超深地下連續(xù)墻開挖前接縫預(yù)加固RJP工法樁應(yīng)用與建議

陳 標(biāo)

（上海申通地鐵集團(tuán)有限公司，上海 201103）

0 引 言

城市發(fā)展加快，在城市中心區(qū)域越來(lái)越多的基坑工程向著超深的方向發(fā)展，尤其在是市區(qū)中心區(qū)域內(nèi)的軌道交通車站工程，基坑及圍護(hù)深度不斷增加，而施工場(chǎng)地也越來(lái)越局促，周邊環(huán)境愈加復(fù)雜，環(huán)境保護(hù)等級(jí)逐步提高。因此，如何確保市區(qū)內(nèi)復(fù)雜環(huán)境下的超深基坑安全順利施工是現(xiàn)如今面臨的一個(gè)突出問(wèn)題。

在現(xiàn)有較為常用的施工技術(shù)中，地下連續(xù)墻結(jié)合內(nèi)支撐體系已經(jīng)成為城市中心超深基坑首選的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，相較于其他圍護(hù)體系有著剛度大，可靠性強(qiáng)的特點(diǎn)。然而，地下墻工藝始終存在槽幅先后施工的工藝特點(diǎn)，必然留有先后施工的接縫，該接縫處一直以來(lái)都是圍護(hù)結(jié)構(gòu)最薄弱的一環(huán)。

出于工程安全的考慮，尤其在城市中心地區(qū)施工場(chǎng)地條件制約較大的環(huán)境下，任何圍護(hù)結(jié)構(gòu)的滲漏都可能引起工程安全問(wèn)題。因此，如何對(duì)地下墻接縫這個(gè)薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行預(yù)先處理，以期達(dá)到提前加強(qiáng)、防患未然的效果，是城市中心超深基坑工程中一個(gè)值得思考的問(wèn)題。

RJP 工法（Rodin JET Pile Method）大直徑高壓噴射注漿法是日本RJP協(xié)會(huì)研發(fā)的高壓噴射工法。RJP 工法采用多重管的構(gòu)造形式，以超高壓噴射流體的功能，將土層的組織結(jié)構(gòu)破環(huán)，被其破環(huán)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。該工法近年來(lái)引進(jìn)到國(guó)內(nèi)，在上海、天津的一些軌道交通建設(shè)項(xiàng)目、涉及市政設(shè)施保護(hù)的房建項(xiàng)目中有所應(yīng)用，其具有加固質(zhì)量可靠、深度大、微擾動(dòng)、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠等特性。

1 接縫預(yù)加固工法

RJP 工法是將超高壓噴射噴嘴和水泥漿噴射噴嘴向著同一個(gè)方向安裝，設(shè)計(jì)成來(lái)回的噴射角度，由于噴射的時(shí)候成 90o 到 360o 角度范圍，所以改良體完全可以噴射成扇柱狀或圓柱狀（見圖1、圖2）。RJP 工法施工主機(jī)體積較?。ㄒ妶D3），在施工場(chǎng)所、施工條件有所限制時(shí)是一種擁有優(yōu)越施工性且經(jīng)濟(jì)的施工方式［1］。

圖1 RJP 噴射示意圖

圖2 工藝流程圖

圖3 RJP 工法主機(jī)試噴射

RJP 工法特點(diǎn)：

1）可實(shí)現(xiàn)垂直、傾斜施工。

2）可實(shí)現(xiàn)大深度地基的改良，最大深度達(dá) 80 m，樁徑大質(zhì)量好。

3）可隨時(shí)改變旋噴參數(shù)來(lái)控制固結(jié)體的大小，加固直徑及范圍可以自由選擇。

4）實(shí)現(xiàn)兩次切削土體，確保土粒和漿液攪拌均勻。

5）具有氣舉反循環(huán)排漿的能力，能夠有效釋放地內(nèi)壓力，對(duì)環(huán)境影響小。

RJP 工法的適用范圍：

在黏質(zhì)土壤、N 值≤50 的沙質(zhì)土壤中均可以形成均勻有效的加固土體，在 N 值＞50 的情況下需要仔細(xì)考慮適用性，可以根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確認(rèn)［2-5］。

2 工程實(shí)例

上海市中心某地鐵車站，位于上海市黃埔區(qū)豫園核心區(qū)，主體基坑開挖深度超過(guò) 33 m，基坑保護(hù)等級(jí)為一級(jí)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用 1 200 mm 厚地下連續(xù)墻。工程擬建場(chǎng)地位于地層沉積區(qū)與古河道沉積區(qū)交界區(qū)域，主要由黏性土、粉性土和砂土組成。

