RJP、MJS、SMW、TRD几类工法桩技术应用

2020年8月15日ContentsPage目录页引言第一部分地铁施工涉及的主要几类桩基第二部分桩基施工工艺第三部分桩基的适用范围第四部分桩基施工特点第五部分引言近年来，我国逐步进入了大规模开发地下空间的新时代，高层建筑地下室、地下商业综合体、地铁轨道交通车站、地下市政设施及地下变电站等城市地下工程的建设蓬勃发展，地下空间开发正向深度和广度方向发展。伴随着地铁、隧道等地下工程及建筑深基坑工程的不断发展，各类桩基及工法得到越来越广泛的应用。由于桩径、垂直度及施工深度等的限制，深基坑坑底加固、加深或新增隔水帷幕等采用各类桩基及工法均有不同的效果。本课题通过杭州地铁涉及到的几类桩基进行施工对比，总结出各类桩基施工的特点。桩基分类基坑围护（加固）钢筋混凝土类型水泥土类型地下连续墙钻孔桩高压喷射形式深层搅拌形式普通高压旋喷桩RJP桩MJS桩TRD工法SMW工法双重管三重管单重管近几年，杭州地铁基坑施工主要涉及到的几类桩基围护结构，如右图。本次重点讲水泥土类型的桩基。5第三部分桩基施工的工艺高压旋喷桩施工技术是70年代日本首先提出，它是在静压灌浆的基础上，引进水力采煤技术而发展起来的，是利用射流作用切割掺搅地层，改变原地层的结构和组成，同时灌入水泥浆或复合浆形成凝结体，借以达到加固地基和防渗的目的。高压喷射注浆法是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水、（空气）成为20～40MPa的高压射流从喷嘴中喷射出来，冲切、扰动、破坏土体，同时钻杆以一定速度逐渐提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成一个圆柱状固结体（即旋喷桩），以达到加固地基或止水防渗的目的。6第三部分高压喷射桩基施工的工艺高压喷射注浆的成桩机理包括以下五种作用：（1）高压喷射流切割破坏土体作用。喷射流动压以脉冲形式冲击破坏土体，使土体出现空穴，土体裂隙扩张。（2）混合搅拌作用。钻杆在旋转提升过程中，在射流后部形成空隙，在喷射压力下，迫使土粒向着与喷咀移动方向相反的方向（即阻力小的方向）移动位置，与浆液搅拌混合形成新的结构。（3）升扬置换作用（三重管法）。高速水射流切割土体的同时，由于通入压缩气体而把一部分切下的土粒排出地上，土粒排出后所留空隙由水泥浆液补充。（4）充填、渗透固结作用。高压水泥浆迅速充填冲开的沟槽和土粒的空隙，析水固结，还可渗入砂层一定厚度而形成固结体。（5）压密作用。高压喷射流在切割破碎土层过程中，在破碎部位边缘还有剩余压力，并对土层可产生一定压密作用，使旋喷桩体边缘部分的抗压强度高于中心部分。73.1普通高压旋喷桩施工工艺根据喷射方法的不同，喷射注浆可分为单管法、二重管法和三重管法。单管法：单层喷射管，仅喷射水泥浆。浆液压力20～40MPa，浆液比重1.30～1.49，旋喷速度20rmin，提升速度0.2～0.25m/min，喷嘴直径2～3mm，浆液流量80～100L/min（视桩径流量可加大）二重管法：又称浆液气体喷射法，是用二重注浆管同时将高压水泥浆和空气两种介质喷射流横向喷射出，冲击破坏土体。在高压浆液和它外圈环绕气流的共同作用下，破坏土体的能量显著增大，最后在土中形成较大的固结体。浆液压力20～40MPa，压缩空气压力0.7～0.8MPa。。三重管法：是一种浆液、水、气喷射法，使用分别输送水、气、浆液三种介质的三重注浆管，在以高压泵等高压发生装置产生高压水流的周围环绕一股圆筒状气流，进行高压水流喷射流和气流同轴喷射冲切土体，形成较大的空隙，再由泥浆泵将水泥浆以较低压力注入到被切割、破碎的地基中，喷嘴作旋转和提升运动，使水泥浆与土混合，在土中凝固，形成较大的固结体，其加固体直径可达2m？。浆液压力0.2～0.8MPa，浆液比重1.60～1.80，压缩空气压力0.5～0.8MPa，高压水压力30～50MPa。