超高压喷射注浆(RJP工法)施工环境影响实测分析

超高压喷射注浆RJP工法)施工环境影响实测分析

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摘  要

摘要:超高压喷射注浆技术(RJP工法)为城市地下空间开发深层地下水控制、深层软基加固等提供了一种有效的手段,其应用越来越广泛。RJP工法通过超高压水和超高压水泥浆液接力切削土体,不可避免会对邻近土体产生扰动。本文结合三个项目RJP工法成桩试验(桩径介于2400~2600mm,桩深介于38~50m,桩身截面为扇形),对超高压喷射注浆施工对邻近土体的侧向位移和地面沉降进行了监测分析。实测表明,RJP工法桩施工导致原位土体破坏,应力释放引起邻近土体朝向注浆桩体方向发生侧向位移,并随着水泥土强度的提高趋于稳定;土体最大侧移和沉降一般小于10mm,随着与桩体距离增大逐渐减小,主要平面影响范围为距桩体6m左右的区域。对于环境保护要求更高的工程,可通过成桩试验确定合理的施工参数、减小浅部喷射压力和流量、加大跳孔施工间距、确保自然排浆通畅等技术措施减小对周边环境影响。

关键词:超高压喷射注浆;RJP工法;施工影响;土体侧移;地表沉降

 

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引  言

城市地下空间开发正朝着大规模、大深度、功能一体化方向发展,目前南京正在建设中的江北新区中心区一期项目地下空间建筑面积达100万m2,最大开挖深度达44m;上海正在建设中的苏州河深层排水调蓄工程工作井最大挖深超过60m。沿江沿海地区深大地下空间开发面临的深层地下水控制问题愈发严峻,超深地下连续墙、超深等厚度水泥土搅拌墙]、超高压喷射注浆等新技术的研发为深层地下水控制提供了有效的手段,针对不同的工程需求可选择不同的技术。目前国内应用的超高压喷射注浆技术包括MJS工法(MetroJetSystemMethod)和RJP工法(RodinJetPileMethod),这两种工法工艺原理基本相同;MJS工法可以全方位(垂直、倾斜、水平)作业,可通过强制排浆控制地内压力,以减小施工对周边环境的影响;RJP工法仅可垂直施工,施工期间不能强制排浆,但其喷射浆液的流量更大,施工工效显著提高,造价降低,在大规模地下空间开发中具有广阔的应用前景。随着城市地下空间开发环境越来越复杂敏感,RJP工法施工对环境的变形影响程度成为该技术能否在敏感环境条件下应用的决定性因素之一,而国内对其施工影响的量化分析几为空白。基于此,本文结合RJP工法在多个工程中的成桩试验对其施工环境影响开展了实测分析,并提出了减小施工环境影响的控制措施,可供类似工程参考。

 

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RJP工法简介

RJP工法是采用超高压水和压缩空气先行切削土体,然后采用超高压水泥浆液和压缩空气接力切削,并使水泥浆液与土体拌合形成水泥土加固体的方法。RJP工法的主要特点包括:(1)成桩直径大,质量高,桩径可达3000mm,桩身水泥土强度不低于1.0MPa;(2)成桩深度大,可达70m,垂直度可达1/200;(3)可通过旋喷和摆喷形成多种截面形状的桩体,包括全圆、半圆或扇形。RJP工法与常规旋喷桩以及MJS工法的主要技术参数如下表1所示,相比常规二重、三重管法,RJP工法喷射压力更大,确保了大直径、大深度桩体的形成;相比MJS工法,RJP工法喷射流量更大,施工工效显著提高。

 

RJP工法喷射注浆成桩直径与土层特性、施工深度、喷射流压力和流量、压缩空气压力和流量、喷浆管提升速度等技术参数有关,桩径一般介于1600~3000mm,成桩深度一般不超过70m。目前国内应用的项目成桩直径一般为2000~2600mm,如图1所示,最大成桩深度近60m。RJP工法在国内的主要应用形式如下图2所示。

 

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施工环境影响实测

 

RJP工法施工通过喷射超高压浆液对一定范围内的原状土体进行切削破坏,不可避免地对邻近的土体产生扰动,对于复杂敏感的城市环境,这种土体扰动可能对周边环境产生一定的影响,下文通过RJP工法在上海中美信托金融大厦项目、上海黄浦区596地块项目和中国科举博物馆项目基坑工程中的成桩试验,对其施工期间邻近土体侧向位移、地面沉降等开展了监测分析。

