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浅析MJS工法桩施工质量控制要点

MJS-RJP 2022年1月16日 项敏 493

摘要

摘要:就目前基坑围护施工而言,基坑周边止水帷幕形式多样,另随着城市核心城区的发展,市政基础设施需逐步完善建设,基坑施工周边建筑环境、地下管线及其他已建基础设施保护要求越来越高,MJS工法桩以其可以“全方位”进行高压喷射注浆施工、桩径大,桩身质量好、对周边环境影响小,超深施工有保证、泥浆污染少、机械化程度高、施工占用场地小、环境保护好等优势,作为止水帷幕在工程实践中得到广泛使用。基于此,现从MJS工法施工质量控制方面出发,对MJS工法桩的施工质量控制要点进行分析,以其为类似工程提供参考和借鉴。


关键词:MJS工法桩;施工质量;控制要点


0 引言


MJS工法(Metro Jet System)又称全方位高压喷射注浆工法,利用高压水、高压空气和高压水泥浆三种介质,通过独特的多孔管和前端造成装置,以高压射流切割破坏周围土体,将硬化材料泥浆加压输送、喷射、切削地层、混合、排泥、集中泥浆、泥浆运送一系列工序作为监控对象,是一种能进行水平、垂直及倾斜和360。全方位地基加固的施工工法。该工法的最大特征是实现了孔内强制排浆,并通过调整排浆量来控制地内压力,从而能够有效地抑制随喷射搅拌而产生的地基隆起或沉降,大幅度减少对环境的影响。


1 MJS工法工艺特点


1.1 MJS工法工艺优点


1.1.1可以”全方位”进行高压喷射注浆施工

MJS工法可以进行水平、倾斜、垂直各方向、任意角度的施工。特别是其特有的排浆方式,使得在富水土层、需进行孔口密封的情况下进行水平施工变得安全可行。


1.1.2桩径大,桩身质量好

喷射流初始压力达40MPa,流量约90~130I7min,使用单喷嘴喷射,每米喷射时间30-40 min(平均提升速度2.5-3.3m/min),喷射流量能量大,作用时间长,再加上稳定的同轴高压空气的保护和对地内压力的调整,使得MJS工法成桩直径大,可达2-2.8m(砂土 N<70,粘土 c<50)。由于直接采用泥浆液进行喷射,其桩身质量较好。


1.1.3对周边环境影响小,超深施工有保证

传统高压喷射注浆工艺产生的多余泥浆是通过土体与钻杆的间隙,在地面孔口处自然排出。这样的排浆方式往往造成地层内压力偏大,导致周围地层产生较大变形、地表隆起。同时在加固深处的排泥比较困难,造成钻杆和高压喷射枪四周的压力增大,往往导致喷射效率降低,影响加固效果及可靠性。MJS工法通过地内压力监测和强制排浆的手段,对地内压力进行调控,可以大幅度减少施工对周边环境的扰动,并保证超深施工的效果。


1.1.4泥浆污染少

MJS工法采用专用排泥管进行排浆,有利于泥浆集中管理,施工场地干净。同时,对地内压力的调控,也减少了泥浆“窜”入土壤、水体或是地下管道的现象。


1.1.5机械化程度高

转速、提升、角度等关系质量关键问题均为提前设置,并实时记录施工数据,尽可能地减少了人为因素造成的质量问题。


1.2 MJS工法工艺缺点

施工效率不高,接杆慢,提杆慢;遇到超深施工可能会产生断杆、埋杆问题;成本高。


2 MJS工法桩施工工艺流程

见图1)

