MJS工法原理及在城市工程建设中的应用

　　关键词：MJS工法、高压喷射、地基加固
　　1 概述
　　随着近十余年上海市政建设和高层建筑的迅速发展，包括地铁车站、隧道和高层建筑物地下室等地下构筑物工程迅速增加，由于上海土质软弱和具有透水性，因此在地下工程中采用地基加固方法以保证地下工程的安全、迅速施工就成了必不可少的措施。目前上海地区主要的地基加固方法有：高压旋喷注浆法、深层搅拌法、注浆法、SMW工法等。这些加固方法都有一个共同的特点：施工过程中会产生较大的挤土效应，施工过程中会产生地面隆起，地表开裂，影响周围建筑物、构筑物、市政管线的正常使用，甚至产生更为严重的破坏。尤其是目前大城市的地下构筑物已相当密集，随着城市的发展，仍然需要不断建设新的地下构筑物。
　　在密集的建筑丛中进行地基加固，急需一种微扰动、可控性的地基加固方法。近年来出现了MJS工法施工工艺，是一种微扰动注浆施工技术，能很好地解决这一问题。
　　2 MJS工法施工工艺
　　2.1 MJS工法施工原理
　　MJS工法，即全方位超高压喷射注浆法。最初是为了解决水平旋喷施工中排浆和环境影响问题而开发出来的，之后由于其独特的优势和工程需要又应用到倾斜和垂直施工过程中。
　　MJS工法是在以往高压喷射注浆的基础上，采用独特的多孔管和前端强制吸浆装置。多管由高压水管、高压水泥浆管、压缩空气管、废浆排放管、孔内压力测试管等9根管组成。施工过程中，当测压传感器测得的孔内压力较高时，可以控制吸浆孔的开启大小，调节泥浆排出量达到控制土体内压力的目的。大幅度减小对环境的影响。避免出现挤土效应，也就大大减少了地基加固施工中出现地表变形、建筑物开裂、构筑物位移等风险发生。
　　
　　图1：MJS强制排浆示意图
　　2.2 工艺特点
　　与其他传统的喷射注浆方法相比，MJS工法具有如下几个特点
　　1、 排浆方式不同：MJS工法配有强制吸浆管，可以强制排走施工过程产生的废浆。而传统的喷射注浆方法的废浆是通过注浆管与孔壁间的环状空隙排出地表。强制排浆是MJS工法区别与其他喷射注浆方法的主要特点。
　　2、 对周围环境影响小：MJS工法喷头前端有压力测量传感器，排浆量可以根据孔内压力情况进行调节。传统喷射注浆方法，不能调节土内压力，容易产生产生挤土效应，引起地表变形。
　　3、 可以进行水平、倾斜、垂直、多方位任意角度的施工。
　　4、 桩径大，桩体质量好：MJS采用超高压力40Mpa以上喷射，流量90~130L/min，提升速度2.5~4cm/min。喷射能量大，作用时间长，加上同轴空气的保护，能形成2.5米以上的桩径，由于直接采用高压水泥浆喷射，桩体质量好。
　　5、 泥浆污染少：由于采用了专用排浆管排泄废浆，有利于废浆的集中管理，施工场地干净，避免了普通喷射注浆施工中泥浆遍地流的情况。
　　3 MJS工法设计
　　1） 施工参数的选取：
　　MJS施工参数包括各种喷射介质的压力、流量、注浆管的提升、摆动速度等，可在表1范围内选取：
　　表1：MJS施工参数
　　项目 取值范围 备注
　　水泥浆 压力（MPa） 20~50 根据设计要求，施工前，应进行试桩，根据成桩情况合理确定施工参数。
　　 流量(L/Min) 55~150 
　　 水灰比 0.8~1.2 
　　压缩
　　空气 压力（MPa） 0.4~1.0 
　　 流量(L/Min) 1.0~2.0 
　　注浆管 摆动速度（rpm） 5~10 
　　 提升速度（cm/min） 2-5 
　　2） 成桩直径与强度
　　加固体的直径和许多因素有关，其中包括喷射压力P、流量Q、提升速度S、现场土的剪切强度τ、浆液稠度B等：
　　D=f（P，Q，S，τ，B……）
　　加固范围与喷射压力P、流量Q成正相关，而与提升速度S、土的剪切强度τ和浆液稠度B成负相关。
　　一般来说，砂性土中形成的桩径比粘性土中相对较大。根据上海地区情况，成桩直径可达2.0~2.5米，局部可达3米。具体工程施工前应进行试桩，根据试桩情况合理确定桩径。
