全方位高壓噴射工法施工技術(shù)分析

太武

(河北省地礦局石家莊綜合地質(zhì)大隊，河北 石家莊　050085)

全方位高壓噴射工法施工技術(shù)分析

太武

(河北省地礦局石家莊綜合地質(zhì)大隊，河北 石家莊050085)

摘要：本文分析了地基改良技術(shù)的發(fā)展趨勢，指出在城市建設(shè)高速發(fā)展的今天，發(fā)展能適用于各種復(fù)雜工況條件的新型工藝的必要性，由此提出了一種全方位高壓噴射工法(MJS工法)。作者在對傳統(tǒng)施工工藝進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，對該工法的特點進(jìn)行了系統(tǒng)介紹，為廣大設(shè)計、施工者提供參考。

關(guān)鍵詞:地基；改良；高壓；旋噴

1引言

在超深基坑地基加固、地下連續(xù)墻止水、地鐵盾構(gòu)進(jìn)出洞加固等領(lǐng)域施工中，目前國內(nèi)主要采用深層攪拌樁、高壓旋噴樁以及壓密注漿等傳統(tǒng)施工工藝。由于深層攪拌樁、高壓旋噴樁等工法只適用于在常規(guī)地層垂直向施工，其加固直徑、深度很難滿足各種復(fù)雜工況下施工要求，且對周邊環(huán)境影響較大。為解決此類施工技術(shù)難題，我公司從國外引入了一種全方位高壓噴射工法，即MJS工法(MetroJetSystem)。

2高壓噴射施工法的發(fā)展歷史

注漿技術(shù)[1]有悠久的發(fā)展歷史及廣泛的用途，其加固的方法是在漿液的壓力作用下對土體劈裂、滲透、壓實達(dá)到注漿加固的目的，但是對于一些細(xì)小顆粒的砂性土通過劈裂難以達(dá)到一些工程的要求。因此，20世紀(jì)70年代，日本率先發(fā)明了旋噴注漿技術(shù)，它是通過高壓噴射流切割土體并使水泥漿與土攪拌混合，形成水泥土加固的方法。這種方法噴射流所形成的加固體形狀多種多樣，較好地滿足了工程中的加固要求，故此方法得到了迅速的推廣。

我國20世紀(jì)70年代后期由于工業(yè)建設(shè)及市政工程的快速發(fā)展，一些深基坑的開挖開始采用旋噴注漿方法[2]；20世紀(jì)90年代地鐵、隧道、高層建筑地下室等地下工程的發(fā)展，旋噴注漿技術(shù)的使用也隨之增加，此時較多采用的是二重管或三重管[3]，加固體的直徑可達(dá)0.8～1.5m；由于工程的需要，21世紀(jì)初進(jìn)一步研究，通過加大噴射壓力從而達(dá)到加大成樁直徑的效果，開始采用類似于RJP工法的雙高壓噴射工法，高壓水和高壓泥漿均采用25MPa的壓力，樁徑也達(dá)到1.5～2.0m。這些噴射技術(shù)雖然能較好地滿足常規(guī)工程要求，但其加固深度及樁徑有限，并且排出的廢泥漿較難處理，對環(huán)境的污染很大,施工對周邊環(huán)境影響較大。隨著國內(nèi)隧道工程的發(fā)展及保護(hù)環(huán)境的要求提高，很多工程需采用水平、傾斜旋噴加固，并且對加固的深度、樁徑以及施工過程中對周邊環(huán)境的保護(hù)也有了更高的要求，因此國內(nèi)開始引入MJS全方位高壓旋噴工法[4]。

3常規(guī)高壓噴射工法的優(yōu)缺點分析

3.1環(huán)境污染

常規(guī)高壓旋噴施工法排泥是通過氣升效果，廢泥由鉆桿與原狀土之間的間隙排出(圖1)。但是，隨著施工深度的增加，氣升效果會越來越弱。另外，當(dāng)間隙堵塞時，地基壓力會增加，高壓噴嘴的噴射效率下降，造成地面隆起等負(fù)作用。尤其是由于無法控制噴射注漿形成的較高地內(nèi)壓力，水泥漿沿地層縫隙向四周無規(guī)則游走，易在較大范圍內(nèi)造成對地下水與深部土層的污染(譬如，地墻外側(cè)接縫處施工旋噴樁時，坑內(nèi)降水井內(nèi)冒漿，表明水泥漿的水平游走距離大)。

圖1　常規(guī)高壓旋噴樁排泥方法

3.2加固效果及可靠度差

目前，常規(guī)高壓旋噴樁加固深度不超過50m，深部土層的加固效果與可靠性差，隨施工深度加大，氣升效果減弱，所以深部排泥困難，并且地基壓力會增加，當(dāng)深部噴嘴堵塞時，會大大降低噴射效率，見圖2。

圖2　常規(guī)高壓旋噴樁噴嘴受壓示意圖

3.3相鄰地面隆起量大、影響周邊建筑環(huán)境

地基內(nèi)部的泥水壓力偏高是導(dǎo)致地面隆起的主要原因，并易導(dǎo)致毗鄰地下結(jié)構(gòu)物的側(cè)向變形。地內(nèi)壓力偏高的原因是排泥不暢，鉆孔四周的空隙被

