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(yè)綜合體、地鐵軌道交通車站、地下市政設(shè)施及地下變電站等地下空間工程的建設(shè)，超深地下連續(xù)墻已廣泛應(yīng)用于超深基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)。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(xù)墻往往貫穿多個(gè)承壓含水層，因此地下連續(xù)墻接縫止水問題對(duì)超深旋噴樁的質(zhì)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(xù)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(gòu)機(jī)進(jìn)出洞口加固等。本文分析RJP、N-Jet兩種工法樁的國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀和工藝特點(diǎn)。

1 RJP和N-Jet工法樁的研究現(xiàn)狀

旋噴樁噴嘴在高壓水（漿）外圈加入同軸筒狀空氣射流時(shí)，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(jī)，提升一個(gè)步距之后，再開啟注漿泵進(jìn)行旋噴施工[2]。梁學(xué)元[3]通過高壓旋噴樁工藝試驗(yàn)，對(duì)冒漿、串孔、含孤石地層引孔、強(qiáng)透水地層成樁困難等問題提出了改進(jìn)措施。金鶴俁[4]等提出了在飽和粉細(xì)砂地層應(yīng)用高壓旋噴樁的技術(shù)要點(diǎn)。李星[5]舉例介紹了上海、天津地區(qū)RJP工法樁作為地下連續(xù)墻接縫止水措施時(shí)，旋噴樁與地連墻的節(jié)點(diǎn)關(guān)系。朱磊[6]分析了在車站周邊環(huán)境復(fù)雜情況下，深基坑止水帷幕的施工技術(shù)參數(shù)和操作要點(diǎn)。胡曉虎[7]等提出：RJP工法相比傳統(tǒng)工藝注入率更低，排泥發(fā)生量降低30%～70%，在高黏聚力黏性土、有機(jī)質(zhì)土等土層中，RJP工法樁的設(shè)計(jì)有效加固直徑需通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定，同時(shí)應(yīng)考慮成樁深度的增加，導(dǎo)致的成樁直徑的縮減。梁創(chuàng)記[8]等提出：柱塞密封是決定泥漿泵正常工作時(shí)長的關(guān)鍵，并提出技術(shù)改進(jìn)措施以提高高壓注漿泵的密封壽命和機(jī)組工作穩(wěn)定性。劉衛(wèi)強(qiáng)[9]對(duì)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(zhuǎn)速等參數(shù)對(duì)N-Jet旋噴樁止水效果的影響規(guī)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(xù)墻墻趾以下的寧波地區(qū)第I2層粉細(xì)砂土承壓水。徐璋[11]比較了N-Jet、MJS、RJP三種工法樁的特點(diǎn)，N-Jet最大成樁深度可達(dá)115m，2～8噴嘴噴漿。王志豐[12]等分析了圓形斷面紊動(dòng)射流和土體破壞機(jī)制，建立了旋噴樁半徑、地層條件和施工參數(shù)之間的關(guān)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(fù)合噴射流體，以同軸的形式，向水平方向先行對(duì)土體進(jìn)行引導(dǎo)切削，對(duì)土體進(jìn)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(fù)合噴射流體再對(duì)土體進(jìn)行二次擴(kuò)大切削，以此增加切削深度，保證加固體的直徑，同時(shí)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(zhì)量的改良加固體。利用氣升原理，借助下部擴(kuò)大切削時(shí)的能量，通過孔壁與噴漿桿環(huán)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(chǔ)上發(fā)展起來的一種更先進(jìn)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(dá)8000mm。通過采用具有前端噴射注漿裝置的專用設(shè)備，多個(gè)可變角度的噴嘴噴射出包裹著主動(dòng)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(shù)量可達(dá)7個(gè)，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(shí)噴漿桿的轉(zhuǎn)動(dòng)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(gòu)造見圖2。

圖1 RJP、N-Jet成樁原理示意圖

圖2 噴漿桿底節(jié)多孔管構(gòu)造

3 施工質(zhì)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(shí)，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(zhì)量控制要點(diǎn)

