RJP和N-Jet工法樁在超深基坑止水帷幕中的應用

王懷峰

（上海隧道工程公司，上海 200232）

0 引言

隨著高層建筑地下室、地下商業綜合體、地鐵軌道交通車站、地下市政設施及地下變電站等地下空間工程的建設，超深地下連續墻已廣泛應用于超深基坑的支護結構。常見的銑接頭存在一期槽和二期槽前后澆筑的豎直施工縫，H型鋼接頭存在先行幅和后繼幅的豎直施工縫，而超深地下連續墻往往貫穿多個承壓含水層，因此地下連續墻接縫止水問題對超深旋噴樁的質量控制提出了更高要求。RJP（Rodin Jet Pile Method）、N-Je（t N-Jet ultra high pressurejet grouting）工法樁常用于深基坑地下連續墻接縫止水或已有隔水帷幕加深或新增隔水帷幕，還可用于深基坑裙邊、基坑封底加固、落深坑加固、盾構機進出洞口加固等。本文分析RJP、N-Jet兩種工法樁的國內應用現狀和工藝特點。

1 RJP和N-Jet工法樁的研究現狀

旋噴樁噴嘴在高壓水（漿）外圈加入同軸筒狀空氣射流時，空氣射流在水（漿）外圈形成空氣幕，減小了注漿體的能量衰減，大大提高了成樁直徑和置換效果[1]。RJP工法樁的水嘴、漿嘴高差50cm，一般先開高壓水泵和空壓機，提升一個步距之后，再開啟注漿泵進行旋噴施工[2]。梁學元[3]通過高壓旋噴樁工藝試驗，對冒漿、串孔、含孤石地層引孔、強透水地層成樁困難等問題提出了改進措施。金鶴俁[4]等提出了在飽和粉細砂地層應用高壓旋噴樁的技術要點。李星[5]舉例介紹了上海、天津地區RJP工法樁作為地下連續墻接縫止水措施時，旋噴樁與地連墻的節點關系。朱磊[6]分析了在車站周邊環境復雜情況下，深基坑止水帷幕的施工技術參數和操作要點。胡曉虎[7]等提出：RJP工法相比傳統工藝注入率更低，排泥發生量降低30%～70%，在高黏聚力黏性土、有機質土等土層中，RJP工法樁的設計有效加固直徑需通過現場試驗確定，同時應考慮成樁深度的增加，導致的成樁直徑的縮減。梁創記[8]等提出：柱塞密封是決定泥漿泵正常工作時長的關鍵，并提出技術改進措施以提高高壓注漿泵的密封壽命和機組工作穩定性。劉衛強[9]對比分析了在高承壓性富水卵礫石地層中，不同樁徑、樁深、注漿壓力、提升速度、轉速等參數對N-Jet旋噴樁止水效果的影響規律。杜云龍[10]等采用N-Jet工法樁搭接成墻，隔斷位于地下連續墻墻趾以下的寧波地區第I2層粉細砂土承壓水。徐璋[11]比較了N-Jet、MJS、RJP三種工法樁的特點，N-Jet最大成樁深度可達115m，2～8噴嘴噴漿。王志豐[12]等分析了圓形斷面紊動射流和土體破壞機制，建立了旋噴樁半徑、地層條件和施工參數之間的關系。

2 施工工藝

RJP工法樁（超高壓旋噴樁工法）利用超高壓噴射流能量分兩階段破壞土體，位于噴漿桿上段的超高壓水和壓縮空氣復合噴射流體，以同軸的形式，向水平方向先行對土體進行引導切削，對土體進行切削后，隨著噴漿桿的提升，下部的超高壓水泥漿和壓縮空氣復合噴射流體再對土體進行二次擴大切削，以此增加切削深度，保證加固體的直徑，同時混合攪拌硬化材料與置換剩余土體，從而形成大直徑、均勻質量的改良加固體。利用氣升原理，借助下部擴大切削時的能量，通過孔壁與噴漿桿環狀間隙將廢土排出孔外。

N-Jet工法樁（超高壓噴射攪拌成樁工法）是在RJP工法樁基礎上發展起來的一種更先進的工藝，是目前世界上可施工直徑最大、深度最深的高壓旋噴工藝，最大成樁直徑可達8000mm。通過采用具有前端噴射注漿裝置的專用設備，多個可變角度的噴嘴噴射出包裹著主動空氣的超高壓漿液切削土體，并與土體均勻混合形成加固體[13]。多孔管的噴嘴數量可達7個，可多角度、多噴嘴布置，還可立體布置，有三角形、線形等。此外，N-Jet工法增加了輔助排漿裝置，該裝置具有噴射輔助空氣和膨潤土漿液的功能，一方面減小了在穿越砂層時噴漿桿的轉動阻力，另一方面提高了攜砂能力，防止土顆粒抱死噴漿桿。

RJP和N-Je工法的成樁原理示意見圖1，噴漿桿多孔管構造見圖2。

圖1 RJP、N-Jet成樁原理示意圖

圖2 噴漿桿底節多孔管構造

3 施工質量控制措施

3.1 施工工序

兩種工法樁的施工工序見圖3。

圖3 RJP、N-Jet工法樁的施工工序

兩種工法的施工順序大致相同，RJP工法樁在噴漿過程中無需膨潤土泥漿的潤滑，而N-Jet在噴漿過程中，遇到砂性地層時，需要在上段噴嘴噴射膨潤土泥漿，此外，高壓水泥漿注漿泵、高壓水注漿泵、壓縮空氣的開啟順序也不相同。