泥漿封閉，地內(nèi)壓力無釋放途徑，同時又缺少控制地內(nèi)壓力的專用設(shè)備。

3.4常規(guī)高壓旋噴樁的優(yōu)點

現(xiàn)在使用較為廣泛的常規(guī)高壓旋噴樁也有其一定的優(yōu)勢，其施工效率相對較高，單價、成本相對較低，故在周邊環(huán)境較為簡單的工程中應(yīng)用較為普遍。

4全方位高壓噴射工法

全方位高壓噴射工法(MJS工法)是在傳統(tǒng)高壓噴射注漿工藝的基礎(chǔ)上，采用了獨(dú)特的多孔管和前端造成裝置，實現(xiàn)了孔內(nèi)強(qiáng)制排漿和地內(nèi)壓力監(jiān)測，并通過調(diào)整強(qiáng)制排漿量來控制地內(nèi)壓力，大幅度減少對環(huán)境的影響，而地內(nèi)壓力的降低也進(jìn)一步保證了成樁直徑。

MJS工法可以“全方位”進(jìn)行高壓噴射注漿施工，可進(jìn)行水平、傾斜、垂直各方向、任意角度的施工；成樁樁徑大，樁身質(zhì)量好；對周邊影響小，超深施工有保證；泥漿污染小，節(jié)能環(huán)保。

4.1全方位施工

MJS工法能實現(xiàn)全方位施工，即能進(jìn)行垂直、水平、傾斜施工，如圖3、4和5所示。

圖3　MJS垂直施工實況圖

圖4　MJS水平施工實況圖

圖5　MJS傾斜施工實況圖

4.2成樁截面體形狀多變

MJS工法為擺噴施工，其成樁截面體形狀多變，適應(yīng)性強(qiáng)，見圖6。

圖6　MJS工法成樁截面示意圖

4.3施工對環(huán)境影響小

MJS工法可以實施全方位施工的因素就是具有優(yōu)秀的排泥處理能力。它采用多孔管鉆進(jìn)，多孔管中間有一個直徑60mm的排泥管，在倒吸水和倒吸空氣適配器的作用下，能將地下的廢泥漿強(qiáng)制抽出。鉆頭上裝有地內(nèi)壓力感應(yīng)器和排泥閥門，并且能夠自由控制排泥閥門大小，當(dāng)?shù)貎?nèi)壓力顯示不正常時，調(diào)整排泥閥門的大小可順利的排出泥漿，將地內(nèi)壓力控制在合理的范圍內(nèi)。

圖7　MJS工法與常規(guī)噴射法對比圖

4.4成樁直徑較大

與常規(guī)的高壓旋噴相比，由于MJS噴漿過程中能提供更大的噴射壓力，并且其獨(dú)特的強(qiáng)制排泥作用能有效地控制地內(nèi)壓力，從而減少了泥漿噴射能量的損耗，達(dá)到了增大成樁直徑的效果。并且其成樁直徑大小與土層的性質(zhì)存在一定的關(guān)系，經(jīng)過我司長期的工程實踐，將土層性質(zhì)與成樁直徑的相互關(guān)系總結(jié)見表1，以供同行參考。

表1　MJS工法施工成樁直徑一覽表

注：N值為標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)

5結(jié)論與建議

通過以上分析總結(jié)，得出以下結(jié)論和建議：

(1)對比現(xiàn)有常規(guī)高壓旋噴施工工藝，全方位高壓旋噴工法具有能進(jìn)行全方位施工、能進(jìn)行任意角度擺噴、能通過其自身特有的強(qiáng)制排泥系統(tǒng)控制地內(nèi)壓力、減少對周邊環(huán)境的影響、施工深度、成樁直徑相對于常規(guī)高壓旋噴要大；

(2)借鑒了國內(nèi)外大量施工數(shù)據(jù)，結(jié)合我公司的施工設(shè)計經(jīng)驗，得出了成樁直徑與土層物理力學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系，為各設(shè)計、施工同仁提供借鑒；

(3)該工法的不足之處：施工效率較低，施工成本較高。故在設(shè)計施工過程中應(yīng)綜合分析施工條件，合理選擇施工工藝，以達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、合理的設(shè)計理念。

參考文獻(xiàn)：

[1]杜嘉鴻,王杰.注漿技術(shù)的發(fā)展與展望[J].化工礦山技術(shù),1996(4):41-43.

[2]武新波.淺談高壓旋噴樁施工工藝[J].科學(xué)之友，2007(8B):3-4.

[3]崔東林.高壓旋噴樁施工技術(shù)參數(shù)的確定[J].建筑機(jī)械化.1996(6):20-22.

[4]何擁軍.全方位高壓旋噴注漿工法的工程試驗[J].地下工程與隧道.2010(1):24-28.

[5]鄢泰寧.巖土鉆掘工程學(xué)[M].武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社,2001.

[6]錢書偉,王如春.巖心鉆探水下灌注水泥方法探討[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2009,36(1):18-21.

[7]柯玉軍.嚴(yán)重漏失破碎地層鉆孔綜合施工方法及效果[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2009,36(10): 25-27.

作者簡介：太武(1968-)，男，河北省地礦局石家莊綜合地質(zhì)大隊隊長，探礦工程專業(yè)，從事礦產(chǎn)勘查及鉆探施工技術(shù)研究與施工管理工作，河北省石家莊市橋西區(qū)中山西路891號，Tel:13933810026，E-mail:739720961@qq.com。

中圖分類號:P472.6

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-282X(2016)03-0044-03