RJP、N-Jet工法樁施工質(zhì)量控制要點(diǎn)見表1。

表1 RJP、N-Jet工法樁施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

4 施工參數(shù)

4.1 常用施工參數(shù)

根據(jù)《N-Jet工法超高壓噴射注漿技術(shù)規(guī)程》，水泥摻量宜滿足的規(guī)定見表2。根據(jù)類似工程統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，總結(jié)軟土地區(qū)的旋噴樁常用施工參數(shù)，見表3。

表2 成樁深度與水泥摻量匹配關(guān)系

表3 施工參數(shù)

以上海軌道交通市域線機(jī)場聯(lián)絡(luò)線工程（西段）華涇站RJP、N-Jet工法樁墻縫止水為例，根據(jù)體積法和流量法分別計(jì)算上海軟土地區(qū)，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(jì)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(jì)算結(jié)果見表4。

表4 工作量參數(shù)

4.2 施工參數(shù)驗(yàn)算

式（4）～（6）中[13]：

α——分節(jié)拆裝鉆桿重復(fù)噴射樁體的搭接系數(shù)，取值1.033；

β——損耗經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，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(jìn)提升速度，min/m，取值25；

d——分節(jié)拆裝鉆桿重復(fù)噴射的距離，m，取值0.1；

ρw——水的密度，kg/m3；

ρc——水泥等膠結(jié)材料的密度，kg/m3，取值3.1；

W——水灰比，取值1；

m——每米設(shè)計(jì)水泥用量，t/m，計(jì)算得3.8。

5 應(yīng)急處置措施

5.1 引孔困難

地連墻出現(xiàn)鼓包時(shí)，可采用沖擊跟管引孔鉆機(jī)，跟管的護(hù)壁鋼套管根據(jù)引孔鉆機(jī)的鉆頭尺寸進(jìn)行匹配，穿越鼓包區(qū)后更換常規(guī)鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)。

5.2 樁體縮徑

（1）根據(jù)地層豎向分布的特點(diǎn)，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(xì)砂中提升速度較慢，通?？扇?2min/m；在粉質(zhì)黏土與粉砂互層、粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)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(zhì)黏土中提升速度較快，通?？扇?0min/m；

（2）當(dāng)噴漿參數(shù)和成樁深度相同時(shí)，在砂土層，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)越大，樁徑越??；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(zhuǎn)速的匹配，即固定的步距時(shí)長應(yīng)匹配相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，防止水泥漿液與切削過后的土體強(qiáng)制混合不充分；

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

5.3 注漿壓力異常

（1）當(dāng)注漿過程中出現(xiàn)壓力異常增大情況時(shí)，卸壓停機(jī)后快速提升噴漿桿，對(duì)漿、氣通道進(jìn)行檢查，直至壓力正常；

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

5.4 噴漿桿墜入孔內(nèi)

根據(jù)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(shè)置倒叉，套管套入噴漿桿上部后，采用套管鉆機(jī)鉆進(jìn)，套管鉆進(jìn)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(jié)束語

結(jié)合理論研究和實(shí)踐，RJP和N-Jet工法樁在超深基坑止水帷幕中的應(yīng)用，存在以下特點(diǎn)：

（1）根據(jù)國內(nèi)相關(guān)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(dá)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(yīng)回漿，回漿的通道均為原狀土孔壁與噴漿桿之間的環(huán)狀空隙；

（3）RJP工法采用雙高壓的形式進(jìn)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(qiáng)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(yōu)質(zhì)復(fù)合膨潤土泥漿，通過在水泥漿液中添加復(fù)合鈉基膨潤土，增強(qiáng)砂性地層護(hù)壁作用，同時(shí)增強(qiáng)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(shí)的成樁直徑。

（6）根據(jù)《N-Jet工法超高壓噴射注漿技術(shù)規(guī)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。