RJP工法在超大深基坑施工中的應(yīng)用*

郭海軍

上海市機(jī)械施工集團(tuán)有限公司 上海 200072

新型的RJP（超高壓復(fù)合旋噴）工法的基本原理與其他高壓旋噴注漿一樣，均以超高壓噴射流體的功能，將土層組織結(jié)構(gòu)破壞，被其破壞了的土粒與漿液混合攪拌，凝固后便在地層中形成固結(jié)體。但RJP工法的加固機(jī)理主要是進(jìn)行兩次切削破壞土層，第一次是上段的超高壓水和空氣的復(fù)合噴射流體，在第一次切削土層的基礎(chǔ)上再次對土體進(jìn)行切削，這樣便增加了切削深度，加大了固結(jié)體直徑。

1 工程概況

上海星港國際中心工程屬超高層復(fù)雜結(jié)構(gòu)，設(shè)有6層地下室，地下建筑面積共約163 019 m2，主樓深坑區(qū)域開挖深度約36.50 m，采用RJP高壓旋噴樁進(jìn)行擋土加固及封底加固，減少降⑧層承壓水對基坑周邊造成影響（圖1）。

圖1 基坑位置及周邊環(huán)境

1.1 地質(zhì)情況

場地周邊主要土層從上到下依次為：①填土，②粉質(zhì)黏土，③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾黏質(zhì)粉土，③夾黏質(zhì)粉土與淤泥粉質(zhì)黏土互層，④淤泥質(zhì)黏土，⑤1-1灰色黏土，⑤1-2粉質(zhì)黏土，⑤3粉質(zhì)黏土夾黏質(zhì)粉土，⑤3t黏質(zhì)粉土，⑤4粉質(zhì)黏土，⑦粉砂，⑧1灰土黏土，⑧2灰土粉質(zhì)黏土夾黏質(zhì)黏土，⑨粉細(xì)砂。

1.2 工程特點(diǎn)

1.2.1 周邊環(huán)境

工程主體基坑北側(cè)與軌交12號(hào)線提籃橋站共墻，西側(cè)距離公平路沿街商鋪約39 m，東側(cè)距離海門路沿街商鋪約30 m；南側(cè)距離東大名路沿街建筑約30 m。周邊管線復(fù)雜，距離較近。

1.2.2 工程地質(zhì)情況

場地內(nèi)未發(fā)現(xiàn)暗浜，場地表面普遍存在1.00～3.10 m的雜填土。淺部土層中的潛水位埋深離地表面0.30～1.50 m，年平均地下水位埋深離地表面0.50～0.70 m，深部承壓水位在⑤3t、⑦、⑧層。潛水位和承壓水位隨季節(jié)、氣候、潮汐等因素而有所變化。根據(jù)本站詳勘地質(zhì)資料，在本站基坑范圍內(nèi)的地層中，表層有地下水（3.00～11.00 m），局部⑤3t層承壓水的水位埋深約為5.00 m，⑦層承壓水的水位埋深為8.80～11.70 m，⑧層承壓水的水位埋深為6.70 m。

1.2.3 降水要求

鑒于本主樓深坑基坑開挖深度為36.50 m，降⑧層承壓水對基坑周邊的影響尤其重要。土方開挖時(shí)會(huì)造成水頭差，為了防止水壓力過大，造成嚴(yán)重后果，所以使用RJP工法旋噴樁來進(jìn)行主樓深坑封底加固，盡量做到基坑坑底無滲水，減少降⑧層承壓水對基坑周邊帶來的影響。

1.3 方案優(yōu)選

本工程施工選擇RJP工法的原因主要有以下幾個(gè)方面：

1）傳統(tǒng)的高壓旋噴樁、深層攪拌樁等工法在施工過程中會(huì)產(chǎn)生較大的擠土效應(yīng)，施工過程中會(huì)產(chǎn)生地面隆起、地表開裂，影響周圍建（構(gòu)）筑物及市政管線的正常使用，甚至產(chǎn)生更為嚴(yán)重的破壞，并且一般的高壓旋噴樁樁徑最多達(dá)到1 m，垂直度為1/150，由于本基坑開挖深度將達(dá)到36.50 m，故將不能滿足基坑封底的要求。RJP工法樁可以有效地解決這些難題，不僅成樁質(zhì)量好，樁體強(qiáng)度高，而且對周邊建（構(gòu)）筑物影響小。