該工程車站周邊環(huán)境極為復(fù)雜，存在以下特點(diǎn)。

1）擬建車站緊貼越江公路隧道，車站主體局部已與越江隧道共用圍護(hù)體系，且該越江隧道在車站建設(shè)施工期間須保持正常運(yùn)行。

2）擬建車站周邊存有歷史風(fēng)貌保護(hù)區(qū)，保護(hù)建筑年代久遠(yuǎn)，對(duì)沉降反應(yīng)極為敏感。

3）距離擬建車站不足 15 m 處有一處古樹群，地下水位變化對(duì)古樹健康影響極大。

4）地處豫園核心景區(qū)，施工場(chǎng)地外往來(lái)游客絡(luò)繹不絕，一旦工程出現(xiàn)搶險(xiǎn)情況，社會(huì)影響面廣泛。

結(jié)合上述情況，本工程在地下連續(xù)墻接縫處，設(shè)置與地下墻同深的 RJP 工法止水樁作為加強(qiáng)，從而減少地下接縫滲漏的風(fēng)險(xiǎn)。

3 試 樁

通過(guò)試樁驗(yàn)證 RJP 施工設(shè)備在該地層條件下的施工能力；驗(yàn)證成樁質(zhì)量、水泥噴射均勻性、強(qiáng)度及隔水性能；確定施工參數(shù)。

3.1 試樁參數(shù)

試樁參數(shù)根據(jù)工程需要和工程地質(zhì)條件選定。本工程底層分布特征為：

1）上部約 40 m 深度范圍內(nèi)以黏性土為主，依次分布有①1-1雜填土、②1 黏土、③1 淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、③2 粉質(zhì)黏土、④淤泥質(zhì)黏土、⑤1-1 黏土、⑤1-2 粉質(zhì)黏土、⑤3-1 粉質(zhì)黏土、⑤4 粉質(zhì)黏土；

2）下部為砂性土，依次為 ⑦2-2 粉砂（埋深約40~60 m）、⑨粉砂（深 60 m 以下，鉆探 100 m 未揭穿）；

3）⑦ 層承壓水與 ⑨ 層承壓水之間缺失隔水土層，存在水力聯(lián)系。

根據(jù)上述地質(zhì)條件，暫定 RJP 試樁樁體目標(biāo)直徑為 2 400 mm，選用 P.O 42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，水泥摻量≥720 kg/m3，水灰比 1.0，垂直度偏差要求≤1/200；試樁數(shù)量為 180o 扇形 1 根、360o 圓形 1 根，試樁樁長(zhǎng) 60 m，進(jìn)入第 ⑦ 粉砂層。施工控制參數(shù)選定如表1、表2 所示。

試樁完成后 28 d 鉆孔取芯測(cè)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值及樁體滲透系數(shù)，并通過(guò)鉆芯取樣判斷成樁的有效直徑。

3.2 試樁過(guò)程環(huán)境監(jiān)測(cè)

試樁過(guò)程對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，驗(yàn)證 RJP 工法施工對(duì)周邊環(huán)境的影響，監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括土體深層水平位移、地表沉降監(jiān)測(cè)。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置：①扇形樁背向噴射方向，在距離 2、3、6 m 處分別設(shè)置土體深層水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)和地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)各一個(gè)；②圓形樁在距離 2、3、6、10 m 處分別設(shè)置土體深層水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)和地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)各一個(gè)（見圖4）。

監(jiān)測(cè)頻率，試樁實(shí)施過(guò)程中每 4 h 采集一次數(shù)據(jù)，試樁完成后 24 h 內(nèi)每 12 h 采集一次數(shù)據(jù)，試樁完成后 24~72 h 內(nèi)每 24 h 采集一次數(shù)據(jù)。

圖4 試樁監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置（單位：mm）

3.3 試驗(yàn)結(jié)果

1）成樁質(zhì)量可靠。試樁完成 28 d 后取芯驗(yàn)證，試樁樁直徑、成樁質(zhì)量均達(dá)到預(yù)期施工效果，芯樣 28 d 測(cè)得無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度黏土層超過(guò) 1.2 MPa，砂土層超過(guò) 1.4 MPa，樁體滲透系數(shù)達(dá) 10-6~10-7cm/sec。

2）土體擾動(dòng)微小。試驗(yàn)期間監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)樁體施工期間對(duì)周邊環(huán)境影響極為微小，3 m 范圍內(nèi)引起的土體深層水平位移最大約 6 mm，地表沉降≤2 mm。6 m 范圍以外引起的地表沉降和土體水平位移微乎其微（累計(jì) 1 mm 左右）。

3）180 o扇形擺噴成樁質(zhì)量與 360 o圓形旋噴成樁質(zhì)量無(wú)明顯差異，考慮經(jīng)濟(jì)性，作為地下墻接縫止水采用 180o 扇形擺噴即可滿足需要。

表1 180°扇形試樁參數(shù)表

表2 360°圓形試樁參數(shù)表

4 接縫止水 RJP 工法方案

4.1 加固形式

國(guó)內(nèi)地下墻接縫止水應(yīng)用相對(duì)較少，常見的地下墻接縫止水多用高壓旋噴樁、雙高壓旋噴樁，樁型布置為單樁或“品”字形3根樁組合，一般深度不超過(guò) 30 m。

