RJP 与三重管高压旋喷工艺在基坑加固工程中施工工艺对比分析

冯国卫

（上海远方基础工程有限公司，上海市 200436）

0 引言

近些年，我国轨道交通建设取得较大成就，特别是粤港澳大湾区与长三角等沿海地区轨道交通车站基坑地基加固高压旋喷工艺得到越来越广泛的应用。三重管高压旋喷施工工艺广泛应用于软土基坑地基加固处理。其利用分别输送水、空气、浆液三种介质的三重注浆管，以喷射高压水和气切削土体形成孔隙，而后利用低压浆液回填，形成加固土体。受地层和工艺影响，成桩直径一般仅为0.8～1.2 m。超大直径高压旋喷桩（RJP）与三重管高压旋喷工艺原理类似，调整增大了喷射水的压力、喷射水泥浆的压力和流量，改原三重管单独高压水切割为利用高压水和浆液对加固土体双切割以实现较大成桩直径（2.0～2.8 m）和良好成桩质量。

1 工程概况

福州滨海新区F1 线滨海新城站位于规划纵一路与支一路交叉口，地下三层车站。基坑开挖深度约20 m。基坑围护采用厚1.0 m 地下连续墙，墙深48.5 m，工字钢接头，地下连续墙接头区域采用150°摆喷2.2 m 大直径高压旋喷RJP 工法桩用于墙缝止水。拟采用高压旋喷对坑底裙边进行加固，加固深度3.0 m，加固区域为标段加固区域宽度3.1 m（约360 m），端头井加固区域宽度4.1 m（约150 m），坑底纵坡区域加固宽度7.3 m（约50 m）。车站平面及剖面见图1、图2。

图1 滨海新城站西端头井平面图（单位：mm）

图2 滨海新城站西端头井剖面图（单位：mm）

1.1 工程地质情况

（1）填土层：杂填土、粉砂、糖泥等层厚1.8～2.5 m。

（2）粉质黏土：灰黄，软～可塑，湿～饱和，层厚3.3～5.5 m。

（3）（含泥）中细砂：灰黄色，中密～密实，局部稍密，饱和，以中砂和细砂为主，层厚9.5～11.2 m。

（4）（泥质）粉砂：深灰色、灰黑色，稍密～中密，局部密实，层厚10.5～12.0 m。

（5）淤泥质土：深灰色，软塑～可塑，饱和，层厚5.3～7.2 m。

（6）强风化花岗岩：呈灰黄～灰褐色、为软岩，岩体极破碎，岩体基本质量等级为V 级，层厚4.2～5.4 m。

（7）中～微风化花岗岩：灰白色、青灰色，坚硬，岩体较完整，岩体基本质量等级为Ⅱ级，层厚4.2 m。

1.2 工程水文地质情况

（1） 上层滞水主要存在于第四系表层的人工填土层中，对工程施工影响不大。

（2）孔隙潜水主要存在于粉质黏土、（含泥）中细砂、（泥质）粉砂层中。以上含水层赋水介质孔隙连通性较好，潜水层分布厚度大，富水性强。

（3）孔隙承压水主要赋存于（泥质）粉砂、淤泥质土层中，赋水介质结构松散，孔隙连通性较好，其透水性中等～强，承压含水层承压水头高，富水性好。

（4）孔隙裂隙承压水赋存于砂土状强风化岩、碎块状强风化岩和中风化岩层内，孔隙、裂隙连通性差，透水性弱，富水性弱。工程地质情况见表1。

表1 工程地质及物理力学指标

2 可行性施工工艺方案

2.1 三重管高压旋喷方案

三重管高压旋喷桩加固考虑成桩直径为800 mm，布孔间距500 mm[1]；旋喷桩施工采用42.5 普通硅酸盐水泥，水泥用量初定450 kg/m3，水灰比1.0。施工参数暂定如下：空气压力大于0.7MPa，浆液压力大于3 MPa，水压大于25 MPa[2]，水泥浆液流量大于90 L/min。质量目标拟定：桩体完整，桩体28 d 无侧限抗压强度不小于1.0 MPa，渗透系数小于10-6m/s。

2.2 大直径高压旋喷RJ P 方案

RJP 大直径高压旋喷桩加固考虑成桩直径为2 200 mm，布孔间距1 800 mm。RJP 高压旋喷桩采用P.O42.5 级普通硅酸盐水泥,水泥用量700 kg/m3，水泥浆液水灰比为1.0。施工参数暂定如下：气压不小于0.7 MPa，水泥浆液压力不小于40 MPa[3]，水压大于25 MPa，水泥浆液流量大于110 L/min。质量目标拟定：桩体完整，桩体28 d 无侧限抗压强度不小于1.0 MPa[4]，渗透系数小于10-6m/s。