 

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上海中美信托金融大厦项目

 

该项目位于上海市虹口区,基坑面积约10000m2,挖深10.10~19.35m,基坑北侧距离运营的地铁12号线区间隧道最近约10m。基坑工程总体采用分区顺作实施方案,采用地下连续墙结合3~4道支撑作为支护结构。为避免基坑抽降承压水对地铁隧道产生影响,采用RJP工法桩对地下连续墙槽段接缝进行封堵。RJP工法桩正式实施前,在基坑内部分区临时隔断墙位置开展了原位成桩试验,试桩设计桩径为2600mm,桩深约50.8m,桩身水泥掺量为750kg/m3,水灰比1.0。水泥浆液喷射压力为40MPa,切削水喷射压力为30MPa,水泥浆液流量160L/min。RJP工法桩施工期间和施工完成后,对邻近土体侧向位移、地面沉降进行了监测,如图3所示,测斜管深度为50m。

图4、图5分别为RJP工法桩施工期间(9月12日,总耗时约28h)及完成后(9月13日—16日)各测点土体侧向位移与地面沉降监测结果。可以看出,施工期间,由于超高压浆液、水和压缩空气的混合切削,原位土体受切削破坏,施工过程中土体受超高压浆液喷射扰动影响的规律不明显。施工完成后,由于原位土体受切削扰动,应力释放导致土体侧向位移最终朝向注浆桩体方向增加;随着桩身水泥土强度逐步提高,成桩后第3天侧移基本稳定;随着与桩体距离的增大,影响逐渐减小,距桩体2m处最大侧移约8mm,距桩体6m处最大侧移减小至2mm。地面沉降也随着与注浆桩体距离的增大逐渐减小,随着桩身水泥土强度提高趋于稳定,距桩体2m处最大沉降约12mm。

 

 

 

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上海黄浦区596地块项目

 

该项目位于上海市黄浦区,紧邻黄浦江,包含两个地块,基坑总面积约8000m2,挖深约17.15m。两地块之间为运营的地铁9号线区间隧道,围护体距隧道最近约8m。两地块基坑均采用分区顺作实施方案,采用地下连续墙结合4道支撑作为支护结构。为避免基坑抽降承压水对地铁隧道产生影响,采用RJP工法桩对承压含水层中地下连续墙槽段接缝进行封堵。RJP工法桩正式实施前,开展了原位成桩试验,试桩设计桩径为2400mm桩深约50m,桩身水泥掺量为720kg/m3,水灰比1.0。水泥浆液喷射压力为40MPa,切削水喷射压力为20MPa,水泥浆液流量为170L/min,高压水流量为50L/min。RJP工法桩施工完成后,即对邻近土体侧向位移进行了监测,如图6所示,测斜管深度为50m。

图7为RJP工法桩实施完成后各测点土体侧向位移监测结果。土体侧向位移总体朝向注浆桩体方向成桩结束后侧移仍有发展随着桩身水泥土强度的提高最终趋于稳定;随着距桩体距离增大,影响逐渐减小,距桩体3m处最大侧移约8mm,距桩体5m处最大侧移减小至4mm。

 

 

 

 

03

中国科举博物馆项目

 

该项目位于江苏南京夫子庙景区,基坑总面积约12000m2,挖深约20m。基坑东侧邻近地铁3号线区间隧道,围护体距隧道最近约10m。基坑总体采用分区逆作实施方案,采用地下连续墙结合4层结构梁板作为支护结构。为避免基坑抽降承压水对地铁隧道产生影响,采用RJP工法桩对邻地铁侧承压含水层中地下连续墙槽段接缝进行封堵。RJP工法桩正式实施前,在场地内部开展了非原位成桩试验,试桩设计桩径为2400mm,桩深约38m,桩身水泥掺量为720kg/m3,水灰比1.0。水泥浆液喷射压力为40MPa,切削水喷射压力为20MPa,水泥浆液流量为160L/min,高压水流量为70L/min。RJP工法桩施工完成后,即对邻近土体侧向位移进行了监测,如图8所示,测斜管深度为31m。

