组合式全方位高压旋喷桩施工关键技术

组合式全方位高压旋喷桩施工关键技术

汪银广柏志诚张志远陈骁

中建四局第六建设有限公司  安徽

摘要：考虑到全方位高压喷射法和三轴水泥搅拌桩各有优缺点，为了达到施工对地层微扰动的效果，结合两种工法的特点，开发了组合式全方位高压旋喷桩施工，并且将该技术用于工程实际中，验证了该技术的可行性，建议可以在后续的类似工程中推广。

关键词：三轴搅拌桩；全方位高压旋喷桩；临近地铁；施工技术；止水效果

0引 言

全方位高压喷射法即日本 MJS 工法[1]，原是日本中西涉等人为解决水平喷射注浆时排浆困难和环境污染等问题所设计，在传统注浆设备的基础上，采用多孔管和前端造成设备，用以强制排浆和地下压力监测[2]。传统注浆设备通过地下压力将泥浆从旋喷管和地层的空隙出自然排出，这种方式会造成地下压力大，破坏周围土体结构，导致地面隆起，较深处往往排浆困难，导致钻杆和喷射枪周围压力过大，影响喷射效果[3]，MJS 工法设备的前端监测装置可随时监测地内压力，并根据要求通过多孔管将泥浆排出地面，成功解决了地下压力过大和环境污染问题，同时，鉴于其独特优势，本工法又在斜向和垂直施工中推广应用[4]。

传统水泥搅拌桩施工对周边土体影响较大，三轴水泥搅拌桩作为一种扰动相对较小的搅拌桩施工方法，其搅拌轴端部搅拌叶以上设置有螺旋叶片，可将深部土体置换并传递到地面，减小了施工过程中喷浆引起的挤压效应对周围土体的影响。尽管如此，三轴水泥搅拌桩施工对既有盾构隧道变形影响仍然过大，甚至造成隧道轻微渗水。三轴水泥搅拌桩施工过程对周围土体的影响非常复杂，已有研究认为：增大水泥浆液的水灰比会导致搅拌后的土体和水泥浆液混合物更软（强度更低）、重度更低，从而增大卸荷作用；搅拌轴的下沉或上升速度慢会延长搅拌时间，搅拌时间越长越多的土体及浆液被置换出地面，从而增大搅拌过程的卸荷效应[5-7]。

本文主要以杭州大会展中心项目基坑为研究背景，结合实际环境条件，开发了一种组合式全方位高压旋喷桩施工技术，主要内容包括技术原理、施工技术要点和止水效果分析。

1 项目简介

杭州大会展中心项目地处钱塘江新区，位于钱塘江南岸，属于近现代钱塘江江滩地貌。一期工程占地约36万㎡，区域南北长约600m，东西宽约600m；总建筑面积：64.32万㎡；地上建筑面积：42.35万㎡；地下建筑面积：21.97万㎡；由一层地下车库和8个展厅、2个登录厅、1个中央廊道（上部为4~5层钢结构）及部分室外展场组成,地下为钢筋混凝土框架结构，地上结构为大跨度钢结构。

中央廊道工程桩（除连通道）标高约-3.700m，桩径为900mm，桩长为75m/78m，桩端位于⑩2强风化钙质粉砂岩或⑩3中等风化钙质粉砂岩。地下室连通道工程桩桩径为900mm，桩长为75m/78m，桩端位于⑩-2强风化钙质粉砂岩。中廊桩基共295根，其中两条地铁间(2.5m)45根灌注、地铁南侧5-10m)81根灌注、地铁北侧(5-10m)98根灌注桩，地铁10m外71根灌注桩。

2组合式全方位高压旋喷桩施工关键技术

2.1 技术原理

组合式全方位高压旋喷桩施工技术主要是通过三轴搅拌桩架和传统全方位高压旋喷工法桩机的动力头和钻杆、三轴搅拌桩机主机和传统全方位高压旋喷工法桩操空平台有机结合在一起，将原多节1.5m的全方位高压旋喷工法桩钻杆接长到1节36m范围内的钻杆，剩余的可按首节的1/4接长，形成了一台即能保留传统全方位高压旋喷工法桩机功能，又有三轴桩机能快速将钻杆下放到足够深度的新型技术。该技术采用独特的多孔管和前端强制吸浆装置，实现孔内强制排浆和地内压力监测，通过调整强制排浆量达到控制土体内压力值范围，降低地表变形、建筑物开裂、构筑物位移的可能性，减少对周边环境的影响。

