MJS工法桩对高架桩基的隔离保护效果

关键词：MJS工法桩；盾构穿越；高架桩基

　　1概述
　　上海长江西路越江隧道工程采用15.43 m泥水平衡盾构施工，盾构在南北两线浦西段推进过程中，需要穿越上海轨道交通3号线高架及逸仙路高架各4个承台的桩基，该高架桩基均采用PHC桩。由于PHC桩水平向承载力很差，大直径泥水平衡盾构在推进工程中产生的土体挤压，极易对高架桩基产生破坏。同时，对土体产生的扰动会使轨交线路及高架桥桩基损失部分摩阻力，可能会导致3号线、逸仙路高架桥产生沉降，影响轨交及车辆通行安全。为减小盾构推进穿越时对3号线轨交高架、逸仙路高架产生影响，所以需要对穿越范围内高架桩基施工隔离桩进行保护。隔离桩一般可以采用搅拌桩、普通旋喷桩、MJS工法桩等。由于受现场高架净空限制，故搅拌桩不具备施工条件；而普通旋喷施工时产生的侧压力会扰动土体，极易对周边环境和高架桩基产生不利影响；由于MJS工法桩施工时对周边环境影响非常小，成桩质量又好，所以采用MJS工法施工隔离桩，既能保证的成桩效果，又能减小施工时对轨交、高架桩基及周边环境的影响。
　　2MJS工法桩
　　2.1 工艺原理
　　MJS工法(Metro Jet System)又称全方位高压喷射工法，该工法可以进行超深度加固、水平地层或倾斜地层加固。MJS工法在喷射过程中，通过钻杆内的排泥管将多余的泥浆排至地面，在整个系统中配备有调控和量测地内压力的自动装置（压力感应器），并通过压力感应器传输的地内压力数据，调控泥浆阀门的大小，控制泥浆排出量，达到地内压力的平衡，从而控制周边环境的变形量。图1为MJS工法的工艺原理图[1]。 　　2.2 工艺特点
　　MJS工法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喷射装置，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。MJS工法喷射压力高达40 MPa，喷射介质为纯水泥浆，其形成的桩体强度和直径远远大于普通的旋喷桩，最大桩径可达3 m。MJS工法排浆采用专用排泥管，泥浆可以按要求排放在指定位置，有利于现场文明施工的管理。MJS工法桩的钻杆转速、钻杆提升速度、摆喷角度等技术参数均可以提前设置，施工过程中设备会按照设置的参数进行工作，并且能够显示施工过程中的各项数据，便于作业人员随时观察，避免了人工因素造成的质量隐患。
　　3MJS工法桩在工程中的应用
　　3.1工程地质概况
　　盾构穿越上海轨道交通3号线高架桩基底位于⑧ 灰色粉质黏土层，逸仙路高架桩基底位于⑥ 暗绿～草黄色黏土层；盾构掘进位于桩基中下部的④灰色淤泥质黏土、⑤1 灰色黏土、⑥ 暗绿～草黄色黏土层中，其中④、⑤1土层具有含水量高、灵敏度高、承载力低等特点。土层特性见表1。 　　3.2MJS工法桩施工方案
　　1）根据隧道与高架承台的相对关系考虑和制定施工方案。相对位置关系详见逸仙路及轨交3号线高架承台与隧道平面位置见图2。
　　2）按照盾构推进的方向和盾构与承台的相对关系，MJS工法桩布桩采用沿轨交、高架承台布置“L”型形式（见图2），桩体直径2.4 m，采用半圆摆喷工艺，摆喷方向为背向承台方向，保证MJS桩喷射施工过程中，高压喷射流对原轨交、高架桩体不产生直接破坏。 　　3）根据盾构的埋深，确定MJS成桩范围为盾构顶以上10.00 m至盾构底部以下3 m，MJS桩长28.5 m（见图3）。由于受逸仙路高架承台间距及盾构边界的限制，盾构在穿越逸仙路高架一侧时，盾构将部分切入MJS工法桩（见图4）。 　　4）MJS施工前，对编号为QZ1~7（见图5）的承台立柱布置监测点，布置的监测点为直接观测点，对高架立柱在MJS施工及盾构穿越阶段的沉降和位移进行即时监测，监测所得数据为施工进行指导，一旦出现报警，必须立即停止施工，同时对施工方案进行调整。

