極小空間條件下應用全方位高壓噴射注漿進行地基加固的技術試驗

李永迪 張 帆 王 祺 楊化振 王惠蕾

1. 上海隧道地基基礎工程有限公司 上海 200333；2. 上海隧道工程有限公司 上海 200082

《上海市土地資源利用和保護“十三五”規劃》重點提出土地節約集約利用水平要持續提高，推進低效建設用地減量化，倒逼城市發展轉型，促進土地利用績效水平不斷提高。在此要求下，如何有效利用現有地下空間，實現既有地下空間擴展和功能提升，釋放更多地面營造綠地、廣場，改善環境品質就成為了一個重要的研究課題。本文所介紹的全方位高壓噴射注漿加固技術就是既有建筑地下空間再開發的關鍵技術之一。

1 研究內容

1.1 面臨的問題

與常規施工相比，在既有建筑內部施工更具難度，特別是在一些敏感建筑、歷史保護建筑內部施工時，具體表現在如下幾個方面[1-3]。

1.1.1 地下水位高，地質條件復雜

上海地下常年水位在－0.5 m左右，地表雜填土厚，局部地區在淺表層存在②3、③j等砂質粉土，在既有建（構）筑物地下空間內開孔作業存在地下水、砂倒涌的風險，對既有建筑物的穩定性造成影響。

1.1.2 既有建筑保護要求高

在既有建筑地下空間內施工時，首先需要根據既有建筑的結構形式制訂環境變形控制指標，在施工過程中需要全過程控制環境變形，稍有不慎就將導致既有建筑結構損傷甚至使其成為危房，最終得不償失。

1.1.3 既有建筑地下空間受限

既有建筑形形色色，施工年代跨度又比較大，內部尺寸大小不一，嚴重限制了施工機械設備的施工操作空間。

1.1.4 既有建筑受力體系維系難

在對既有建筑進行地下空間再開發的過程中，原有的受力體系一旦受到破壞，造成的損失將是不可逆的，必將對建筑物的穩定性產生影響。只有順利解決了上述問題，既有建筑地下空間再開發才具備實施的先決條件。

1.2 解決方法

1.2.1 防噴裝置小型化

為適應既有地下空間開發時空間狹小、凈空限制、設備尺寸限制等因素，將目前應用于水平旋噴施工的防噴裝置進行結構優化，將目前長度為1.5 m的防噴裝置縮短至1.0 m以內，滿足施工需求。

1.2.2 采用環境友好施工工藝

為解決施工過程對土體擾動，致使既有建筑受力改變，產生結構變形等問題，考慮采用地內壓力可控、具有強制排泥功能、成樁直徑大、對周邊環境影響小的MJS工法進行施工。

1.2.3 小型化施工設備

對MJS工法設備進行小型化、輕量化、全向化改進，進一步縮小施工作業操作空間，減小設備拼裝、拆卸難度，擴展低凈空施工領域（圖1）。

圖1 小型化設備

1.2.4 微型化鉆頭、鉆管

通過調研，根據隧道管片主筋間距150 mm這一指標，研發直徑≤90 mm的鉆頭、鉆管（圖2），避免在對既有結構進行開孔作業時，對結構主筋造成破壞。

圖2 小斷面多孔管旋噴鉆具

經過近2年的研發，上述問題順利得以解決。為檢驗科研成果，此次研究針對不同的土層和加固方式的要求，開展了一系列工程性試驗，得到漿液配比、噴漿壓力、提升速度等一系列的參數。

2 試驗情況

2.1 試驗目的

1）采用φ90 mm鉆具，驗證MJS-40CVH主機自行鉆進能力。

2）驗證采用同比例縮小后的MJS鉆管、鉆頭施工的可行性。

3）通過對比試驗確定可行性施工參數，并判斷該參數下的成樁直徑。

4）通過現場試驗找出現有設備缺點，確定改良方案。

2.2 試驗場地地質情況

試驗區域主要涉及地層為③灰色淤泥質粉質黏土層、③j黏質粉土層、④灰色淤泥質黏土層、⑤1灰色黏土層（圖3）。③～⑤1這幾層土均為流塑-軟塑狀的黏性土層，具有靈敏度高、易產生流變的特性。

圖3 地層剖面示意

2.3 試驗方案

試驗樁位布置在基坑內，避開抽條加固、抗拔樁、格構柱等，避免后續其他工序施工對樁體造成影響，以便于后期開挖驗證。共計布置6根試驗樁，M1#～M6#，施工深度為－20～－5 m[4-6]。

2.4 試驗參數

在既有建筑下，進行地基加固試驗時，試驗樁主要旋噴參數如表1所示。

表1 試驗樁主要旋噴參數

2.5 施工步驟

在既有建筑極小空間下，采用Mini全方位高壓噴射工法（以下簡稱Mini MJS工法），進行地基加固的詳細施工順序如下（圖4）：

圖4 Mini MJS工法施工流程示意

1）采用工程鉆機鉆至設計深度。

2）連接電源、數據線，開啟油泵，樁機就位。

3）鉆頭和地內壓力監測顯示器連接，確認在鉆頭無荷載的情況下清零。

4）對接鉆桿和鉆頭，對接時，認真檢查密封圈情況，看是否缺失或損壞。地內壓力是否顯示正常。

5）如土質較硬時，可將水龍頭和鉆管連接，打開削孔水，用削孔水切割土體，然后動力頭旋轉，將鉆頭壓入土體，在壓入過程中，需時常上下提升鉆管，以防土塊將鉆頭堵住。

6）重復第4個步驟和第5個步驟，直到鉆頭到達預定深度。

7）鉆頭到達預定深度后，先開回流氣和回流高壓水泵，在確認排漿正常時，打開排泥閥門，開啟高壓注漿泵和主空壓機。在開啟高壓注漿泵時，壓力不可太高，應逐步增壓，直到達到指定壓力，在達到指定壓力并確認地內壓力正常后，才可開始提升。

8）施工時密切監測地內壓力，壓力不正常時，必須及時調整。

9）當提升一根鉆桿后，對鉆桿進行拆卸，注意在拆卸鉆桿的過程中，認真檢查密封圈和數據線的情況，看是否損壞，地內壓力顯示是否正常，如有問題及時排除。拆卸鉆桿后，需及時對鉆桿進行沖洗及保養。

10）重復步驟9，直到施工結束。

11）施工結束后，對設備進行沖洗和保養。

12）施工監測：必須加強對現場周邊環境的監測，并及時匯總，為后續施工提供指導。

2.6 成樁情況

對試驗樁體進行開挖暴露，成樁直徑1.3～1.4 m（圖5）。

圖5 試驗樁成樁直徑

3 結語

通過試驗得出以下結論：

1）針對極小場地施工創新研制的小型化設備結合全方位高壓旋噴注漿加固工藝，其最低施工凈高要求低至2.5 m，可滿足絕大部分在低凈空條件下進行微擾動地基加固的施工需求。

2）MJS-40CVH鉆機采用φ90 mm的鉆具自行鉆進，可滿足低凈空條件下的施工要求，并因鉆管斷面尺寸小，對既有結構的損傷也相應減小，有利于既有結構的保護。

3）防噴裝置的使用，使得該工藝可在地下水位線以下進行全方位施工[7-8]。

4）Mini全方位高壓噴射工法，借用了成熟的MJS工藝原理，在進行既有建筑地下空間再開發時，可實現環境友好型施工。

該工藝試驗為今后的既有結構地下空間再開發提供了一種新的方法，本次試驗的成功，希望能給予同行有益的借鑒，共同推進我國旋噴工藝的發展。