MJS工法质量要点



3 MJS工法桩施工


工艺要点


3.1测量放线

根据测量基准点,利用全站仪测放桩位。测放前,应复核测量基准点、水准点及建(构)筑物的基准线,并采取相应的保护措施。


桩位测放完成后,先由测量员自检。自检确认无误后,报请监理工程师进行验收。验收合格后,方可允许施工,不经验收的桩位严禁使用。桩位测放的平面误差不得大于5 mm。


3.2开挖沟槽

根据测放的桩位沿轴线开挖沟槽。沟槽开挖完成后,应重新复测桩位,并根据场地条件,利用钢板等铺设场地,确保后续作业安全。


沟槽底宽度1~2m左右,深度1~3m。


3.3引孔

采用钻机配备导向切削钻头进行预钻孔施工,引孔直径根据MJS桩径确定。


引孔深度应大于设计孔深1 mo为保证成孔垂直度,在引孔完成后采用套筒钻头进行扫孔,然后清孔,并灌入比重不小于1.1的泥浆,以防止塌孔。


3.4主机就位

MJS主机基础应坚实平整。为防止施工过程中因基础软弱发生不均匀沉降,故在钻机底部架设槽钢或铺设钢板,以确保MJS施工过程中设备的稳固。

利用吊车将MJS主机吊放就位,接通主机电源,调整主机位置和方向,使MJS钻头底部中心对准套管中心,并伸缩支腿对主机进行调平,并用方木支垫结实。


3.5钻头试喷

将钻头吊放入主机动力头内,并安装倒吸空气适配器、安装水龙头,确认各路管线在通畅的前提下进行试喷。


旋转钻头使喷嘴至合适位置(应避开人群),主机操作人员通过对讲机通知后台操作人员,依次开启主空气、200泵进行试喷,确认钻头喷射是否正常。


3.6下放钻杆

利用主机动力头下放MJS钻头和钻杆。其间吊车配合拼接钻杆,连接钻头和地内压力监测显示器,确认在钻头无荷载的情况下清零。对接钻杆和钻头,对接时认真检查密封圈情况,看是否缺失或损坏,地内压力是否显示正常。


将钻具下放至桩底标高。在每节钻杆接长过程中,相应连接地内压力数据线。


3.7喷射注浆

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,包括摇摆角度、引拔速度、回转数等。


先开倒吸水流和倒吸空气。在确认排浆正常时,打开排泥阀门,开启高压水泥泵和主空气空压机。首先用水向上喷射50 cm,压力为10 MPa,然后把水切换成水泥浆,钻杆重新下放到位后,开始向上喷射注浆。


在喷浆过程中,密切关注地内压力、泥浆排放情况,主动控制排泥阀门的大小,保证地内压力在规定数值之内。


3.8拆卸钻杆

当需要拆卸钻杆时,在该根钻杆完成喷射结束之前大约30 s时,将水泥浆切换成水;当200泵的压力有大幅下降时,关闭200泵,停止步进和摇晃,关闭排泥阀门。再依次通知后台人员关闭注浆泵、切削水泵和空压机,卸下水龙头和喷射完成的钻杆。


注意在拆卸钻杆的过程中,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,应及时排除。拆卸钻杆后,需及时对钻杆进行冲洗及保养。


3.9移机就位

待喷浆至设计桩顶标高,全部钻杆拆除后,直接移机下一孔位,进行其他工法桩施工。


3.10泥浆处理

对喷浆过程中形成的置换废浆,可集中存放在总包方指定位置,待凝固后外运处理。


4 MJS工法桩技术要求


(1)MJS喷射注浆采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥,其水灰比为1:1,水泥掺量为700 kg/m3。


(2)MJS喷射注浆的高压水压力控制值为10-30 MPa;压缩空气的压力控制值为0.8-1.0 MPa;浆液压力控制值为38-40 MPa。注浆管提升速度约为2.5 cm/min>旋转速度控制值约为3~4 r/min。


(3)加固体28 d单轴抗压强度不得小于1.5 MPa;渗透系数小于1 x 10^-8cm/s。


(4)施工机械在设计位置处就位后应保持垂直。施工时旋喷管的允许倾斜度应< 1/150。机械就位后机座须保持平稳,立轴或转盘应与孔位对准,倾角与设计要求的误差应<0.5度。钻孔的位置与设计定位的偏差应<50 mm。


5 MJS工法桩技术控制要点


(1)根据设计桩位测量放线,桩位测放误差不大于5 mm,并清除桩位处地下障碍物,引孔钻孔就位后应对桩位进行复测,引孔钻机就位偏差不大于2 cm。


(2)在引孔钻机施工过程中,根据地层情况调整泥浆性能参数,成孔后应循环泥浆进行清孔,确保提钻后孔底沉渣不大于50 cm。


(3)在引孔施工过程中,应注意操作,确保钻孔的垂直度,发现钻孔偏差时应利用筒钻进行扫孔,控制钻孔垂直度在1/150以内。


(4)MJS主机安装就位时,底部应铺设钢板或型钢,防止施工过程中产生不均匀沉降。主机就位后,应调平底座,并保证动力头旋转中心与套管中心处于同一铅垂线上。


(5)接长钻杆时,应检査密封圈的完好情况,并将连接螺栓坚固可靠,保证钻杆内部各管道的连接密闭可靠有效。钻杆下放前,检查排泥阀开闭情况及地内压力数据清零情况,保证后续施工时地内压力显示有效,阀门开闭可靠。