2.3 坑底加固桩位布局

旋喷桩桩位布置充分考虑三重管高压旋喷、RJP大直径高压旋喷桩于该砂机粉砂层地质和富水水文条件下，成桩直径足够保证的前提下，亦充分考虑桩位最大程度有效搭接和地墙叠合。以端头井加固区4.1 m×8.6 m 区域为例，三重管高压旋喷工艺方案布桩数量为136 根，合3.86 根/m2；大直径高压旋喷RJP 方案布桩数量为15 根，合0.42 根/m2。三重管高压旋喷旋喷桩与大直径高压旋喷RJP 桩位布置见图3、图4。

图3 三重管旋喷桩桩位布置图（单位：mm）

图4 大直径高压旋喷RJ P 桩位布置图（单位：mm）

3 工艺方案经济比选

3.1 加固工程数量情况

依据三重管高压旋喷及大直径旋喷桩RJP 桩位布置方案，福州滨海新区F1 线滨海新城站基坑加固设计和初选工艺参数统计计算。本项目采用三重管高压旋喷工艺施工根数为8 670 根计199 410 延米（其中空桩173 400 m、实桩26 010 m）；采用RJP 大直径高压旋喷工艺施工根数为945 根计21 735 延米（其中空桩18 900 m、实桩2 835 m）。本项目2 种方案工程数量统计情况见表2。

表2 F1 号线滨海新城站地基加固工程量计算

3.2 加固工程造价对比分析

按照福建省2021 年2 月水泥市场信息价480 元/t，折合三重管旋喷桩108 元/m，RJP 大直径旋喷1 276 元/m。市场施工费（含设备及辅料）单价三重管旋喷桩施工空桩劳务费约50 元/m，实桩约75 元/m；RJP 大直径旋喷桩空桩约200 元/m，实桩550 元/m3，合2 000 元/m3。两种方案总体费用计算情况为：RJP 大直径高压旋喷方案整体费用为1 212 万元，较三重管高压旋喷方案1 369 万元少157 万元，节约11%左右。RJP 实桩费用较三重管旋喷高近430 万元，将近85%；而RJP 大直径旋喷空桩费用减少200%，583.5 万元；形成桩体水泥材料消耗增多约80 万元，占比28.7%。

4 高压旋喷试桩工艺验证

为验证两种不同工艺的加固效果，并获得与验证两种工艺在本项目地层条件施工有效成桩直径、水泥掺量、水灰比、施工水压、气压、浆液压力、提升效率等参数，场地内同位各施工3 根试桩进行验证。

经试桩成桩效果验证：3 根三重管高压旋喷均于80 cm 取得完整芯样（100 cm 芯样完整性差）；芯样抗压强度平均值1.6 MPa。3 根RJP 高压旋喷桩均于220 cm 取得完整芯样（260 cm 芯样亦完整；）；芯样抗压强度平均值3.2 MPa，三重管高压旋喷及RJP 方案地基加固旋喷桩取芯试验情况见表3、表4

表3 三重管地基加固取芯情况一览

表4 RJ P 地基加固取芯情况一览

经专家论证，F1 号线地基加固采用大直径旋喷桩RJP 工艺，成桩直径按照2.2 mm，布孔间距1 800 mm；水泥用量700 kg/m3[4]，水泥浆液水灰比为1.0，气压1.05 MPa，水泥浆液压力不小于40 MPa，水压大于25 MPa，水泥浆液流量为110 L/min , 提升速度30 min/m[5]。成桩直径均超过2.6 m，达到原预计2.20 m，芯样完整，且强度均满足要求。

5 RJP 大直径旋喷加固实施

根据试验确定布孔方式和工艺参数，综合考虑F1 号线滨海新城站项目地基加固和地下连续墙墙缝止水施工进度要求，本项目于2021 年2 月15 日进场2 套RJP-65CV 设备，分别东端头井（含东端头墙缝止水）、西端头井和标准段（含西端头墙缝止水）施工。

大直径高压旋喷严格按照 “施工准备→就位引孔→下放套管→旋喷钻机就位→提升喷浆→清洗钻杆→移机下一桩位”工艺流程组织施工，严格控制水泥浆配比、提升速度和各设备压力情况连贯施工。至2021 年4 月15 日，已完成墙缝止水RJP 摆喷桩60 根，裙边坑底加固桩264 根，较三重管高压旋喷工艺工效提高60%以上，超预期达到业主进度目标要求。

6 结语

F1 号线滨海新城站项目地基加固与地下连续墙墙缝止水综合使用统筹施工最大程度减少不同工序施工影响，进度较快，取得良好经济效益。大直径旋喷桩RJP 虽成桩设备多为进口设备，价格昂贵，且成桩工艺比普通旋喷桩稍复杂，但其可利用成桩直径大的优点，大量减少普通旋喷成桩设置数量大、空桩费用占比高的缺点，并且较大程度加快工程进度。随着大直径旋喷桩成桩设备国产化，成桩施工单价将持续降低，大直径高压旋喷RJP 工艺将得到越来越广泛的应用。