　　加固强度与单位加固体中的水泥含量、水灰比和土质有关。单位加固体中的水泥含量越高、浆液水灰比越小，则加固强度越高。此外，同等条件下，在砂性土中的加固强度比在软弱粘性土中的强度高。
　　3） 加固形式的选择
　　根据摆动形式和摆动角度的不同，MJS加固体的形状可为圆形、半圆形、扇形、板形，可根据加固要求，合理确定加固体形状。一般来说，满堂加固可采用圆形；止水帷幕可采用圆形或半圆形；灌注桩间或地下连续墙接缝止水可采用半圆形或扇形。
　　4 MJS施工
　　4.1 施工机具
　　MJS施工成套设备包括：成孔系统、注浆系统、强制排浆系统、监测管理系统和动力系统
　　1、 成孔系统：MJS喷射注浆机本身一般不具有钻孔能力，因此注浆前需采用回转钻机成孔。成孔系统设备主要有：回转钻机、泥浆泵、钻孔测斜仪等。
　　2、 注浆系统：包括水泥筒仓、自动拌浆机、高压注浆泵、MJS专用喷射注浆机、空气压缩机等。
　　3、 强制排浆系统：多孔管、强制吸浆装置、高压清水泵、泥浆运输车等。
　　4、 监测管理设备：流量计、土压计、压力表等。
　　5、 动力设备：电动机、输配电设备等
　　4.2 MJS工法施工步骤
　　1、 施工放样：根据确定的设计图纸进行现场放样，准确测量注浆孔位置，桩位偏差不大于5cm。
　　2、 钻孔：工程钻机预成孔，成钻时保持钻孔垂直度（水平MJS施工或其他角度的施工时，保持预定角度）。
　　3、 注浆机就位并放入多孔管：
　　1） 预成孔完成后，注浆机就位；
　　2） 钻头和地内压力监测显示器连接，确认在钻头无荷载的情况下清零。
　　3） 连接多孔管，并逐根放入孔内，直至设计底标高。对接时，认真检查密封圈情况，看是否缺失或损坏，压力是否显示正常。
　　4、 检查各施工参数：喷头到达预定深度后，先开回流气和回流高压泵，确认排浆正常时，开启高压水泥泵并逐步增压，直到达到指定压力，在达到指定压力并确认地内压力正常后，才可开始提升
　　5、 分段提升注浆管，直至设计顶标高。当提升一根注浆管后，对注浆管进行拆卸，注意在拆卸过程中，认真检查密封圈和数据线的情况，看是否损坏，地内压力显示是否正常。如有问题及时排除。拆卸后，需及时对注浆管进行冲洗及保养。
　　6、 管路清洗：施工结束后，立即用清水冲洗注浆管路及注浆泵，防止管路堵塞。
　　5 工程实例-上海外滩通道工程
　　上海已采用MJS工法先后完成了数十项地基加固项目，例如：轨道交通11号线江苏路站盾构工作井加固、轨道交通9号线徐家汇站换乘大厅加层、上海徐家汇天主教堂保护工程等，均取得明显效果。
　　上海外滩通道工程是上海外滩地区城市功能发展和交通综合改善计划的重点工程，外滩通道跨越延安路越江隧道区段采用明挖基坑的方法施工，在与延安路越江隧道交叉位置，基坑底部距离隧道顶板仅4米左右，并且延安路隧道为上海年代较老的隧道之一，管片较薄，因此，基坑开挖前必须对隧道周围土体进行加固。加固平剖面图见图2。
　　
　　图2：外滩通道土体加固平剖面图
　　本工程土体加固分为隧道南线和北线两个区域，加固部位主要为隧道顶部和隧道两侧，为防止施工挤土效应对隧道产生影响，在隧道两侧，采用MJS工法施工。考虑到工期因素，隧道顶部仍采用普通旋喷注浆法施工。
　　本工程正式施工前进行了试桩，试桩布置了2根普通三管旋喷桩和2根MJS工法桩，桩间距2400mm；监测孔分为孔隙水压力孔及土体水平位移监测孔两种。经监测，MJS工法桩土体水平位移最大值约6mm，而相同情况下三管法试桩测得的土体位移最大值达到了46mm。MJS工法对于减少土体挤土效应非常明显。
　　本工程共施工MJS工法桩48根，加固标高-3.8~-23.3米。施工区附近构筑物没有出现开裂、地面隆起等不良现象。根据隧道内监测系统数据显示，施工对延安路隧道影响很小，MJS工法在本工程得到成功应用。
　　
　　参考文献：
　　1、 龚晓南主编《地基处理技术发展与展望》，中国水利水电出版社；
　　2、 《全方位高压喷射工法》，MJS协会；
　　3、 《地基处理手册》（第三版），中国建筑工业出版社，2008。