(6)水泥浆应在喷浆前20 min开始搅拌,且每罐搅拌时间不得少于5 min。水泥浆应严格按照设计水灰比配制,对配制好的浆液进行比重检测,控制水泥浆比重在1.5±0.02以内。搅拌好的水泥浆应在2 h内使用完毕。


(7)根据设计桩径和水泥掺量计算并设定前台主机各项运行参数和喷浆流量。在喷浆过程中,应控制喷浆泵和主空气压力,倒吸水与倒吸空气压力及流量根据前台指令相应进行调节。


(8)在喷浆过程中,应密切注视地内压力变化情况及排泥管排泥情况。如地内压力骤升,或排泥管不排泥时,应立即停止喷浆,并将水泥浆换成水,打开排泥阀门,在喷水的同时,加大倒吸水及倒吸空气的流量和压力,待地内压力下降到合理水平后,再将水换成水泥浆继续喷射提升;地内压力如果骤降,则停止钻杆的提升,保持继续喷浆,关小或关闭排泥阀门,同时减弱倒吸水及倒吸空气的压力和流量,待地内压力回升到正常水平时,再继续提升喷浆。



6 MJS工法桩质量控制标准


MJS工法桩桩施工过程中,应按表1所列要求做好质量检查和控制工作。


MJS工法质量要点


7 MJS工法桩质量检查与验收


(1)水泥、外加剂等原材料的技术指标和检验项目应符合设计要求和国家现行标准的规定。

检验方法:查产品合格证及复试报告。

检验数量:按检验批检査。

水泥复试时,以同批次进场的水泥不超过500 t为一批,每批抽样称取12 kg作为检验试样,检验水泥的细度、凝结时间、强度、安定性等指标。当对水泥质量有怀疑或出厂超过3个月时,应进行复检。


(2)水泥浆水灰比、水泥掺量应符合设计和施工工艺要求,浆液不得离析。

检验方法:浆液水灰比用比重计检查,水泥掺量用计量装置检查。

检查数量:按台班检查,每台班不得少于3次。


(3)MJS工法桩水泥土强度和抗渗性能应符合设计要求。

桩身水泥土强度和抗渗性能可采用试块强度和渗透试验判定,如有要求可抽芯取样检验。检验方法及数量:按总桩数的1%,且不少于3根桩的要求进行抽芯检验,桩体渗透系数不大于1 x lO^-4cm/s。


8 MJS工法桩质量保证措施


8.1总则

(1)建立健全质量保证体系,强化现场技术管理和质量管理各方面的规章制度和措施。

(2)强化员工质量意识,推行“全员、全方位、全过程”的全面质量管理。

(3)认真做好图纸会审、设计交底、施工技术交底、技术资料档案和技术培训等方面的技术管理工作,为工程质量提供技术保证。

(4)严格把好原材料质量关,收集各类质保单,做好规定的原材料试验及检验工作。

(5)内业资料,尤其是质量验收资料与实际同步完成,并有专人保管。

(6)现场施工每道工序结束后,按规范或设计要求认真验收,若不符合质量标准,应及时整改,验收合格后方能进行下道工序施工。

(7)严格按指定的规范标准进行自验、验收,按经审核的专项施工方案指导施工。


8.2测量放线质量保证措施

(1)为了保证工程质量,施工现场配备专业测量人员,负责测量放线工作。

(2)测量定位所用的全站仪、经纬仪、水准仪等测量仪器及工艺控制质量检测设备必须经过检定合格,在使用周期内的计量器具按国家计量标准进行计量检测控制。

(3)测量基准点要严格保护,避免撞击、毁坏。在施工期间,要定期复核基准点是否发生位移。

(4)总标高控制点的引测,必须采用闭合测量方法,确保引测结果精度。

(5)所有测量观察点的埋设必须可靠牢固,严格按照标准执行,以免影响测量精度。

(6)轴线控制点与标高控制点,必须经监理书面认可后方可使用。


8.3桩位偏差保证措施

(1)施工过程中控制钻孔位置与设计位置的偏差不得大于50 mm。

(2)为确保地墙接缝处的止水效果,MJS施工前应开挖沟槽,现场核对工程桩桩位及混凝土桩头位置,并据此对桩中心进行定位,桩中心确定之后做好标识,上报总包质量员及监理进行现场复核。

