超高壓噴射攪拌成樁工法水平封底隔斷承壓水的施工

王海俊 趙永強 楊 栓

1. 上海市基礎工程集團有限公司 上海 200002；2. 上海城市非開挖建造工程技術研究中心 上海 200002

軟土地區在深基坑工程開挖過程中，通常需要進行降承壓水作業，以確保基坑安全。但是降水作業有可能造成周邊環境的水位下降，引起附近建筑物沉降等負面影響，因此在環境保護等級較高的情況下，一般要求基坑圍護體系能夠在豎向上隔斷承壓水層，阻止基坑內外地下水的連通，從而避免坑內降水對周邊環境造成影響。

然而在某些特殊工況下，現場條件導致圍護體系無法徹底隔斷承壓水層，基坑開挖深度又要求必須進行降水作業時，基坑安全要求同周邊環境保護要求之間就產生了矛盾，給現場施工帶來困難[1-2]。

本文將針對上述情況介紹一種運用超高壓噴射攪拌成樁工法（N-JET工法）水平隔斷承壓水的施工技術，為深基坑施工提供新的技術方案。

1 工程背景

上海市軌交14號線歇浦路站為地下3層島式車站，位于浦東大道路與羅山路路口，沿浦東大道敷設，標準段開挖深度為22.43 m，端頭井處開挖深度為24.23 m，圍護結構采用地下連續墻圍護，內支撐采用鋼支撐和鋼筋混凝土支撐。工程難點在于歇浦路站主體基坑位于楊浦大橋下方，具體位置如圖1所示。

圖1 工程總平面示意

歇浦路站主體中坑基坑保護等級為一級。根據相關資料和現場調查，主體中坑周邊建筑物主要有9層祥和大廈、東北側新建治超站、西北側在建歇浦路站主變電站以及南北兩側的楊浦大橋引橋樁基礎，均距離本工程基坑外側邊線在開挖深度2倍范圍以內，周邊環境要求較嚴格。

擬建場地分布有第⑦層砂質粉土、粉砂，第⑦層為上海地區第一承壓水含水層，且與第⑨層上海地區第二承壓水含水層連通。根據承壓水分析，基坑開挖至22.43 m時覆土壓力不滿足抗突涌要求，須進行降承壓水。由于本工程位于楊浦大橋下方，綜合考慮環境限高及楊浦大橋基礎保護因素，本工程地下連續墻深度取55 m，未能隔斷承壓水層。因此如進行坑內降水作業將造成坑外的地下水位下降，進而引起建筑物的沉降。

為保護周邊環境，本工程采用N-JET工法在基坑內進行噴漿作業，在⑦2層位置形成1道水平隔水層，隔斷⑦層同⑨層之間的承壓水聯系。

2 N-JET工法工藝簡介

2.1 工作原理

N-JET工法是通過鉆管（桿）連接特殊噴漿裝置（鉆頭）全方位旋轉或角度旋轉、向上提升、變換提升等方法結合多噴嘴多角度噴射切削土體（水平噴射角度0°～360°、垂直噴射角度自由設定），通過水泥漿液的高壓噴射切削土體，將切削土體與漿液混合攪拌，進行土體置換，凝固后可形成圓形、扇形、網格狀圓形、網格狀扇形的樁體形狀。N-JET設備如圖2所示。N-JET工法對周邊擾動微小，特別是對復雜敏感地質成樁（墻）、止水帷幕及加固效果很好，是目前世界上能施工直徑和深度最大的、最先進的旋噴工藝。

圖2 N-JET設備示意

2.2 N-JET工法優勢分析

1）成樁速度快、質量好、材料使用少；噴氣、噴漿的結合及交叉噴射攪拌提高效率，從而縮短施工時間，使施工過程中水泥的使用量和排漿量減少。

2）成樁的多樣性，加固的樁體形狀有圓形、扇形、網格狀、自由組合等類型。

3）經濟性好，可適應各種復雜地質。施工時間、水泥使用量、排泥量的減少，使施工成本下降。

4）可實現大深度地基的改良，深度可達120 m，樁徑大、質量好。

3 N-JET作業情況

3.1 成樁概況

本工程施工的N-JET封底止水樁樁徑2 400 mm，間距1 400 mm，與地下連續墻搭接不小于800 mm，加固噴漿范圍48～52 m（⑦2層），平面覆蓋整個基坑內。基坑內有立柱樁時，為確保與立柱樁的搭接，樁周布置3根樁，N-JET工法樁與灌注樁間中心間距900 mm，整個基坑共施工N-JET工法樁703根。

3.2 技術參數

噴漿壓力采用40 MPa±2 MPa，氣壓1.05～1.20 MPa，水泥摻量大于40%，水灰比1∶1，漿液流量115～130 L/min，氣流量3～7 m3/min，提升速度25 mm/min，轉速2～3 r/min。

