RJP工法在超大深基坑施工中的应用*

郭海军

上海市机械施工集团有限公司 上海 200072

新型的RJP（超高压复合旋喷）工法的基本原理与其他高压旋喷注浆一样，均以超高压喷射流体的功能，将土层组织结构破坏，被其破坏了的土粒与浆液混合搅拌，凝固后便在地层中形成固结体。但RJP工法的加固机理主要是进行两次切削破坏土层，第一次是上段的超高压水和空气的复合喷射流体，在第一次切削土层的基础上再次对土体进行切削，这样便增加了切削深度，加大了固结体直径。

1 工程概况

上海星港国际中心工程属超高层复杂结构，设有6层地下室，地下建筑面积共约163 019 m2，主楼深坑区域开挖深度约36.50 m，采用RJP高压旋喷桩进行挡土加固及封底加固，减少降⑧层承压水对基坑周边造成影响（图1）。

图1 基坑位置及周边环境

1.1 地质情况

场地周边主要土层从上到下依次为：①填土，②粉质黏土，③淤泥质粉质黏土夹黏质粉土，③夹黏质粉土与淤泥粉质黏土互层，④淤泥质黏土，⑤1-1灰色黏土，⑤1-2粉质黏土，⑤3粉质黏土夹黏质粉土，⑤3t黏质粉土，⑤4粉质黏土，⑦粉砂，⑧1灰土黏土，⑧2灰土粉质黏土夹黏质黏土，⑨粉细砂。

1.2 工程特点

1.2.1 周边环境

工程主体基坑北侧与轨交12号线提篮桥站共墙，西侧距离公平路沿街商铺约39 m，东侧距离海门路沿街商铺约30 m；南侧距离东大名路沿街建筑约30 m。周边管线复杂，距离较近。

1.2.2 工程地质情况

场地内未发现暗浜，场地表面普遍存在1.00～3.10 m的杂填土。浅部土层中的潜水位埋深离地表面0.30～1.50 m，年平均地下水位埋深离地表面0.50～0.70 m，深部承压水位在⑤3t、⑦、⑧层。潜水位和承压水位随季节、气候、潮汐等因素而有所变化。根据本站详勘地质资料，在本站基坑范围内的地层中，表层有地下水（3.00～11.00 m），局部⑤3t层承压水的水位埋深约为5.00 m，⑦层承压水的水位埋深为8.80～11.70 m，⑧层承压水的水位埋深为6.70 m。

1.2.3 降水要求

鉴于本主楼深坑基坑开挖深度为36.50 m，降⑧层承压水对基坑周边的影响尤其重要。土方开挖时会造成水头差，为了防止水压力过大，造成严重后果，所以使用RJP工法旋喷桩来进行主楼深坑封底加固，尽量做到基坑坑底无渗水，减少降⑧层承压水对基坑周边带来的影响。

1.3 方案优选

本工程施工选择RJP工法的原因主要有以下几个方面：

1）传统的高压旋喷桩、深层搅拌桩等工法在施工过程中会产生较大的挤土效应，施工过程中会产生地面隆起、地表开裂，影响周围建（构）筑物及市政管线的正常使用，甚至产生更为严重的破坏，并且一般的高压旋喷桩桩径最多达到1 m，垂直度为1/150，由于本基坑开挖深度将达到36.50 m，故将不能满足基坑封底的要求。RJP工法桩可以有效地解决这些难题，不仅成桩质量好，桩体强度高，而且对周边建（构）筑物影响小。

2）RJP工法桩适用于复杂的场地周边环境，能很好地控制地面位移和土体位移。该工法适用范围广泛，可进行超深垂直、倾斜施工，倾斜角度15°内均可施工，故施工过程中占地少，而传统的深层搅拌桩设备占地面积大。

3）RJP工法桩施工自动化程度高，操作简单，关系质量的各种参数均可提前设定，并能实时记录施工数据，减轻操作人员的劳动强度，减少人为因素造成的质量问题。

2 RJP工法工程应用

2.1 RJP工法原理及功能

RJP超高压旋喷是一种水、气、浆液灌注搅拌混合喷射的方法。即用多层喷射管使高压水和空气同时横向喷射，先期切割地基土体，借空气的上升力把被破碎的土由地表排出，当地层内压力过大时由套管与钻杆的空隙排出浆液保持孔内压力平衡，减小对周边环境的影响；与此同时，另一个喷嘴将水泥浆超高压喷射并再次切割土体及搅拌水泥浆置换土体，使水泥浆与土体混合，达到加固目的，其加固直径可达3 800 mm。

采用大直径超高压旋喷，应先送高压水，再送水泥浆和压缩空气；喷射时应先达到预定的喷射压力、喷浆量并原位旋转2 min后，再逐渐提升注浆管，注浆管分段提升的搭接长度不得小于100 mm；当达到设计桩顶高度或地面出现溢浆现象时，应立即停止当前桩的旋喷工作，将旋喷管拔出并清洗管路。多重管法是将水泥浆与压缩空气同时喷射，除可延长喷射距离、增大切削能力外，也可促进废土的排出，减小对周边环境的影响（图2）[1-3]。

