RJP工法在超大深基坑施工中的應用*

郭海軍

上海市機械施工集團有限公司 上海 200072

新型的RJP（超高壓復合旋噴）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，將土層組織結構破壞，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體。但RJP工法的加固機理主要是進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合噴射流體，在第一次切削土層的基礎上再次對土體進行切削，這樣便增加了切削深度，加大了固結體直徑。

1 工程概況

上海星港國際中心工程屬超高層復雜結構，設有6層地下室，地下建筑面積共約163 019 m2，主樓深坑區域開挖深度約36.50 m，采用RJP高壓旋噴樁進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 基坑位置及周邊環境

1.1 地質情況

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

1.2 工程特點

1.2.1 周邊環境

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

1.2.2 工程地質情況

場地內未發現暗浜，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、氣候、潮汐等因素而有所變化。根據本站詳勘地質資料，在本站基坑范圍內的地層中，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。土方開挖時會造成水頭差，為了防止水壓力過大，造成嚴重后果，所以使用RJP工法旋噴樁來進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 方案優選

本工程施工選擇RJP工法的原因主要有以下幾個方面：

1）傳統的高壓旋噴樁、深層攪拌樁等工法在施工過程中會產生較大的擠土效應，施工過程中會產生地面隆起、地表開裂，影響周圍建（構）筑物及市政管線的正常使用，甚至產生更為嚴重的破壞，并且一般的高壓旋噴樁樁徑最多達到1 m，垂直度為1/150，由于本基坑開挖深度將達到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，不僅成樁質量好，樁體強度高，而且對周邊建（構）筑物影響小。

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

3）RJP工法樁施工自動化程度高，操作簡單，關系質量的各種參數均可提前設定，并能實時記錄施工數據，減輕操作人員的勞動強度，減少人為因素造成的質量問題。

2 RJP工法工程應用

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，當地層內壓力過大時由套管與鉆桿的空隙排出漿液保持孔內壓力平衡，減小對周邊環境的影響；與此同時，另一個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，達到加固目的，其加固直徑可達3 800 mm。

采用大直徑超高壓旋噴，應先送高壓水，再送水泥漿和壓縮空氣；噴射時應先達到預定的噴射壓力、噴漿量并原位旋轉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；當達到設計樁頂高度或地面出現溢漿現象時，應立即停止當前樁的旋噴工作，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噴射，除可延長噴射距離、增大切削能力外，也可促進廢土的排出，減小對周邊環境的影響（圖2）[1-3]。

2.2 RJP工法設計概況

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工法樁設置一組試樁，布置在塔樓位置，旋噴樁設計直徑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（標準狀態下：20 ℃，1 atm），噴射提升速度20～26 min/m，樁身垂直度1/200。RJP監測管埋設深度25 m，每個土層設置監測點，每3 h監測1次。每根樁取芯抗壓試件8組，抗剪試件2組，抗滲試件在滲透系數較大處各取1組。RJP超高壓旋噴加固試樁監測平面布置如圖3所示。

圖2 RJP超高壓旋噴注漿示意

圖3 RJP試樁監測平面布置

2.3 RJP施工工藝

2.3.1 引孔

采用鉆機按樁位鉆進引孔，鉆孔直徑在180 mm以上，孔位偏差不超過20 mm。鉆機就位前，對鉆孔各項工作再次進行檢查，確保各項工作正常。鉆機吊裝就位時要充分考慮高壓線下的凈空要求，鉆機就位后，將鉆桿中心準確對準孔位中心，保證底座和頂端平穩，鉆進中不產生位移或沉陷。

2.3.2 護壁

引孔結束后，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泥漿，再拆除鉆桿并移除引孔鉆機。

2.3.3 下管

移除引孔鉆機后，旋噴主機就位，對準孔并調整平穩，待機具檢查完畢并正常運轉后，下放旋噴管至設計深度，同時開始制漿。

2.3.4 噴漿提管

先將旋噴機下部的旋噴管及其底端的噴射器置入已鉆通的旋噴先導孔至設計底標高的深度，然后開啟高壓水泵、高壓泥漿泵和空壓機，使高壓水、壓縮空氣和高壓水泥漿通入旋噴管到達噴射器，調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計范圍內，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，邊旋轉邊噴注邊提升旋噴管，旋噴管以設定的速度步距提升。在提升過程中卸管后繼續噴漿時，至少要搭接復噴10 cm，以確保樁身搭接質量。在設計樁底1 m范圍內增加旋噴時間到1 min。

2.3.5 廢漿處理

由于大直徑高壓旋噴外排泥漿大，現場應設置足夠大的廢漿池，待固結晾干后集中外運處理。

2.4 現場監測

在旋噴加固的同時，量測監控地層的孔隙水壓力及土體位移等變化情況，噴漿期間和施工結束后期均要監測，直至基本穩定并做好記錄（已取其中1組監測數據為例，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進行施工，根據開挖至26 m的結果，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）。

通過監測試驗及現場試樁開挖，RJP成樁直徑最小可達到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要求。并且委托專業單位對試樁進行取芯，抗壓強度達到1.28～2.15 MPa，抗剪強度的內聚力為698 kPa，內摩擦角為31.00°，水平滲透系數為7.86×10-7cm/s。

2.6 加固實體成樁效果

本工程主樓深坑開挖至基坑底的實體效果如圖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體效果

3 結語

經實際工程驗證，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論[4-6]：

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

2）RJP工法的適用范圍廣泛，可進行垂直、傾斜、超深垂直施工，滿足低凈高施工要求，同時具有成樁直徑大、樁體直徑穩定、抗壓強度高、抗滲性好的特點，對基坑封底減少降⑧層承壓水的效果明顯。

3）RJP工法的旋噴壓力穩定，降低施工過程中對既有地下建（構）筑物的損壞。

4）RJP工法施工及全過程監測相結合的方式，是一種在密集中心城區進行地下空間開發建設的有效施工工藝。