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　　3.3施工主要技术参数
　　具体施工参数见表2。
　　3.4 施工难点及安排
　　1）施工场地内管线众多，管位不清，需补充物探，进一步现场开挖样槽管线情况，并结合管线的重要性及埋深情况进行保护。
　　2）由于施工现场在高架下方，两侧为市政道路，施工场地狭小及净空限制，普通起重设备无法在现场进行吊装作业，需采用进口专用起重设备。
　　3）3号线轨交高架、逸仙路高架桩体承台存在尺寸外括扩现象，需要将桩体承台外扩部分人工开挖，完整暴露并复测尺寸后，进行MJS隔离桩施工。
　　4）MJS工法桩施工过程中通过排浆管排出的泥浆，一小时的排浆量在10m3上，需配备100m³以上的泥浆池，由于场地狭窄，现场无法满足存放泥浆的要求，所以需架设过路龙门架后铺设管路输送泥浆至围墙内盾构端头井施工现场，并采用压滤机进行泥浆处理。
　　5）由于本次施工在道路中间，控制室与施工现场距离较远并且中间有通行的道路阻隔，所以数据采集无法使用数据线缆与控制室连接，MJS工法桩采用信息化施工就无法实现，所以每个施工技术数据都采用无线射频传输技术及时传输到现场控制室，确保施工现场技术数据即时传回监控室，能够及时调整，并且保证与施工方案一致，保证了每根桩的成桩质量。
　　3.5 施工流程
　　交通组织→绿化搬迁→场地清理→开挖样槽→放样定位→导孔施工→3号线桩基MJS隔离桩施工→数据监测分析→逸仙路高架桩基MJS隔离桩施工。
　　3.6 施工流程说明
　　1）依据影响交通最小的原则，绿化搬迁后，施工位置安排在车道绿化隔离位置。施工位置不足时，才可占用1根机动车道。
　　2）开挖样沟，进行地下管线的调查与确认，防止导孔作业破坏管线。
　　3）根据图纸放样并进行导孔施工。导孔采用护壁泥浆钻孔，直径220 mm，保证MJS钻杆能顺利下沉至孔底标高-29.5 m。
　　4）动力头180°旋转，将钻头下沉至设计深度。钻头到达预定深度后，先开回流气和回流高压泵，再确认排浆正常后，打开排泥阀门，开启高压水泥泵和主空压机。在达到40 MPa压力并确认地内压力正常后，开始提升。施工时密切监测地内压力，依据高架监测点数据，通过对排浆流量的控制，来调整地内压力。
　　5）提升1根钻杆后，对钻杆进行拆卸，拆卸钻杆的过程中，检查密封圈和地内压力感应数据传输线的情况，看是否损坏，地内压力显示是否正常。拆卸钻杆后，及时对钻杆进行冲洗及保养。
　　6）喷射提升至设计桩顶标高-0.95 m，将钻管拔出，再用水泥浆回灌至地面。
　　7）施工时严格按规范要求跳孔施工，相邻2根桩间隔施工时间必须满足24 h以上。
　　8）考虑到缺少类似工程施工经验，先施工风险较低的3号线桩基隧道南线一侧隔离桩，待取得监测数据后，再施工逸仙路桩基隧道南线一侧隔离桩，然后施工逸仙路桩基隧道北线线一侧隔离桩，最后施工3号线桩基隧道北线一侧隔离桩。
　　3.7施工效果
　　1）为了保证隔离桩施工时高架的安全，所以在MJS桩施工过程中对桩基进行了沿高架立柱的X轴、Y轴方向进位移监测，Z轴方向进行沉降的监测，监测点（QZ1～QZ7）布置见图5。 　　2）位移、沉降曲线见图6、图7、图8。图中X方向最大位移量为+3.1 mm，Y方向最大位移量为-2.2 mm，Z方向最大抬升量为+4.5 mm，均在10 mm控制要求范围以内。 　　3）在MJS桩全部完成到达了龄期后，进行了全断面钻芯取样桩身检测，取出芯样连续，无断桩现象。不同土层断面取出的芯样外观完整，均匀，无夹泥。28 d无侧限抗压强度均超过1.5 MPa，达到设计要求。
　　4）盾构在穿越高架桩基过程中，由于预先对桩基进行了隔离保护措施，所以逸仙路高架最大沉降值仅为2.49 mm，最大隆起值为1.64 mm；轨交3号线高架最大沉降值为1.1 mm，最大隆起值为6.61 mm，均小于10 mm的要求；逸仙路高架及3号线高架立柱倾斜均小于1‰。以上数据充分表明了MJS隔离桩对桩基的保护达到了预期效果。
　　4 结语
　　MJS工法桩在上海长江西路越江隧道盾构穿越逸仙路高架及轨道交通3号线高架桩基时，起到了很好的保护桩基的作用，高架立柱的位移、沉降、隆起均控制在允许范围内。MJS工法桩在本次工程中的成功实施，为今后类似大直径盾构穿越地下桩基提供了参考依据。

　　参考文献
　　[1]张帆. 二种先进的高压喷射注浆技术[J]. 岩土工程学报，2010，32(supp2)：406-409