3.3 工藝流程

3.3.1 引孔鉆機就位

鉆機就位后，對樁機進行調平、對中，調整樁機的垂直度，保證鉆桿中心與樁位中心一致，偏差應在10 mm以內，鉆孔垂直度誤差小于0.4%；鉆孔前應調試泥漿泵，使設備運轉正常；校驗鉆桿長度，并用紅油漆在鉆塔旁標注深度線，確保孔底標高滿足設計深度，引孔深度比設計深度略深50～100 cm。

3.3.2 引孔鉆進

鉆機施工前，在鉆孔機械試運轉正常后，開始引孔鉆進。鉆孔過程中要詳細記錄好鉆桿節數，保證鉆孔深度的準確，引孔過程中需加強泥漿護壁，在泥漿中加入適量膨潤土，確保引孔結束后孔內無沉渣。

引孔采用直徑為180～220 mm的鉆頭，考慮到本工程的施工深度達53 m，為確保噴漿桿順利下放，本工程擬定引孔直徑220 mm。為防止旋噴施工期間出現穿孔，引孔及旋噴噴漿時需有一定的間距，以間隔3～4個孔位施工為宜，或等鄰樁達到原始土強度后（砂層一般1～2 d），再進行施工。

3.3.3 引孔垂直度的控制

引孔垂直度是控制旋噴樁偏差的關鍵，引孔必須滿足垂直度偏差0.4%的要求，在保證樁徑的情況下，最小垂直度要求不小于1/150。在引孔過程中需確保鉆機水平狀態及鉆桿垂直，引孔采用導向鉆頭，經常檢查鉆桿垂直度。當鉆桿垂直度偏差過大時，上提鉆桿至垂直度較好部位開始掃孔，無法掃孔時需回填后重新引孔，并需對引孔的垂直度進行抽檢。

3.3.4 噴射鉆機就位下放鉆桿

引孔至設計深度后，移除引孔鉆機，將N-JET工法樁鉆機就位對中，并調整水平度，逐節下放鉆桿至設計標高。下放每節鉆桿需檢查鉆桿的密封件是否完好，密封件有磨損的應及時更換。

3.3.5 噴射

鉆桿下至設計標高后（噴嘴部位），開始噴漿，噴漿時采用超高壓噴射，為保證樁底端的質量，噴嘴下沉到設計深度時，在原位置旋轉60 s以上，待孔口冒漿正常后再開始旋噴提升。

3.3.6 旋噴提升

開啟高壓噴射泵后，由下向上旋噴，同時將泥漿清理排出。噴射時，先應達到預定的噴射壓力，噴漿后再逐漸提升旋噴管，以防扭斷旋噴管。鉆桿的旋轉和提升應連續進行，不得中斷，鉆機發生故障時應停止提升鉆桿和旋轉，以防斷樁，并立即檢修排除故障，為提高樁底端質量，在樁底部1.0 m范圍內應適當增加噴射時間。

3.3.7 鉆機移位

為確保樁頂標高及質量，噴嘴提升至樁頂標高以上100 mm后停止噴射，繼續提升鉆桿噴射漿液，漿液噴嘴提升到設計樁頂標高以上100 mm時停止旋噴，提升鉆桿逐節拆除，清洗鉆桿、注漿泵及輸送管道，然后將鉆機移位至下一孔。

3.4 驗收情況

N-JET施工完成28 d后，按施工孔數的1%，并不小于5個點的要求，對N-JET樁進行了鉆孔取芯，共取芯樣8組。通過檢查內部樁體的均勻程度及其抗滲能力，加固土體28 d無側限抗壓強度≥1.5 MPa。

4 基坑開挖數據分析

針對⑦層，經驗算，基坑臨界開挖標高為－11.74 m（第5道支撐以下即需開啟降壓井）。基坑內降壓井于2019年11月29日開始運行，至12月17日共計開啟1口降壓井，降壓井平均單井出水量約1.4 m3/h。基坑坑外針對⑦層共計布置4口水位觀測井，降壓期間實測各觀測井最大水位降深為0.11～0.18 m。

通過分析本工程單井出水量及各坑外觀測井最大水位降深數據，可證明坑內降水作業期間坑外水位未受影響。說明采用的N-JET水平封底效果明顯，有效隔斷了坑底以下承壓水的水平向補給，使得坑外承壓水幾乎不受降水影響，對周邊建筑物，特別是楊浦大橋起到了很好的保護。基坑施工完畢后監測數據顯示基坑開挖對周邊環境造成的影響有限，滿足設計提出的保護條件。

5 結語

在現場條件限制導致圍護體系無法徹底隔斷承壓水層，基坑開挖深度又要求必須進行降水作業的情況下，通過采用N-JET工法噴漿在基坑內形成一道水平封底，有效隔斷了坑底以下承壓水的水平向補給，使得坑內降水不再對坑外水位造成影響。該技術在深基坑工程周邊環境的保護方面具有較高的應用價值，望能為相關工程提供借鑒。