图2 组合式全方位高压旋喷桩设备示意图

2.2组合式全方位高压旋喷桩施工技术要点

该技术主要应用于TRD冷缝部位、TRD转角部位、不同围护结构形式搭接部位的止水处理。

2.2.1组合式全方位高压旋喷桩有效成桩直径设计

表1 组合式全方位高压旋喷桩有效成桩直径

2.2.2 设备组装技术

三轴搅拌桩机一台，以及常规全方位高压旋喷工法桩机设备一台。将搅拌桩机的钻杆拆除，将全方位高压旋喷工法桩机的钻杆和动力头拆卸安装到三轴搅拌机的桩架上，同步将全方位高压旋喷工法桩机的主机连接到三轴搅拌桩机操控平台。可提前将喷浆钻杆一次性接长到位，安装到组合设备的机架上，并进行设备调试。

2.2.3钻机引孔下放技术

采用地质钻机进行引孔，并采用循环泥浆护壁，泥浆比重1.05～1.2之间，一般引孔直径约为200mm，孔中心与桩位中心误差小于50mm，深度大于设计深度1m以上，垂直度误差小于3/1000。

针对砂性土地区，且桩基设计深度达25m，为避免钻杆下放时间过长，导致孔内砂层回灌过快，将孔堵塞，影响钻杆下放，首节钻杆提前在机架上一次性接长到位，在特定时间内将钻杆下放到设计指定位置。

2.2.4 施工控制参数设置

钻头到达预定深度后，开始校零，使动力头“0”刻度、喷嘴、钻杆上白线处于同一条直线，然后设定各工艺参数，主要包括摇摆角度、提升速度、回转数等等。砂性土中超深组合式全方位高压旋喷桩施工控制参数如下：

表2 施工控制参数表

2.2.5 喷浆注射技术

待参数设定之后，先开回流气和回流高压泵，在确认排浆正常后，打开排泥阀门，开启高压水泥浆泵和主空压机。在达到指定压力并确认地内压力正常后，开始喷浆提升，提升速度25min/m。同时地内压力通过操控表根据喷浆的深度自动调节，以此保证喷浆过程中废浆排放正常。

3组合式全方位高压旋喷桩止水效果

止水帷幕拐角处采用了组合式全方位高压旋喷桩，待基坑开挖后发现，帷幕内壁干燥无渗水，止水效果良好。

图6 止水帷幕转角部位止水效果

由此看出，组合式全方位高压旋喷桩施工技术不仅可以快速穿越地下复杂地质，避免孔洞坍方等对下钻和喷浆的影响，同时对周边建、构筑物影响小，可控性强，具备良好的止水效果，避免了因基坑开挖时地下水位变动而造成隧道变形过大的风险。

4结论

本文以杭州大会展中心项目基坑为研究背景，结合实际工程条件，通过三轴搅拌桩架和传统全方位高压旋喷工法桩机的动力头和钻杆、三轴搅拌桩机主机和传统全方位高压旋喷工法桩操空平台有机结合在一起，形成了组合式全方位高压旋喷桩施工技术。研究表明，该技术可有效减少施工过程对周边环境的影响，而且形成的桩基具有良好的止水效果。

参考文献

[1]梁凌.水平MJS工法黏土地层成桩特性及渗透性分析[J/OL].铁道建筑技术:1-5[2024-03-27].

[2]鲍春生.MJS高压旋喷桩在基坑支护工程中的应用研究[J].价值工程,2024,43(05):112-114.

[3]李敬江,张学华,高永等.可用于缓解地基隆起、沉降的MJS绿色施工技术[J].建筑技术开发,2024,51(01):47-49.

[4]耿天霜,张静,赵记领等.南京地铁7号线中胜站密贴下穿运营站MJS+水平冻结施工与实测研究[J].隧道建设(中英文),2024,44(01):172-180.

[5] Chen J J, Zhang L, Zhang J F, et al. Field tests, modification, and application of deep soil mixing method in soft clay[J]. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2013, 139(1): 24-34.

[6] Chai J C, Miura N, Koga H. Lateral displacement of ground caused by soil–cement column installation[J]. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2005, 131(5): 623-632.

[7] Chai J, Carter J P, Miura N, et al. Improved prediction of lateral deformations due to installation of soil-cement columns[J]. Journal of geotechnical and geoenvironmental engineering, 2009, 135(12): 1836-1845.

课题：紧邻地铁长线结构防隧道扰动关键技术研究及示范，CSCEC4B-2022-KTA-10