图9为RJP工法桩实施完成后各测点土体侧向位移监测结果。与上文试桩一和试桩二位移性状一致,成桩完成后,土体侧向位移总体朝向注浆桩体方向;成桩后第3天侧移发展基本稳定,与上试桩一发展性状一致;侧移随着与桩体距离的增大逐渐减小,距桩体2m处最大侧移约3mm,距桩体8m处最大侧移减小至1.5mm,因为该场地土体物理力学性质优于上文试桩一和试桩二场地,RJP工法桩施工引起的土体侧向位移总体上小于试桩一和试桩二的监测结果。

 

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施工环境影响分析与控制措施

上文3个项目RJP工法桩均是作为地下连续墙槽段接缝的隔水封堵体,均采用摆喷的方式形成扇形或半圆截面体,成桩场地均为软粘土和砂土地层。通过成桩后对邻近土体侧向位移和地面沉降的监测表明,RJP工法桩施工期间通过超高压水泥浆和超高压水切削土体,导致原位土体破坏,应力释放,进而引起邻近土体朝向注浆桩体方向发生侧向位移;土体最大侧移和沉降一般小于10mm,随着与桩体距离增大逐渐减小,主要平面影响范围为距桩体约6m左右的区域;场地地层条件较好时,施工影响相对小些。本文试桩均是全深度范围喷射成桩,实际工程中往往是针对某一深度的特殊土层作喷射加固,例如作为地下连续墙槽段接缝隔水封堵体,一般施工深度范围为承压含水层范围,如图10所示,此时对邻近环境的影响要小于全深度施工的情形。此外,RJP工法施工期间,同时喷射超高压水泥浆液、超高压水以及压缩空气,对土体的切削过程复杂,本文通过监测积累的数据有限,仅从宏观上对施工环境影响进行了分析,对于影响机理的研究尚需要结合更精细化的监测数据进行分析。

 

结合工程实践,对于环境保护要求更高的工程,RJP工法桩施工期间可通过如下技术措施进一步减小对周边环境影响:

(1)RJP工法桩施工对周边环境影响与地层条件关系密切,首先需根据工程经验并结合环境变形控制要求初步确定合理的施工参数。正式施工前应进行现场试成桩试验,对施工参数及保护措施进行验证和修正。在试成桩施工前布设土体测斜、地面沉降等监测点,以掌握成桩期间土体及环境变形规律,为确定合理的施工参数提供依据。

(2)RJP工法一般用于形成深层隔水帷幕或深部土体加固,对于形成全深度范围加固体,施工至地面下2~5m的桩段时,控制空气流量在1m3/min,同时结合环境监测情况,可将喷浆压力调低至30~35MPa,以减小对地表的影响。

(3)对于连续搭接成桩作业,可采用跳孔施工措施,避免连续性施工造成地内应力过大,例如可采取隔一跳三施工方法,并根据现场实际施工情况进行调整。

(4)RJP工法喷射注浆为自然返浆,施工期间须确保正常的自然返浆,出现不正常返浆时应立即停止施工,查明原因并采取针对性措施,避免返浆不畅导致地内压力过大。

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结  论

(1)超高压喷射注浆技术(RJP工法)成桩直径大(可达3000mm)、深度大(可达70m)、质量高,可用于深层隔水帷幕、地下连续墙槽段接缝封堵隔水、地基加固和复合挡土结构,为城市地下空间开发深层地下水控制、深层软基加固提供了一种有效的手段,在国内的应用将越来越广泛。

(2)通过软土地层RJP工法全深度成桩试验(桩径介于2400mm~2600mm,桩深介于38~50m,桩身截面为扇形)土体侧向位移和地面沉降的监测分析,RJP工法桩施工期间通过超高压水泥浆和超高压水切削土体,导致原位土体破坏,应力释放,引起邻近土体朝向注浆桩体方向发生侧向位移,并随着水泥土强度的提高趋于稳定;土体最大侧移和沉降一般小于10mm,随着与桩体距离增大逐渐减小,主要平面影响范围为距桩体6m左右的区域;场地地层条件较好时,施工影响相对小些。

(3)RJP工法桩施工对环境的影响不可避免,对于环境保护要求更高的工程,可通过成桩试验确定合理的施工参数、减小浅部喷射压力和流量、加大跳孔施工间距、确保自然排浆通畅等技术措施减小对周边环境影响。


来源:《地下空间与工程学报》 编辑整理:项 敏

 

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