超深地下連續墻開挖前接縫預加固RJP工法樁應用與建議

陳 標

（上海申通地鐵集團有限公司，上海 201103）

0 引 言

城市發展加快，在城市中心區域越來越多的基坑工程向著超深的方向發展，尤其在是市區中心區域內的軌道交通車站工程，基坑及圍護深度不斷增加，而施工場地也越來越局促，周邊環境愈加復雜，環境保護等級逐步提高。因此，如何確保市區內復雜環境下的超深基坑安全順利施工是現如今面臨的一個突出問題。

在現有較為常用的施工技術中，地下連續墻結合內支撐體系已經成為城市中心超深基坑首選的圍護結構，相較于其他圍護體系有著剛度大，可靠性強的特點。然而，地下墻工藝始終存在槽幅先后施工的工藝特點，必然留有先后施工的接縫，該接縫處一直以來都是圍護結構最薄弱的一環。

出于工程安全的考慮，尤其在城市中心地區施工場地條件制約較大的環境下，任何圍護結構的滲漏都可能引起工程安全問題。因此，如何對地下墻接縫這個薄弱環節進行預先處理，以期達到提前加強、防患未然的效果，是城市中心超深基坑工程中一個值得思考的問題。

RJP 工法（Rodin JET Pile Method）大直徑高壓噴射注漿法是日本RJP協會研發的高壓噴射工法。RJP 工法采用多重管的構造形式，以超高壓噴射流體的功能，將土層的組織結構破環，被其破環了的土粒與漿液混合攪拌，凝固后便在地層中形成固結體。該工法近年來引進到國內，在上海、天津的一些軌道交通建設項目、涉及市政設施保護的房建項目中有所應用，其具有加固質量可靠、深度大、微擾動、經濟實惠等特性。

1 接縫預加固工法

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方向安裝，設計成來回的噴射角度，由于噴射的時候成 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 工法施工主機體積較小（見圖3），在施工場所、施工條件有所限制時是一種擁有優越施工性且經濟的施工方式［1］。

圖1 RJP 噴射示意圖

圖2 工藝流程圖

圖3 RJP 工法主機試噴射

RJP 工法特點：

1）可實現垂直、傾斜施工。

2）可實現大深度地基的改良，最大深度達 80 m，樁徑大質量好。

3）可隨時改變旋噴參數來控制固結體的大小，加固直徑及范圍可以自由選擇。

4）實現兩次切削土體，確保土粒和漿液攪拌均勻。

5）具有氣舉反循環排漿的能力，能夠有效釋放地內壓力，對環境影響小。

RJP 工法的適用范圍：

在黏質土壤、N 值≤50 的沙質土壤中均可以形成均勻有效的加固土體，在 N 值＞50 的情況下需要仔細考慮適用性，可以根據試驗結果確認［2-5］。

2 工程實例

上海市中心某地鐵車站，位于上海市黃埔區豫園核心區，主體基坑開挖深度超過 33 m，基坑保護等級為一級。圍護結構采用 1 200 mm 厚地下連續墻。工程擬建場地位于地層沉積區與古河道沉積區交界區域，主要由黏性土、粉性土和砂土組成。

該工程車站周邊環境極為復雜，存在以下特點。

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體系，且該越江隧道在車站建設施工期間須保持正常運行。

2）擬建車站周邊存有歷史風貌保護區，保護建筑年代久遠，對沉降反應極為敏感。

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

4）地處豫園核心景區，施工場地外往來游客絡繹不絕，一旦工程出現搶險情況，社會影響面廣泛。

結合上述情況，本工程在地下連續墻接縫處，設置與地下墻同深的 RJP 工法止水樁作為加強，從而減少地下接縫滲漏的風險。

3 試 樁

通過試樁驗證 RJP 施工設備在該地層條件下的施工能力；驗證成樁質量、水泥噴射均勻性、強度及隔水性能；確定施工參數。

3.1 試樁參數

試樁參數根據工程需要和工程地質條件選定。本工程底層分布特征為：

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

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，存在水力聯系。

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

試樁完成后 28 d 鉆孔取芯測無側限抗壓強度標準值及樁體滲透系數，并通過鉆芯取樣判斷成樁的有效直徑。

3.2 試樁過程環境監測

試樁過程對周邊環境進行監測，驗證 RJP 工法施工對周邊環境的影響，監測內容包括土體深層水平位移、地表沉降監測。

監測點布置：①扇形樁背向噴射方向，在距離 2、3、6 m 處分別設置土體深層水平位移監測點和地表沉降監測點各一個；②圓形樁在距離 2、3、6、10 m 處分別設置土體深層水平位移監測點和地表沉降監測點各一個（見圖4）。