3.2 施工質量控制要點

RJP、N-Jet工法樁施工質量控制要點見表1。

表1 RJP、N-Jet工法樁施工質量控制要點

4 施工參數

4.1 常用施工參數

根據《N-Jet工法超高壓噴射注漿技術規程》，水泥摻量宜滿足的規定見表2。根據類似工程統計數據，總結軟土地區的旋噴樁常用施工參數，見表3。

表2 成樁深度與水泥摻量匹配關系

表3 施工參數

以上海軌道交通市域線機場聯絡線工程（西段）華涇站RJP、N-Jet工法樁墻縫止水為例，根據體積法和流量法分別計算上海軟土地區，41m有效樁長Ф2000mm的RJP全圓工法樁、61m樁長Ф2200mm的N-Jet全圓工法樁為例，水比為1∶1，計算單樁水泥用量。

式（1）～（3）中：

ρ——土體天然密度，取1.9t/m3；

r——樁半徑，分別取1.0m、1.1m；

L——樁長，分別取41m、61m；

C——水泥摻量，取45%；

v——噴漿桿提升速度，分別取20min/m、25min/m；

q——水泥漿噴嘴流量。

計算結果見表4。

表4 工作量參數

4.2 施工參數驗算

式（4）～（6）中[13]：

α——分節拆裝鉆桿重復噴射樁體的搭接系數，取值1.033；

β——損耗經驗系數，宜取1.10～1.15，黏性土宜取大值，取值1.12；

m1——每升水泥漿液中水泥含量，kg/L，取值0.756；

Q——噴射流流量，L/min，取值172；

v——步進提升速度，min/m，取值25；

d——分節拆裝鉆桿重復噴射的距離，m，取值0.1；

ρw——水的密度，kg/m3；

ρc——水泥等膠結材料的密度，kg/m3，取值3.1；

W——水灰比，取值1；

m——每米設計水泥用量，t/m，計算得3.8。

5 應急處置措施

5.1 引孔困難

地連墻出現鼓包時，可采用沖擊跟管引孔鉆機，跟管的護壁鋼套管根據引孔鉆機的鉆頭尺寸進行匹配，穿越鼓包區后更換常規鉆頭繼續鉆進。

5.2 樁體縮徑

（1）根據地層豎向分布的特點，在不同的地層中采用不同提升速度，以保證成樁的均勻性，在粉砂、細砂中提升速度較慢，通常可取22min/m；在粉質黏土與粉砂互層、粉質黏土、砂質粉土夾黏土等地層中提升速度適中，通常可取25min/m；黏土、粉質黏土中提升速度較快，通常可取30min/m；

（2）當噴漿參數和成樁深度相同時，在砂土層，標準貫入擊數越大，樁徑越小；在黏性土層，黏聚力越大，樁徑越小[13]；

（3）保證噴漿桿提升速度和轉速的匹配，即固定的步距時長應匹配相應的轉速，防止水泥漿液與切削過后的土體強制混合不充分；

（4）噴漿前，進行壓氣、水試驗，保證管路及噴漿桿氣、液通道通暢，拌漿系統進入注漿泵之前，至少經過2次過濾篩網，以防止噴嘴堵塞。

5.3 注漿壓力異常

（1）當注漿過程中出現壓力異常增大情況時，卸壓停機后快速提升噴漿桿，對漿、氣通道進行檢查，直至壓力正常；

（2）當注漿過程中出現壓力異常減小情況時，若是注漿泵損壞，應立即切換備用注漿泵；同時檢查安全閥和管路安接頭，保證密封性，并檢查塞油泵調壓是否過低。

5.4 噴漿桿墜入孔內

根據孔深及鉆桿長度，加工比鉆桿直徑大50～100mm的套管，套管底部設置倒叉，套管套入噴漿桿上部后，采用套管鉆機鉆進，套管鉆進至噴漿桿底部后，通過倒叉卡住噴漿桿后，套管將噴漿桿帶出。

6 結束語

結合理論研究和實踐，RJP和N-Jet工法樁在超深基坑止水帷幕中的應用，存在以下特點：

（1）根據國內相關研究，RJP工法成樁深度一般小于70m，而N-Jet工法成樁深度可達115m；

（2）從施工工序上，兩種工法較為相近，且都是通過氣升效應回漿，回漿的通道均為原狀土孔壁與噴漿桿之間的環狀空隙；

（3）RJP工法采用雙高壓的形式進行注漿，噴漿桿上段是同軸高壓氣和水，先行切削土層，下段采用同軸的高壓主空氣和水泥漿，強制攪拌土體；

（4）N-Jet工法上段噴射流可采用同軸高壓氣和優質復合膨潤土泥漿，通過在水泥漿液中添加復合鈉基膨潤土，增強砂性地層護壁作用，同時增強攜砂能力，防止噴漿桿抱死；

（5）RJP和N-Jet工法樁水泥漿注漿壓力和流量差別不大，N-Jet成樁的主空氣壓力、主空氣流量明顯高于RJP工法樁，高壓同軸空氣幕有效降低了水泥漿噴射流的阻力，保證了該工法在超80m樁深時的成樁直徑。

（6）根據《N-Jet工法超高壓噴射注漿技術規程》，成樁深度≥80m止水帷幕的水泥摻量宜取50%以上，大于目前工程中普遍采用的40%～45%的單樁水泥摻量。