(3)成孔桩机安放稳固后,利用水平尺进行桩机调平。

(4)对正桩中心时,成孔桩机的主钻杆及钻头保持在自由垂直状态,使主钻杆上端吊点、动力头中心点、钻头下端尖部点对准已标记复核的桩位中心(三点一心成垂线)。


8.4桩身垂直度保证措施

(1)钻机运转成孔时,桩机操作人应随时关注钻具下钻状态,使其保持竖直,如有偏差,应及时调整下钻速率。钻进时,如遇到地下障碍物、洞穴、涌水、漏水或与勘察报告不符等情况,均应详细记录,并及时上报处理,恢复正常引孔。

(2)根据MJS钻头的构造,实际引孔深度应大于MJS桩设计深度1.0 m。成孔后,利用套筒钻头进行扫孔,使成孔垂直度误差严格控制在1/150以内。

(3)安放MJS主机时,进行调平稳固,并用水平尺对动力头部位进行测平复核。

(4)下放MJS钻具时,若遇钻头受阻时,应提钻重新扫孔。

(5)如发现钻孔倾斜时,在喷浆提升过程中,可调整喷浆参数,适当增大桩径,确保止水帷幕有效厚度达到要求。


8.5水泥掺量保证措施

(1)严格按照要求检测水泥浆的比重,由每台班不得少于2次。当检测值低于1.50时,应增加水泥用量,确保水泥浆的比重达到要求。

(2)严格按照确定的参数进行施工:水泥浆喷

射压力和水泥浆液流量应满足设计要求、喷浆提升时间2.5 cm/min。

在施工过程中,当出现其他值不变,只有水泥浆液流量不足的情况时,则应停止喷浆,着手分析原因,及时采取疏通管路、更换高压管和喷嘴、检修高压注浆泵和流量计等措施,排除故障恢复正常施工。

(3)单桩完成后,进行水泥实际消耗量与设计理论用量对比复核,确保满足水泥掺量不小于40%。当单桩水泥掺量达不到设计要求时,应分析造成原因,考虑在合理位置、合理时间进行补桩或注浆补强。


8.6桩身强度和渗透性保证措施

(1)在引孔施工过程中,应注意控制孔内泥浆液面高度,泥浆液面不得低于孔口1 m,否则应及时往孔内补充泥浆。

(2)下放钻杆前,应进行试喷,确认钻头喷射是否正常。

(3)MJS主机的施工参数设定必须严格按照设计的施工参数执行。

(4)T放钻杆时,应检查钻杆孔内是否通畅和密封圈、信号数据线是否完好,钻杆应连接紧密,保证钻具中各管道连接的密闭性,并根据孔深计算钻杆下放数量,直至钻头喷嘴下放至桩底标高,以保证成桩深度。

(5)在喷浆前,应设置好喷射角度、回转速度、提拔速度,设定好后再喷浆。

(6)成桩过程中钻杆的旋转和提升时,喷浆必须连续不中断。如果因断电或其他特殊原因导致喷浆中断的,在恢复喷浆时,应将钻杆在断喷的位置下放50 cm,使上下新旧加固体有50 cm的搭接,以避免出现断桩。

(7)浆液配比必须严格控制,安排专人负责抽查浆液质量,对不合格的浆液作为废浆处理。如果因断电或其他特殊原因导致拌浆中断2个小时以上的情况,应及时排出搅拌桶中的浆液废弃,并用清水清洗拌浆桶后,重新制浆。

(8)正式喷浆开始,在喷浆过程中,应密切关注地内压力、泥浆排放情况,主动控制排泥阀门的大小,保证地内压力在规范数值之内,不得超越限值,出现异常情况,应立即采取相应措施处理。

(9)采取跳桩施工工艺,但相邻2根桩的施工时间间隔应不大于3 d,以保证邻桩的咬合搭接。


9 结语


MJS工法桩施工不同于地上建构筑的施工。地上建构筑施工时,施工和养护看得见,摸得着,验收可以在直观之下进行,施工管理也比较容易。而MJS工法桩施工和养护都不能直观,施工在一根桩连一根桩地进行,工程质量却要到基坑开挖出来之后才有定论,因为不能把日常所做的试验和检查的结果及时反馈到当前的施工中去,所以施工管理就比较困难。因此,只有在掌握MJS工法桩施工质量控制要点的基础上,把原材料质量、各道工序的施工质量等有机地结合起来,并对施工中出现的各种意外变故及时采取补救措施,才能做好MJS工法桩的施工质量控制。



来源:《城市道桥与防洪》

作者:孙克钦

编辑:项敏

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