監測頻率，試樁實施過程中每 4 h 采集一次數據，試樁完成后 24 h 內每 12 h 采集一次數據，試樁完成后 24~72 h 內每 24 h 采集一次數據。

圖4 試樁監測點布置（單位：mm）

3.3 試驗結果

1）成樁質量可靠。試樁完成 28 d 后取芯驗證，試樁樁直徑、成樁質量均達到預期施工效果，芯樣 28 d 測得無側限抗壓強度黏土層超過 1.2 MPa，砂土層超過 1.4 MPa，樁體滲透系數達 10-6~10-7cm/sec。

2）土體擾動微小。試驗期間監測發現樁體施工期間對周邊環境影響極為微小，3 m 范圍內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 1 mm 左右）。

3）180 o扇形擺噴成樁質量與 360 o圓形旋噴成樁質量無明顯差異，考慮經濟性，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°扇形試樁參數表

表2 360°圓形試樁參數表

4 接縫止水 RJP 工法方案

4.1 加固形式

國內地下墻接縫止水應用相對較少，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 30 m。

因本工程地質條件特殊，需要在場地局促、周邊微擾動的條件下對地下墻接縫進行加強處理，以達到嚴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，根據前期試樁成果，選用直徑 2 400 mm 的 180o 扇形樁布置，樁長同地下連續墻深度。單樁水泥摻量 35 %，28 d 目標強度達到 1.2 MPa，半圓形止水樁漿液噴射方向為朝向地墻，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

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

5 實施效果

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，因基坑開挖過程中圍護結構不可避免的變形，多多少少都會存在地下墻接縫處滲漏的情況。本工程采用 RJP 工法進行接縫止水，地下墻接縫的止水效果顯著提升，開挖過程中接縫基本無滲漏，如圖7 所示。

圖7 地下墻接縫

5.2 通過降水試驗分析地下墻接縫滲漏情況

基坑內開挖面以上地下墻接縫滲漏情況可以通過肉眼直觀地進行判斷，對于開挖面以下的接縫則需要通過相應的降水試驗方式進行理論分析。

案例工程第 ⑦ 層、第 ⑨ 層承壓水聯通，圍護結構為懸掛式圍護，若在開挖面以下存在地下墻接縫滲漏，則在開挖過程中進行坑內減壓降水時，地下水將通過接縫缺陷處發生水平補給，造成地下水擾流路徑縮短，坑內外水力聯系加大的情況。

一旦出現以上情況，則基坑內降壓降水運行后，坑外水位的下降將大于理論分析數據，且呈現出不均勻下降的現象（有缺陷處坑外水位下降更大），故通過減壓降水試驗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，通過坑內減壓降水、坑外觀測的方式進行試驗，試驗所得數據與理論計算結果基本一致；在懸掛式止水帷幕作用下，坑內最大降深幅度達到-8.56 m，坑外承壓水水位影響甚微，最大水頭波動-0.73 m（見圖8），且坑外各處觀測井水位波動無明顯差異，表明接縫止水加固發揮了應有的作用。

圖8 減壓降水坑內外水位聯系圖

6 結 語

案例工程基坑開挖過程中，接縫基本無滲漏及濕跡現象，RJP 止水樁對于地下墻接縫的加強取得了顯著的效果。通過案例工程的實際運用，RJP 工法用于地下墻接縫加強應當注意以下事項。

1）單根向地下墻接縫噴射形成的的半圓形 RJP 工法樁布置，從經濟上優于全園型布置，且達到了預期的加強效果，是較為經濟合理的一種接縫加強方案，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。

3）RJP 工法對周邊環境的影響比較小，3 m 范圍內會一定程度上引起周邊地表沉降，但沉降量≤10 mm，6 m 范圍以外幾乎不會引起地表沉降和土體水平位移。

4）采用 RJP 工法應當注意工藝參數的選擇，建議通過試樁來確定，施工期間應注重對周邊環境的監測。