8高压泥浆泵浆桶水箱搅拌机水泥仓旋喷固结体注浆管钻机喷头单管旋喷注浆示意图3.1普通高压旋喷桩施工工艺93.1普通高压旋喷桩施工工艺浆桶水箱搅拌机水泥仓旋喷固结体注浆管钻机喷头二重管旋喷注浆示意图空压机高压泥浆泵103.1普通高压旋喷桩施工工艺浆桶水箱搅拌机水泥仓旋喷固结体注浆管钻机喷头三重管旋喷注浆示意图空压机高压泥浆泵高压清水泵113.1普通高压旋喷桩施工工艺123.1普通高压旋喷桩施工不利影响3.1.1环境污染施工现场地面污染通过气升作用，废弃泥浆通过钻杆周边的间隙，从地面自然排出。土与地下水污染无法控制喷射注浆形成的较高地内压力，水泥浆沿地层缝隙向四周无规则游走，易在较大范围内造成对地下水与深部土层的污染。（譬如，地墙外侧接缝处施工旋喷桩时，坑内降水井内冒浆，表明水泥浆的水平游走距离大）133.1普通高压旋喷桩施工不利影响3.1.2加固效果与可靠度差加固深度有限目前，常规高压旋喷桩加固深度不超过40m。深部土层的加固效果与可靠性差（1）深部排泥困难：随施工深度加大，气升效果减弱；（2）喷射效率下降：无法消除超深处排泥困难，产生较高的地内压力，导致喷射效率下降；深部喷嘴堵塞，降低喷射效率。随施工深度增加，喷射效率下降143.1普通高压旋喷桩施工不利影响3.1.3相邻地面隆起量大、影响周边建筑环境地基内部的泥水压力偏高，是导致地面隆起的主要原因。地基内部的泥水压力偏高，易导致毗邻地下结构物的侧向变形。地内压力偏高的原因：排泥不畅；钻孔四周的空隙被泥浆封闭，地内压力无释放途径；无控制地内压力的专用设备。3.1.4延伸内容：盾构端头加固质量差153.2RJP桩施工工艺由于桩径、垂直度及施工深度等的限制，地下连续墙接缝、深基坑坑底加固、加深、盾构端头加固或新增隔水帷幕等采用普通高压旋喷桩工艺已不能满足工程质量要求，迫切需要采用新的施工工艺来满足工程需要，从而引进了大直径高压旋喷桩——RJP工法技术163.2RJP桩施工工艺利用超高压喷射流体产生的动能破坏地基的组织结构，被破坏的土颗粒不水泥浆液混合搅拌从而形成大直径的桩体。1）利用上段超高压水不压缩空气喷射流体先行切削土体：超高压水20MPa压缩空气1.05MPa2）利用下段超高压浆液不压缩空气喷射流体扩大切削土体，被破环的土颗粒不硬化材料混合搅拌形成大直径桩体超高压浆液40MPa压缩空气1.05MPa173.2RJP桩施工工艺3.2.1可构筑大直径且品质均一的圆柱形桩体成桩直径2.0m～3.0m最大可达3.5m3.2.2可形成扇柱状桩体超高压水和超高压浆液喷射孔按同一个动方向设定转劢角度90º到360º可以根据设计要求做成任意形状的桩体。183.2RJP桩施工工艺3.2.3设备占地面积小，可在场地受限的区域施工；3.2.4钻机具备引孔和成桩双重功能；3.2.5可以避开障碍物而形不规则形状的桩体；3.2.6可以紧贴建（构）筑物、基坑边进行施工。（RJP也存在地面返浆隆起）193.2RJP桩施工工艺203.2RJP桩施工工艺213.2RJP桩施工工艺223.2RJP桩施工不利影响RJP桩施工过程中主要的不利因素是返浆问题，对周边环境会有一定的影响；其次，由于RJP在施工工艺上带有引孔的步序，因此，在对地面的扰动要小于普通高压旋喷桩，引孔会使钻杆周边空隙增加，从而使浆液可以有空间返至地面，减小一部分地面隆起。233.3MJS桩施工工艺MJS工法是从综合角度出发，将硬化材料泥浆的配料直至加压输送、喷射、地层切削、混合、强制排泥、集中泥浆这一系列工序作为监控对象。是一种能进行水平地基加固和360°全方位地基加固的施工工法，对于周边环境及地基扰动影响积极微小；能实施大深度地基加固及水面下的施工，并且可以选择排泥场所。243.3MJS桩施工工艺MJS桩成桩原理与RJP类似，不同之处在于MJS在底部钻头位置增设了一处泥浆吸入口，在成桩过程中，及时将土层中置换的泥浆抽排至地面，从而达到微扰动的效果，成桩效果也大大增加。