高富水地层新老混凝土接口处MJS工法桩加固应用研究

周贤培，周冬辉，李秀奎，吴红军，张 伟，范晓琰

（1.中铁十二局集团有限公司，山西 太原 030000;2.中南大学土木工程学院,湖南 长沙 410075;3.中铁十二局集团海南工程有限公司,海南 海口 570206）

随着城市不断发展，众多路网已经难以满足现代化进程需要，有必要对部分旧有基础设施开展重建改造工作。而重建工作中，不可避免会产生新、老混凝土结构的施工接口，稍有处理不当,则极易破坏结构的整体性，成为工程结构受力和防水的薄弱点。而对于路堑、U型槽、基坑等低于地面的结构，因其嵌固于地层，通常容易受地下水侵蚀扰动，对于接缝防水及结构受力要求更为严格。因此，需采用严格基底地层加固措施，以降低地层渗透性，抑制水土压力对接缝的侵扰。

在建312国道苏州东段改扩建工程为一典型的新—老混凝土接口工程。该工程位于阳澄湖岸，地处粘性土和夹砂土层中，受阳澄湖水系影响，工程基底地层富含有压水。为确保工程施工安全以及运营防水效果，需对新老混凝土接口处基底地层进行加固处置。本文即是依托该工程，针对压力地下水条件下地层高质量加固工艺开展实践研究，以解决依托工程实际难题。

1 依托工程介绍

1.1 工程概况

312国道苏州东段改扩建工程——星华街下穿改造工程，全长1160.9m，位于苏州市工业园区星华街和G312立交处，见图1。受线位分布等因素限制，既有星华街下穿以东敞开段部分（既有U型槽结构）需拆除，星华街暗埋段及以西部分不动，U型槽结构侧墙、底板均采用C35混凝土浇筑，东西长162m，宽约32.3～35.30m，基坑开挖深度1.5～7.5m，采用明挖顺作法施工，基坑由深至浅分别采用灌注桩围护及放坡开挖，见图2。

图1 工程位置

1.2 工程地质及水文地质情况

工程所处场地周边环境空旷，北侧约68m为京沪高铁，见图1。施工场地整体位于太湖冲湖及泻湖相沉积平原，地势平坦，据区域地质资料，场区内第四系覆盖层厚度可达180m以上，沿线71.70m以浅土层为第四系全新世至早更新世沉积的疏松沉积物，以粘性土为主，间夹粉（砂）性土，见图2。同时，工程位于长江流域太湖水系区域范围内，地表水系极其发育，区域水位常年在1.10～1.30m之间，其中潜水位于浅部粘性土层中，微承压水赋存于第一隔水层下的砂性土层中，区域内承压水主要赋存于第一隔水层下的砂性土层中，而承压水则赋存于深部砂性土中。

图2 改建设计图

1.3 工程难点分析

因工程临近阳澄湖，存在无限补给的压力地下水，前期施钻即出现压力水突涌的情况，因此，若无必要的地下水治理措施，一旦既有U型槽结构拆除，将导致基底大面积涌水，可以预见基坑开挖后存在突涌失稳的风险。

为此，工程设计过程中，对既有结构的拆除以及新建结构的重建之前进行了重点研讨，设计了灌注桩+三轴搅拌桩联合地层加固措施。但受实际施工场地限制，施工过程中，在本工程新老混凝土结构接口部位难以实施且质量保证困难，为此，需要采取质量可靠性更高的施工工艺。

2 工艺比选

为了保证依托工程新老混凝土结构接口处施工安全，需在基底破拆改建之前，对该处地基采取高可靠性的地层加固措施。项目实施之初，针对该工程难点，分别考虑地层富含有压地下水、补给充足、场地受限等工程条件，开展了必要的工艺比选和专家研讨。

对于地层加固方法，常用的措施有三轴搅拌桩加固、高压旋喷桩和MJS工法三种[1-3]。其中，三轴搅拌桩施工机械占空间较大，且封堵成桩效果通常不理想；高压旋喷桩对土层扰动较大，容易导致地面隆起，且桩径内力变化幅度较大，桩体质量都有所欠缺。近年来，众多控制严格的接缝工程中，开始采用MJS工法来形成可靠地基加固封堵，以减少地下环境对工程的干扰。

MJS工法（Metro Jet System）也称为全方位高压喷射工法，相对于高压旋喷工艺，其改进了多孔管和前端装置，能实现地内压力监测、强排浆压力控制、任意角度喷射注浆施工，从而提高成桩质量，同时能减少地层的扰动、有效控制地层变形。

MJS工法最早是由日本建筑企业研发，后于2008年引进中国，在国内得到了良好的应用，特别是在地铁车站端头井、接缝等控制要求较为严格的区域应用最多。如，宋欢[4]针对SMW工法桩断口处，采用MJS旋喷工艺进行修补，后在基坑开挖中证实安全可行；朱小龙[5]将MJS工法应用于地铁施工保护，实践表明MJS工法可有效抑制地铁设施变形。刘其成等[6]将MJS工法应用于富水砂层中的接收井端头加固。

由此可见，大量工程实践已证明MJS工艺在一些对地层加固效果要求极高的特殊节点工程应用中取得了良好的实施效果。为此，经反复论证和现场试桩（实测试桩有效直径达到2.4m，质量可靠，见图3），拟定优选MJS工法作为本工程的地层加固工艺。

