MJS试桩M1强度检测数据桩号  土层  取样深度/m  直径/mm 强度/M P a 3.67～3.81  87.7 M 11.71  1.553.81～4.07  87.6  1.368.94～9.31  88.61.③8.94～9.31  1.9  1.838.94～9.31  86.5  1.9614.6～14.75  85.2  0.7④15.02～15.16  88.40.83  0.9515.22～15.36  87.9  1.3219.46～19.76  84.2  1.8⑤1-1  19.46～19.76  85.4  1.84  1.7720.41～20.59  88.4  1.6825.71～25.82  87.3  1.49⑤1-2  26.03～26.27  88.8  1.65  1.4426.03～26.27  88.8  1.1930.07～30.39  .3  1.66⑤3  30.07～30.39  88.8  1.92  1.8730.07～30.39  .1  2.0234.02～34.17  95.7  0.25⑤3t  34.28～34.49  97.8  0.31  0.2534.28～34.49  97.4  0.2038.5～38.81  98.7  0.17⑤3与⑤4  41.15～40.26  —  制样失败  0.1140.70～40.86  99.1  0.051.57②3.81～4.07  87.5高度/mm  荷载/k N 85.8  9.585.1  10.385.3  8.286.2  10.186.1  11.885.6  11.584.5  485.1  5.186.9  885.2  10.086  10.585.6  10.385.3  8.985  10.285.3  7.486.2  10.486  11.985.9  12.695  1.6  2.395.3  1.595.6  1.3——95.3  0.4

表7 MJS试桩M1强度检测数据桩号土层取样深度/m水平渗透系数/（cm·s-1）4.75～4.92  5.01 E-06③夹  4.75～4.92  制样失败  4.11 E-065.34～5.46  3.20 E-069.37～9.68  2.15 E-06③  9.37～9.68  1.63 E-06  1. E-069.37～9.68  制样失败19.85～20.06  2.50 E-06⑤1-1  19.85～20.06  制样失败  2.16 E-0621.15～20.28  1.81 E-0625.27～25.55  4.69 E-06⑤1-2  25.27～25.55  4.27 E-06  4.99 E-0625.27～25.55  6.01 E-0630.26～30.51  2.61 E-06⑤3  30.26～30.51  3.03 E-06  2.82 E-0630.26～30.51  制样失败35.07～35.24  2.07 E-06⑤3t  35.07～35.24  制样失败  1.94 E-0636.12～36.27  1.81 E-06 M 1

从表4～表7的试桩检测结果可知，采用MJS及RJP高压旋喷桩成桩质量较好，针对不同地层的加固强度普遍超过1.2MPa，且水平渗透性均能达到隔水要求，作为封底加固阻隔承压水的可靠性高。

图6 开挖至26 m对R JP试桩的检验照片

本工程由于MJS仅作为围护加固，没有条件进行开挖，检查加固效果，所以加固效果看不到。同时根据3根RJP试桩采用不同的参数进行施工，根据开挖结果显示：1#桩径最大达到2.4m，最小桩径2m，2#试桩桩径最大达到2.6m，最小桩径2m，3#试桩桩径2.2m。试桩开挖情况见下图6。从现场开挖效果显示，根据基坑开挖至坑底时的成桩效果，1#桩直径达2.4m，2#桩直径达2.6m，3#桩约2.2mm，基坑底以下主要⑤3层土，与基坑底附近地层基本一致，根据坑底附近加固体桩体直径以及坑底以下加固体取芯结果判定，坑底以下加固体有效直径均达到2m以上，加固直径均满足设计要求。

根据本次超高压旋喷注浆现场试验的挖掘揭示情况，在试验预设喷浆压力、旋转速度、提杆速度下，基本实现了在不同土层进行有效的土层置换加固，加固直径可以达到2.0m以上；在粘聚力较好的⑤1-1地层中加固直径可达到2m，最大达到2.1m；在合理布置旋喷桩间距的前提下，各土层中均可形成密实的咬合体，能形成连续的加固体。

7 MJS及RJP工法施工要点

（1） RJP旋喷桩施工影响桩径的主要因素有喷射压力、提升速度及地层土体密实度及粘聚力有较大的影响，在今后施工中需根据地质资料详细分析土层的N值与C值，根据N值与C值选取合适的施工参数。

（2） 针对粘聚力较好的粘土层需保持浆压在28（±2）MPa，水压力 20（± 2）MPa，提升速度不少于 26min/m。

（3） 浆液自身粘度加大，在导管内流动性降低，导致浆液经过导管压力衰减明显，在施工时高压管距离不宜过长，最大距离不宜超过50m，同时在施工时尽量使用直径较大的浆液导管。

（4） 在旋喷桩完成后12h内，3倍桩径范围内不能在其周围进行其他地下施工作业，以免造成土体扰动，影响成桩质量。

8 结语

对于紧邻地铁环境保护要求较高的深基坑工程，采用新型MJS工法对周边环境扰动小，加固质量可靠，对地铁区间隧道的影响较小，且可保证新老地墙处的止水质量；同时对于紧邻城市密集区域保护要求高建筑物，其基坑不能采用大范围降承压水时，需要考虑对基坑局部范围进行基底加固以满足抗承压水的要求，所以本工程应用RJP改良土体的新工艺解决了部分土体抗突涌的风险，降低了施工成本，提高了环境保护要求，为以后建筑深大基坑建立了示范性作用。

参考文献

［1］《建筑施工手册》编写组.建筑施工手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，2012.

［2］ 吴铭炳，戴一鸣，林颖孜，等.基坑加深的加固措施及其效果［J］，岩土工程学报，2012，32（S2）：459-462.

［3］ 胡晓虎，川田充，中西康晴，等.RJP高压旋喷工法及其在日本的工程应用［J］.岩土工程学报，2010，32（S2）：410-413.