超深大直径 N-Jet 工法桩加固质量研究

马 仕（上海市基础工程集团有限公司， 上海 200001）

上海地区土壤多为软土，地下水丰富，就导致该地区的深基坑施工经常遇到承压水突涌和降水引起的基坑变形问题[1]。承压水控制一直是基坑施工中的重难点。在城市中心施工时，周围环境复杂，降压和封底往往难以满足要求，出于安全性考虑，更多采用隔断方案来控制承压水[2]。采用超高压喷射搅拌成桩/墙工法（N-Jet 工法），成桩深度深，喷射直径大，成桩形状多样，适应性以及经济性都十分优秀[3-4]。但是其加固效果与加固的深度、喷射半径的相关性研究目前国内较少。

因此，本文以上海市某基坑工程为例，研究了 N-Jet 工法施工后加固体强度与加固深度、加固半径之间的关系。

1 工程运用及研究

1.1 工程概况

本研究依托工程项目为上海城市中心某基坑工程。基坑内净总长约 110 m，净宽约 28 m，基坑采用明挖顺作法施工，围护结构为 1.2 m 厚十字钢板接头地下连续墙。工程周边环境极其复杂，有众多重点保护对象。

本工程为典型上海地层分布。由于距离黄浦江较近，故局部存在江滩土。勘探深度范围内地下水主要为赋存于浅部土层中的潜水、第 ⑦ 及第 ⑨ 层中的承压水，且第 ⑦ 及第 ⑨ 层承压水相互连通。施工期间地下水静止水位埋深一般为 0.80～1.40 m（相应标高为 3.33～2.58 m）。第 ⑦ 层承压水水位埋深为 5.29 m（相应标高约 －1.11 m）。

具体地质情况详见表 1。

表1 场地地质情况表

1.2 设计概况

本工程周边环境极其敏感，环境保护要求高，基坑开挖期间降承压水可能对周边环境产生严重影响。因此，在周边存在敏感建筑物的情况下，设计在基坑围护墙外侧设置了大直径 N-Jet 工法桩作为地下连续墙止水帷幕的延伸段，同时对地下连续墙可能存在的渗漏进行了加强，形成一道止水帷幕。

基坑围护结构为 1.2 m 厚地下连续墙，地下连续墙深 52 m，接头为十字钢板形式，外侧设 60 m 深 N-Jet 工法桩作为基坑外围止水帷幕，桩半径 3200 mm，间距 2280 mm，设计强度为 1.2 MPa。桩的设计参数见表2。

表2 计参数表 单位：m

1.3 工程实施与采样

本工程N-Jet工法桩施工参数见表 3。

表3 施工参数表

对 N-Jet 工法桩抗压强度的获取方法主要为加固区域内的取芯试验，在对应工法桩 N-Jet高压喷射注浆结束后 28 d 进行试验[5]。在已施工好的固结体中钻芯后，将其做成标准试件进行室内物理力学性能试验。

本次试验选取 5 根等直径的工法桩分别取出相同半径位置处（偏离中心 100 mm 处）对应的 20、30、40、50、60 m 深的样品进行试验，通过线性回归分析得出桩身质量与深度的关系。

选取一根工法桩分别取 20、40、60 m，偏离中心 0.1、0.4、0.8、1.2、1.6 m 处样品进行实验，通过分析数据得到取样半径与桩身质量之间的关系。

1.4 结果与分析

1.4.1 加固强度随深度变化

本次试验对于本工程现场实施的 N-Jet 工法桩进行原位钻芯取样检测。

加固土体芯样抗压强度随深度的变化见表 4。

表4 取芯强度随深度变化情况表 单位：MPa

根据所得数据分析，在本工程地质条件情况下，每根 N-Jet 加固桩的同一特定半径位置取芯，测量所对应不同深度加固土体的抗压强度，随着加固深度的增加，N-Jet 工法桩对土体的加固强度有所减弱，但不同深度加固体均能满足设计要求的 1.2 MPa 强度要求。

在第 ⑦ 及第 ⑨ 层土层中，加固体强度明显小于黏土土层中的效果。主要原因可能是由于第 ⑦ 及第 ⑨ 层以粉砂为主，土层含水率高且水泥浆扩散速度较黏土层快，导致水泥浆在粉砂中含量有所下降，但仍能满足设计加固强度要求。

1.4.2 加固强度随半径变化

在几个特定深度条件下，加固体取芯芯样抗压强度随取芯半径的变化见表 5。

表5 取芯强度随半径变化情况表 单位：MPa

以上数据可以明显看出，加固体的加固强度随着距离桩中心半径的增加而有所降低。在 58.5 m深度、距离桩心 1.6 m 位置处加固体强度最低，为 1.21 MPa，但仍可以满足设计强度要求。

2 综合分析及数据拟合

综合 N-Jet 成桩参数以及取芯位置、强度的数据分析可知，本工程采用直径 3.2 m 的 N-Jet 旋喷桩进行 60 m 深加固，在全部深度及半径范围内均可以达到设计强度要求。

且经过比较发现，特定深度下，成桩质量与成桩半径的线性方程回归效果较好，R² 值与F值都较高，且方程结构简洁明晰，故在不同取样深度可采用特定的线性函数来描述加固半径与加固强度间的关系。加固半径与加固强度函数关系如表 6 所示。

表6 加固半径与加固强度函数关系表

通过以上方程，可以用于选择不同加固深度以及加固强度要求下，N-Jet 可以达到的有效加固直径的确定。

3 结语

（1）N-Jet 工法桩成桩的加固土抗压、强度随着旋喷的深度加深，强度有所下降，但在 60 m深所有范围内，加固强度均可以满足设计强度要求。

（2）在第 ⑦ 及第 ⑨ 层土层中，加固体强度明显小于黏土土层中的效果。主要原因可能是由于第 ⑦ 及第 ⑨ 层含水率高且水泥浆扩散速度较黏土层快，导致水泥浆在粉砂中含量有所下降，但仍能达到设计加固强度要求的 1.2 MP。

（3）N-Jet 工法桩成桩的加固土抗压强度随着半径的增加，强度有所下降，不同深度情况下，加固体的有效加固半径不同。

（4）不同深度条件下，N-Jet 工法桩成桩的加固土强度与半径存在线性关系，可以根据工程试桩取芯得出数据，计算出线性方程，确定 N-Jet 使用的实际有效加固单桩直径范围。