因本工程地質(zhì)條件特殊，需要在場(chǎng)地局促、周邊微擾動(dòng)的條件下對(duì)地下墻接縫進(jìn)行加強(qiáng)處理，以達(dá)到嚴(yán)格控制坑外地下水水位變化的要求。因此選用 65 m 深 RJP 工法止水樁止水，根據(jù)前期試樁成果，選用直徑 2 400 mm 的 180o 扇形樁布置，樁長(zhǎng)同地下連續(xù)墻深度。單樁水泥摻量 35 %，28 d 目標(biāo)強(qiáng)度達(dá)到 1.2 MPa，半圓形止水樁漿液噴射方向?yàn)槌虻貕?，布置形式如圖5 所示。

圖5 接縫止水樁加固形式平面圖（單位：mm）

按照此加固形式，可在地墻接縫外側(cè)形成寬度≥2.1 m，厚度為 0.5 m 的加固體，如圖6 所示。

圖6 接縫加固止水示意圖（單位：mm）

4.2 施工參數(shù)

通過(guò)試樁確定案例工程地質(zhì)條件下水泥摻量為 720 kg/m3，水灰比 1.0，垂直度偏差要求≤1/200；其余參數(shù)與表1 相同。

5 實(shí)施效果

5.1 開挖面墻體滲漏情況

與類似開挖深度的同類基坑相比較，因基坑開挖過(guò)程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)不可避免的變形，多多少少都會(huì)存在地下墻接縫處滲漏的情況。本工程采用 RJP 工法進(jìn)行接縫止水，地下墻接縫的止水效果顯著提升，開挖過(guò)程中接縫基本無(wú)滲漏，如圖7 所示。

圖7 地下墻接縫

5.2 通過(guò)降水試驗(yàn)分析地下墻接縫滲漏情況

基坑內(nèi)開挖面以上地下墻接縫滲漏情況可以通過(guò)肉眼直觀地進(jìn)行判斷，對(duì)于開挖面以下的接縫則需要通過(guò)相應(yīng)的降水試驗(yàn)方式進(jìn)行理論分析。

案例工程第 ⑦ 層、第 ⑨ 層承壓水聯(lián)通，圍護(hù)結(jié)構(gòu)為懸掛式圍護(hù)，若在開挖面以下存在地下墻接縫滲漏，則在開挖過(guò)程中進(jìn)行坑內(nèi)減壓降水時(shí)，地下水將通過(guò)接縫缺陷處發(fā)生水平補(bǔ)給，造成地下水?dāng)_流路徑縮短，坑內(nèi)外水力聯(lián)系加大的情況。

一旦出現(xiàn)以上情況，則基坑內(nèi)降壓降水運(yùn)行后，坑外水位的下降將大于理論分析數(shù)據(jù)，且呈現(xiàn)出不均勻下降的現(xiàn)象（有缺陷處坑外水位下降更大），故通過(guò)減壓降水試驗(yàn)可以判斷地下墻接縫在開挖面以下的滲漏情況。

案例工程采用 RJP 接縫止水后，通過(guò)坑內(nèi)減壓降水、坑外觀測(cè)的方式進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)與理論計(jì)算結(jié)果基本一致；在懸掛式止水帷幕作用下，坑內(nèi)最大降深幅度達(dá)到-8.56 m，坑外承壓水水位影響甚微，最大水頭波動(dòng)-0.73 m（見圖8），且坑外各處觀測(cè)井水位波動(dòng)無(wú)明顯差異，表明接縫止水加固發(fā)揮了應(yīng)有的作用。

圖8 減壓降水坑內(nèi)外水位聯(lián)系圖

6 結(jié) 語(yǔ)

案例工程基坑開挖過(guò)程中，接縫基本無(wú)滲漏及濕跡現(xiàn)象，RJP 止水樁對(duì)于地下墻接縫的加強(qiáng)取得了顯著的效果。通過(guò)案例工程的實(shí)際運(yùn)用，RJP 工法用于地下墻接縫加強(qiáng)應(yīng)當(dāng)注意以下事項(xiàng)。

1）單根向地下墻接縫噴射形成的的半圓形 RJP 工法樁布置，從經(jīng)濟(jì)上優(yōu)于全園型布置，且達(dá)到了預(yù)期的加強(qiáng)效果，是較為經(jīng)濟(jì)合理的一種接縫加強(qiáng)方案，RJP 止水樁距離地下墻接縫的距離以 500 mm 為宜。

2）RJP 止水樁可以廣泛用于黏性土、砂性土條件土體改良、地下墻接縫加強(qiáng)。

3）RJP 工法對(duì)周邊環(huán)境的影響比較小，3 m 范圍內(nèi)會(huì)一定程度上引起周邊地表沉降，但沉降量≤10 mm，6 m 范圍以外幾乎不會(huì)引起地表沉降和土體水平位移。

4）采用 RJP 工法應(yīng)當(dāng)注意工藝參數(shù)的選擇，建議通過(guò)試樁來(lái)確定，施工期間應(yīng)注重對(duì)周邊環(huán)境的監(jiān)測(cè)。