2）RJP工法樁適用于復(fù)雜的場地周邊環(huán)境，能很好地控制地面位移和土體位移。該工法適用范圍廣泛，可進(jìn)行超深垂直、傾斜施工，傾斜角度15°內(nèi)均可施工，故施工過程中占地少，而傳統(tǒng)的深層攪拌樁設(shè)備占地面積大。

3）RJP工法樁施工自動(dòng)化程度高，操作簡單，關(guān)系質(zhì)量的各種參數(shù)均可提前設(shè)定，并能實(shí)時(shí)記錄施工數(shù)據(jù)，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少人為因素造成的質(zhì)量問題。

2 RJP工法工程應(yīng)用

2.1 RJP工法原理及功能

RJP超高壓旋噴是一種水、氣、漿液灌注攪拌混合噴射的方法。即用多層噴射管使高壓水和空氣同時(shí)橫向噴射，先期切割地基土體，借空氣的上升力把被破碎的土由地表排出，當(dāng)?shù)貙觾?nèi)壓力過大時(shí)由套管與鉆桿的空隙排出漿液保持孔內(nèi)壓力平衡，減小對周邊環(huán)境的影響；與此同時(shí)，另一個(gè)噴嘴將水泥漿超高壓噴射并再次切割土體及攪拌水泥漿置換土體，使水泥漿與土體混合，達(dá)到加固目的，其加固直徑可達(dá)3 800 mm。

采用大直徑超高壓旋噴，應(yīng)先送高壓水，再送水泥漿和壓縮空氣；噴射時(shí)應(yīng)先達(dá)到預(yù)定的噴射壓力、噴漿量并原位旋轉(zhuǎn)2 min后，再逐漸提升注漿管，注漿管分段提升的搭接長度不得小于100 mm；當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)樁頂高度或地面出現(xiàn)溢漿現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)立即停止當(dāng)前樁的旋噴工作，將旋噴管拔出并清洗管路。多重管法是將水泥漿與壓縮空氣同時(shí)噴射，除可延長噴射距離、增大切削能力外，也可促進(jìn)廢土的排出，減小對周邊環(huán)境的影響（圖2）[1-3]。

2.2 RJP工法設(shè)計(jì)概況

本工程主樓深坑采用RJP高壓旋噴樁加固，可分為擋土加固及封底加固。為了更好地了解RJP工法的效果，在工程中，RJP工法樁設(shè)置一組試樁，布置在塔樓位置，旋噴樁設(shè)計(jì)直徑2 000 mm，深度41 m，有效樁長41 m，呈三角形布置，中心間距12 m，采用P.O 42.5水泥，水泥漿壓力30～35 MPa，水灰比1∶1，漿液流量135～165 L/min；高壓水壓力20～25 MPa，流量50～60 L/min，空氣壓力0.70～1.05 MPa，空氣流量1.00～2.00 m3/min（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下：20 ℃，1 atm），噴射提升速度20～26 min/m，樁身垂直度1/200。RJP監(jiān)測管埋設(shè)深度25 m，每個(gè)土層設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)，每3 h監(jiān)測1次。每根樁取芯抗壓試件8組，抗剪試件2組，抗?jié)B試件在滲透系數(shù)較大處各取1組。RJP超高壓旋噴加固試樁監(jiān)測平面布置如圖3所示。

圖2 RJP超高壓旋噴注漿示意

圖3 RJP試樁監(jiān)測平面布置

2.3 RJP施工工藝

2.3.1 引孔

采用鉆機(jī)按樁位鉆進(jìn)引孔，鉆孔直徑在180 mm以上，孔位偏差不超過20 mm。鉆機(jī)就位前，對鉆孔各項(xiàng)工作再次進(jìn)行檢查，確保各項(xiàng)工作正常。鉆機(jī)吊裝就位時(shí)要充分考慮高壓線下的凈空要求，鉆機(jī)就位后，將鉆桿中心準(zhǔn)確對準(zhǔn)孔位中心，保證底座和頂端平穩(wěn)，鉆進(jìn)中不產(chǎn)生位移或沉陷。

