RJP工法及其工程应用

作者：李星

单位：上海广大基础工程有限公司

摘要：RJP工法由于其具有成桩直径大、可以形成任意扇形加固体及设备占地面积小等优点, 目前在地下连续墙接缝止水、新增隔水帷幕和地基加固等方面已有较多应用。详细总结了RJP工法在工程实践中的不同应用形式, 证实RJP工法能够满足工程项目抗渗性能及抗压性能的要求, 具有广泛的应用前景。

关键词：基坑 RJP工法止水帷幕地基加固施工技术

作者简介：李星, 高级工程师, 国家一级注册建造师, E-mail:lixing160@163.com;

0 引言

随着地铁、隧道、建筑深基坑等地下工程的不断发展, 超深地下连续墙得到广泛应用, 但地下连续墙接缝止水问题日益突出, 如何确保紧贴地下连续墙的新增隔水帷幕的施工质量?常规高压旋喷桩由于受桩径、垂直度、施工深度及对周边环境影响较大等方面限制, 已不能满足工程要求。在深基坑坑底加固、地下连续墙接缝止水或加深、新增止水帷幕和周边环境保护要求高等方面迫切需要新工艺来满足工程要求^[1,2,3,4,5]。本文通过总结RJP工法在地下连续墙接缝止水、新增隔水帷幕等方面的应用形式, 为后续工程提供参考、借鉴。

1 RJP工法简介

1.1 工艺原理

RJP工法主要是利用上段超高压水与压缩空气喷射流体先行切削土体;再利用下段超高压浆液与压缩空气喷射流体扩大切削土体, 使浆液与土体混合搅拌, 形成大直径桩体^[6,7]。RJP工法加固原理如图1所示。

1.2 工艺特点

1) 可构筑大直径且品质均一的圆柱形桩体, 成桩直径2.0～3.0m, 最大可达3.5m。

2) 可形成扇柱状桩体, 转动角度90°～360°, 可根据设计要求做成任意形状。

图1 RJP工法原理

Fig.1 The principle of RJP method

3) 设备占地面积小, 可在场地受限的区域施工。

4) 可以紧贴建 (构) 筑物、基坑临边进行施工。

5) 主机具备引孔和成桩双重功能。

6) 自动化参数设置管理, 有效提升施工质量。

2 适用范围

RJP工法主要适用于深基坑地下连续墙接缝止水或已有隔水帷幕加深或新增隔水帷幕, 还可用于深基坑裙边、坑底加固或深坑支护与加固、场地受限区域 (高架、高压线) 的基坑支护等。

3 工程实践

3.1 上海黄浦区596街坊商办用房项目

3.1.1 工程概况

本工程位于上海市黄浦区, 东至外马路, 西至中山南路, 南至复兴东路, 北至东门路, 主要由3栋15～16层的独立高层建筑组成。

场地内地基土主要由黏性土、粉性土和砂性土构成。潜水埋深一般为地表下0.30～1.50m, 由于浅部以粉性土为主, 渗透性较强, 场地东侧为黄浦江, 地下水水位受黄浦江潮水位影响较大。

3.1.2 设计概况

基坑采用“两墙合一”地下连续墙作为围护体, 在地下连续墙接缝处设置1根摆喷角度150°且直径为2 400mm的RJP工法桩进行接缝止水 (见图2) , 桩底标高约-48.000m, 桩顶标高-24.500m, 有效桩长为23.5m, 朝地下连续墙方向喷射, 中心偏离地下连续墙600mm (见图3) 。

图2 RJP工法剖面

Fig.2 Profile of RJP method

图3 RJP工法应用样式

Fig.3 The applied styles of RJP method

3.1.3 应用效果

现场正式施工前进行了RJP工法成桩试验, 并监测成桩过程中深层土体的位移情况, 监测点布设如图4所示。

图4 监测点平面位置

Fig.4 Plan location of monitoring points

监测结果如下。

1) 距离成桩位置5m的深层土体水平位移在垂直方向上呈递减趋势, 深度-1～-10m范围的土体水平位移最大为8.49mm, -41～-49m范围的最大位移为0.87mm。

2) 距离成桩位置8m的深层土体水平位移在 -15～-20m范围的最大位移为4.38mm, -41～-49m范围的最大位移为0.79mm (见图5) 。

图5 T₂, T₃土体水平位移

Fig.5 Horizontal displacement of T₂, T₃soil mass

基坑开挖过程中未出现渗漏问题, RJP工法接缝止水质量达到预期效果, 施工过程中对周边环境的影响也在控制要求内。

3.2 苏州中南中心项目

3.2.1 工程概况

本工程毗邻东方之门和苏州中心, 场地北侧为苏州市轨道交通1号线区间隧道, 项目由1幢137 层塔楼 (高729m) 及8 层商业裙楼组成, 下设5层地下室 (北侧为2层地下室) , 基坑开挖深度约为32.4m, 裙楼区域普遍开挖深度为27.7m。