图3 MJS工法试桩揭露效果图

3 超大直径MJS工法桩施工工艺

基于前述论证，并结合依托工程新老混凝土接口部位场地受限等特征，经工程实践，总结形成了富含压力地下水松散地层超大直径MJS工法桩施工控制工艺，具体工艺流程如图4所示。

图4 施工流程图

3.1 场地受限新老混凝土接口处作业平台搭建

受场地限制，在新老混凝土分界面的两侧，需施作临时挡墙，并在挡墙内侧布置内填土（底板以上1m厚采用粘土回填），来作为MJS工法桩的施作平台，并搭接有混凝土板，保证施工平台上侧的施工安全。同时，在施工挡墙前，需要在底板和侧墙对应的位置植筋，在距离底板4m处设置一排32mm的对拉钢筋，加强土体的抗变形能力，需注意对拉钢筋的位置应避开MJS引孔位置。MJS施工桩法平台及临时挡墙如图5所示。

图5 MJS工法桩施工平台

3.2 钻/引孔准备

首先需对新老结构分界处进行精确定位，并设置相应的引孔，为后续成孔钻进提供作业基准。其中，定位引孔时，需注意引孔设备能钻穿1m厚的钢筋混凝土，建议成孔直径0.25m左右。同时，为增强接缝边角处的加固封堵效果，需在U型槽两端补作超大直径MJS工法桩，故首先需凿除部分既有U型槽侧墙钢筋钢筋混凝土，如图2（a）所示。

3.3 工艺参数

结合现场临湖富含有压地下水粉砂性地层，经专家论证和试桩确定MJS工法桩的具体施工工艺参数，桩径为2400/2000mm,水灰比为1:1，水泥浆压力为38～40MPa，浆液流量为90～130L/min,主空气压力为0.7～1.38MPa,主空气流量为1.0～2.0Nm3/min，倒吸水压力为0～20MPa，倒吸水流量为0～60L/min，销孔水压力为10～30MPa，成桩角度误差不大于1/100，提升速度为40/20min/m。步距行程为25mm，步距提升时间为60、30s，转速为3～4r/min，地内压力系数为1.3～1.6，水泥掺量为40%。

3.4 关键作业要点及控制方法

为确保超大直径MJS工法桩施工效果，特别是依托工程场地受限、突涌水风险高，需严格遵循施工工艺流程开展施工，并注意一下作业要点：

（1）按照施工图对单桩测量放样，对地下障碍物进行有效清理，开挖宽度1～2m，深度1～3m左右并具有一定储浆功能的沟槽。

（2）在主机就位前，需确保MJS主机基础稳固，防止因基础沉降而影响施工。基础稳固后，通过吊车将MJS主机放置在指定位置，随后接通主机电源，调整主机位置和方向，使MJS钻头底部中心对准套管中心，并伸缩支腿对主筋进行调平，并垫上方木。

（3）在确保系统在正常的情况下进行试喷，先将旋转钻头至合适位置，然后主机操作人员联系后台操作人员开启主空气泵进行试喷，验证钻头喷射的可行性。

（4）引孔时，先使用圆心筒引孔，再换用三叶钻头进行引孔，最后换用岩芯管结合金刚石钻头完成引孔。引孔抽查数量不得少于总桩数的30%。遇有垂直度不合格孔，必须进行修正再进行施工，且加密2倍频率进行抽查，直到垂直度稳定后恢复30%频率。

（5）通过主机动力头放置MJS钻杆和钻头，而钻杆的拼接以及钻头和地内压力监视器的连接则通过吊车，并确认在钻头无荷载时监视器显示为0。在钻头和钻杆的对接过程中，要认准检查密封圈情况，看是否出现异常情况。钻具应该下放至桩底标高，在每节钻杆接长时连接地内压力数据线。

（6）MJS工法施工过程中，严格控制地内压力，排泥不畅及时处理，避免过度扰动周边土体。为避免拆除临时挡墙对保留的既有结构造成影响，西侧挡墙拆除方式采用链条切割法，其中钢筋需处理至不得突出结构表面，并进行防锈阻锈处理。

（7）钻头下钻到一定深度后进行调零操作，然后设置好技术参数，主要有摇摆角度、引拔速度、回转数等。喷射时首先用水向上喷射50cm，压力设置为10MPa，同时把水切换成水泥浆，钻杆再次下放到指定位置后开始向上喷射注浆。在喷浆过程若发现压力不正常，应立即控制排浆阀大小使得地内压力在规定范围内。

4 施工效果

（1）现场共施作22根MJS工法桩，其中，侧墙处施作2.4 m的桩两根，接缝中部施作2m MJS工法桩20根，其喷射压力达40MPa。经成桩抽样钻芯检测（图6），成桩长度达到预定设计值；桩体混凝土修正强度达到0.8～1.2MPa；修正后标贯击数不小于25，整体成桩效果优良。

图6 成桩芯样

（2）后期施工监测发现，基坑土方开挖过程中MJS工法桩附近的观测井水位未发现变化异常，围护结构无明显渗漏，成桩止水效果良好。

5 结束语

针对临湖含有压地下水松散地层以及场地受限条件下新老混凝土接口处地层高效加固与可靠止水处置措施难题，通过工法比选、试桩试验等工程实践的方法开展了应用研究。实践表明，采用MJS工法桩可有效保证上述严苛环境下的地层高质量加固要求，成桩与止水效果优良。进一步，结合工程实践，总结了MJS工法桩在依托工程背景条件下的工艺要点，可为类似工程提供参考。