2.2 RJP工法设计概况

本工程主楼深坑采用RJP高压旋喷桩加固，可分为挡土加固及封底加固。为了更好地了解RJP工法的效果，在工程中，RJP工法桩设置一组试桩，布置在塔楼位置，旋喷桩设计直径2 000 mm，深度41 m，有效桩长41 m，呈三角形布置，中心间距12 m，采用P.O 42.5水泥，水泥浆压力30～35 MPa，水灰比1∶1，浆液流量135～165 L/min；高压水压力20～25 MPa，流量50～60 L/min，空气压力0.70～1.05 MPa，空气流量1.00～2.00 m3/min（标准状态下：20 ℃，1 atm），喷射提升速度20～26 min/m，桩身垂直度1/200。RJP监测管埋设深度25 m，每个土层设置监测点，每3 h监测1次。每根桩取芯抗压试件8组，抗剪试件2组，抗渗试件在渗透系数较大处各取1组。RJP超高压旋喷加固试桩监测平面布置如图3所示。

图2 RJP超高压旋喷注浆示意

图3 RJP试桩监测平面布置

2.3 RJP施工工艺

2.3.1 引孔

采用钻机按桩位钻进引孔，钻孔直径在180 mm以上，孔位偏差不超过20 mm。钻机就位前，对钻孔各项工作再次进行检查，确保各项工作正常。钻机吊装就位时要充分考虑高压线下的净空要求，钻机就位后，将钻杆中心准确对准孔位中心，保证底座和顶端平稳，钻进中不产生位移或沉陷。

2.3.2 护壁

引孔结束后，为防止坍孔，利用引孔钻杆将配制好的膨润土浆液置换孔内泥浆，再拆除钻杆并移除引孔钻机。

2.3.3 下管

移除引孔钻机后，旋喷主机就位，对准孔并调整平稳，待机具检查完毕并正常运转后，下放旋喷管至设计深度，同时开始制浆。

2.3.4 喷浆提管

先将旋喷机下部的旋喷管及其底端的喷射器置入已钻通的旋喷先导孔至设计底标高的深度，然后开启高压水泵、高压泥浆泵和空压机，使高压水、压缩空气和高压水泥浆通入旋喷管到达喷射器，调整超高压喷泵的水压力及流量、空气压力及流量、水泥浆液压力及流量在设计范围内，待高压水压力、高压水泥浆压力、压缩空气压力符合要求后开启旋喷机，边旋转边喷注边提升旋喷管，旋喷管以设定的速度步距提升。在提升过程中卸管后继续喷浆时，至少要搭接复喷10 cm，以确保桩身搭接质量。在设计桩底1 m范围内增加旋喷时间到1 min。

2.3.5 废浆处理

由于大直径高压旋喷外排泥浆大，现场应设置足够大的废浆池，待固结晾干后集中外运处理。

2.4 现场监测

在旋喷加固的同时，量测监控地层的孔隙水压力及土体位移等变化情况，喷浆期间和施工结束后期均要监测，直至基本稳定并做好记录（已取其中1组监测数据为例，见表1、表2）。

表1 土体测斜

表2 土体分层沉降

2.5 试桩成桩效果

本工程3根RJP试桩采用不同的参数进行施工，根据开挖至26 m的结果，1#试桩桩径2.05 m，2#试桩桩径2 m，3#试桩桩径2.10 m（图4）。

通过监测试验及现场试桩开挖，RJP成桩直径最小可达到2 m。施工过程中距离桩位3 m的土体测斜最大变形量为-4.78 mm，最大沉降为-5 mm，满足基坑土体微扰动要求。并且委托专业单位对试桩进行取芯，抗压强度达到1.28～2.15 MPa，抗剪强度的内聚力为698 kPa，内摩擦角为31.00°，水平渗透系数为7.86×10-7cm/s。

2.6 加固实体成桩效果

本工程主楼深坑开挖至基坑底的实体效果如图5所示。

图4 RJP试桩开挖至26 m

图5 深坑开挖到基坑底的加固实体效果

3 结语

经实际工程验证，在大型超深基坑施工中采用RJP工法作为基坑主楼深坑加固封底是切实可行的，为以后类似工程提供了一定借鉴，通过以上分析得出以下结论[4-6]：

1）RJP工法是一种超高压旋喷工艺，能够适应敏感施工区域施工需求，有效控制土体水平和垂直位移。

2）RJP工法的适用范围广泛，可进行垂直、倾斜、超深垂直施工，满足低净高施工要求，同时具有成桩直径大、桩体直径稳定、抗压强度高、抗渗性好的特点，对基坑封底减少降⑧层承压水的效果明显。

3）RJP工法的旋喷压力稳定，降低施工过程中对既有地下建（构）筑物的损坏。

4）RJP工法施工及全过程监测相结合的方式，是一种在密集中心城区进行地下空间开发建设的有效施工工艺。