2.3.2 護(hù)壁

引孔結(jié)束后，為防止坍孔，利用引孔鉆桿將配制好的膨潤土漿液置換孔內(nèi)泥漿，再拆除鉆桿并移除引孔鉆機(jī)。

2.3.3 下管

移除引孔鉆機(jī)后，旋噴主機(jī)就位，對準(zhǔn)孔并調(diào)整平穩(wěn)，待機(jī)具檢查完畢并正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，下放旋噴管至設(shè)計(jì)深度，同時(shí)開始制漿。

2.3.4 噴漿提管

先將旋噴機(jī)下部的旋噴管及其底端的噴射器置入已鉆通的旋噴先導(dǎo)孔至設(shè)計(jì)底標(biāo)高的深度，然后開啟高壓水泵、高壓泥漿泵和空壓機(jī)，使高壓水、壓縮空氣和高壓水泥漿通入旋噴管到達(dá)噴射器，調(diào)整超高壓噴泵的水壓力及流量、空氣壓力及流量、水泥漿液壓力及流量在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，待高壓水壓力、高壓水泥漿壓力、壓縮空氣壓力符合要求后開啟旋噴機(jī)，邊旋轉(zhuǎn)邊噴注邊提升旋噴管，旋噴管以設(shè)定的速度步距提升。在提升過程中卸管后繼續(xù)噴漿時(shí)，至少要搭接復(fù)噴10 cm，以確保樁身搭接質(zhì)量。在設(shè)計(jì)樁底1 m范圍內(nèi)增加旋噴時(shí)間到1 min。

2.3.5 廢漿處理

由于大直徑高壓旋噴外排泥漿大，現(xiàn)場應(yīng)設(shè)置足夠大的廢漿池，待固結(jié)晾干后集中外運(yùn)處理。

2.4 現(xiàn)場監(jiān)測

在旋噴加固的同時(shí)，量測監(jiān)控地層的孔隙水壓力及土體位移等變化情況，噴漿期間和施工結(jié)束后期均要監(jiān)測，直至基本穩(wěn)定并做好記錄（已取其中1組監(jiān)測數(shù)據(jù)為例，見表1、表2）。

表1 土體測斜

表2 土體分層沉降

2.5 試樁成樁效果

本工程3根RJP試樁采用不同的參數(shù)進(jìn)行施工，根據(jù)開挖至26 m的結(jié)果，1#試樁樁徑2.05 m，2#試樁樁徑2 m，3#試樁樁徑2.10 m（圖4）。

通過監(jiān)測試驗(yàn)及現(xiàn)場試樁開挖，RJP成樁直徑最小可達(dá)到2 m。施工過程中距離樁位3 m的土體測斜最大變形量為-4.78 mm，最大沉降為-5 mm，滿足基坑土體微擾動(dòng)要求。并且委托專業(yè)單位對試樁進(jìn)行取芯，抗壓強(qiáng)度達(dá)到1.28～2.15 MPa，抗剪強(qiáng)度的內(nèi)聚力為698 kPa，內(nèi)摩擦角為31.00°，水平滲透系數(shù)為7.86×10-7cm/s。

2.6 加固實(shí)體成樁效果

本工程主樓深坑開挖至基坑底的實(shí)體效果如圖5所示。

圖4 RJP試樁開挖至26 m

圖5 深坑開挖到基坑底的加固實(shí)體效果

3 結(jié)語

經(jīng)實(shí)際工程驗(yàn)證，在大型超深基坑施工中采用RJP工法作為基坑主樓深坑加固封底是切實(shí)可行的，為以后類似工程提供了一定借鑒，通過以上分析得出以下結(jié)論[4-6]：

1）RJP工法是一種超高壓旋噴工藝，能夠適應(yīng)敏感施工區(qū)域施工需求，有效控制土體水平和垂直位移。

2）RJP工法的適用范圍廣泛，可進(jìn)行垂直、傾斜、超深垂直施工，滿足低凈高施工要求，同時(shí)具有成樁直徑大、樁體直徑穩(wěn)定、抗壓強(qiáng)度高、抗?jié)B性好的特點(diǎn)，對基坑封底減少降⑧層承壓水的效果明顯。

3）RJP工法的旋噴壓力穩(wěn)定，降低施工過程中對既有地下建（構(gòu)）筑物的損壞。

4）RJP工法施工及全過程監(jiān)測相結(jié)合的方式，是一種在密集中心城區(qū)進(jìn)行地下空間開發(fā)建設(shè)的有效施工工藝。