253.3MJS桩施工工艺射流形成高真空泥液从排泥口强力吸入排泥方向263.3MJS桩施工工艺水泥浆喷射口排泥口：强制排泥压力传感器前端高压水喷嘴：预钻孔切削273.3MJS桩施工工艺3.3.1全方位施工（垂直、水平、倾斜）283.3MJS桩施工工艺3.3.2施工对周边环境影响小1）废弃泥浆通过专用排泥管，输送至地面排泥箱或泥浆池内，经处理后运出场地，避免场地环境污染。2）通过调整排泥量，控制地内压力，控制喷射注浆引起的地基隆起与下沉，有效控制施工对相邻建构筑物的影响。3）通过集中排泥与控制地内压力，保证水泥浆在加固范围内扩散，避免对地下水与土体的污染。293.3MJS桩施工工艺3.3.3有效加固深度大、加固效果可靠1）最大有效加固深度可达100m。上海施工案例表明，有效加固深度可达62m（约50m深度处，开挖外露桩径达2.5m，qu1.5MPa）。2）喷射条件始终处于最佳状态：前端切削装置配备了地内压力传感器、多功能多孔管（强制排泥）。3）加固体直径大、强度高。3.3.4加固截面形状多变加固体截面形状可任意设定，对施工条件的适应性强（任意角度的扇形截面:5°-360°）。303.4高压喷射桩基适用范围及特点对比主要适用于基坑基地加固、浅基坑止水帷幕、浅基坑围护结构、盾构端头冷缝加固。深基坑地下连续墙接缝止水、已有隔水帷幕加深戒新增隔水帷幕、深基坑裙边、坑底加固戒落深坑支护、基坑支护隧道间旁通道、盾构机进出洞口加固、地下结构物、围堰坝体防渗墙。同RJP，加固环境保护要求高或场地受限区域（高架、高压线等）。313.4高压喷射桩基适用范围及特点对比加固方法应用范围有效加固深度施工条件施工质量环境变形成本常规高压旋喷桩浅层加固、浅基坑止水帷幕≤40m，实际加固深度不理想设备占用空间小、个别设备占用空间大砂性土中质量无保证严重80-90元/立方RJP工法深层加固、隔离墙、补强止水帷幕等≤60m，实际做到40m左右设备占用空间小施工参数均严格控制，质量可靠中等350-550元/立方MJS工法深层加固、隔离墙、补强止水帷幕等≤100m（国内已达55m）设备占用空间小(2.6x2.5x4.0)m—含钻杆高度施工参数均严格控制，质量可靠。3mm800元/立方32第四部分深层搅拌桩基施工的工艺SMW是SoilMixingWall（劲性水泥土墙）的缩写，于1976年在日本问世。该工法是以多轴（常见的有三轴、五轴）钻掘搅拌机将钻头处喷出的水泥系强化剂与地基土反复混合搅拌，搅拌体之间重叠搭接，然后在水泥土未结硬前插入H型钢等应力补强材料，至水泥结硬，形成一道具有一定强度和刚度的、连续完整的、无接缝的地下墙体。三轴搅拌桩（实际施工中有单轴、三轴、五轴）是长螺旋桩机的一种，同时有三个螺旋钻孔，施工时三条螺旋钻孔同时向下施工，是软基处理的一种有效形式，利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌，使水泥与土发生一系列物理化学反应，使软土硬结而提高地基强度。三轴搅拌桩在基坑围护工程起到重要的作用，一种中间不插型钢，只作为止水用，如需挡土应与其他工艺结合应用；一种是搅拌桩桩体内插H型钢（俗称SMW工法）既可以起到止水亦可以作挡土墙，适用于挖深较浅的基坑。常见的深层搅拌工法桩主要有两类：33第四部分深层搅拌桩基施工的工艺TRD工法（TrenchcuttingRe-mixingDeepwallmethod），是将满足设计深度的附有切割链条以及刀头的切割箱插入地下，在进行纵向切割横向推进成槽的同时，向地基内部注入水泥浆以达到与原状地基的充分混合搅拌在地下形成等厚度连续墙的一种施工工艺。TRD工法（Trench－Cutting&Re-mixingDeepWallMethod），中文叫法比较多，最早叫“混合搅拌壁式地下连续墙施工法”，后陆续有文献称其为：等厚度水泥土地下连续墙工法，原位置上混合搅拌壁式地下连续墙施工法，水泥加固土地下连续墙浇筑施工法等。TRD工法由日本90年代初开发研制，是能在各类土层和砂砾石层中连续成墙的成套设备和施工方法。其基本原理是利用链锯式刀具箱竖直插入地层中，然后作水平横向运动，同时由链条带动刀具作上下的回转运动，搅拌混合原土并灌入水泥浆，形成一定厚度的