3.2.2 设计概况

基坑周边围护采用“两墙合一”地下连续墙, 在地下连续墙接缝处设置1根定角度150°、直径为 2 200mm的RIP工法桩进行接缝止水 (见图6) , 面向地下连续墙方向喷射, 中心偏离地下连续墙外侧550mm (见图7) , 有效桩长50m。

图6 RJP工法剖面

Fig.6 Profile of RJP method

图7 地下连续墙接缝处理形式

Fig.7 The joint treatment of diaphragm wall

图8 监测点布置情况

Fig.8 Layout of monitoring points

3.2.3 应用效果

正式施工前, 现场先行施工3根试桩, 并布置了深层土体水平监测点及地表沉降监测点 (见图8) 。

监测结果如下:①距离RJP工法桩9m和14m监测点的深层土体水平位移为1.8～3.9mm (见表1) ;②地面沉降在1.2mm以内 (见表2) 。

表1 深层土体水平位移监测数据

Table 1 Monitoring results of the horizontal displacement mm

位置	第1天累计变化量	第2天累计变化量	第3天累计变化量	第4天累计变化量	第5天累计变化量
S3-1	0.0	1.0	1.3	1.6	1.8
S3-2	0.7	1.5	2.1	2.2	2.7
S3-3	0.7	1.1	1.8	3.3	2.7
S3-4	1.2	2.1	3.1	3.8	3.3
S3-5	0.4	2.1	3.5	2.9	3.5
S4-1	0.2	0.6	1.1	1.9	2.4
S4-2	0.2	1.0	1.5	2.5	2.0
S4-3	0.2	1.6	2.4	2.9	3.9
S4-4	0.4	2.6	3.8	3.1	3.4
S4-5	0.6	1.6	2.1	2.0	3.2

表2 地表沉降监测数据

Table 2 Monitoring results of surface settlement mm

位置	第1天累计变化量	第2天累计变化量	第3天累计变化量	第4天累计变化量	第5天累计变化量
DB1	0.46	0.75	0.99	0.86	1.15
DB2	0.29	0.87	0.79	0.78	1.20
DB3	0.16	0.48	0.82	0.68	0.87
DB4	0.09	0.72	0.96	1.06	1.20

通过对试桩完成后的监测数据进行分析, 并根据试桩的结果相应调整施工中的技术参数, 施工过程中对周边环境的影响达到预期的控制效果, 且基坑开挖过程中未出现地下连续墙接缝渗水情况。

3.3 中美信托金融大厦项目

3.3.1 工程概况

本工程位于上海市虹口区苏州河北岸, 周边道路下均有市政地下管线, 场地北侧为在建地铁12号线。项目由15层和24层办公楼以及5层裙房等组成, 下设地下车库3层, 开挖深度约13.5m。

对本工程有影响的承压水主要分布于⑦砂质粉土夹粉质黏土层中。根据上海地区的区域资料, 承压水埋深一般在3～12m, 低于潜水水位, 并呈周期性变化。

3.3.2 设计概况

基坑围护结构采用“两墙合一”地下连续墙, 裙楼及塔楼区域采用1 000mm厚地下连续墙, 临近地铁隧道侧采用800mm厚地下连续墙, 在地下连续墙接缝处采用定角度180°、直径2 600mm RJP工法桩进行接缝止水 (见图9, 10) 。

图9 接缝止水处理形式

Fig.9 Treatment of joint water stop

图10 RJP工法接缝止水剖面

Fig.10 Profile of joint water stop for RJP method

由于东侧地下连续墙施工期间遇到大量障碍物, 地下连续墙底部素混凝土隔水段无法施工至设计标高, 为减小基坑降水对地铁隧道的影响, 该侧采用直径2 600mm全圆RJP工法桩作为隔水措施 (见图11) 。

图11 RJP工法加深止水帷幕

Fig.11 Detailed waterproof curtain for RJP method

3.3.3 应用效果

正式施工前, 现场试成桩2根, 其中一根为全圆、一根为半圆, 分别在半圆和全圆桩外侧2, 3, 6, 10m设置监测点 (见图12) , 监测试桩过程中周边地表沉降及深层土体水平位移。

图12 监测点布置

Fig.12 Layout of monitoring points

监测结果如下。

1) RJP工法半圆桩周边2, 3m累计沉降量 (4d) 分别为-11.8, -8.3mm (见图13a) ;全圆桩周边2, 3m累计沉降量 (4d) 分别为-5.37, -6.74mm (见图13b) 。

图13 RJP工法桩地表沉降

Fig.13 The surface settlement for the pile with RJP method

2) 距离桩位6, 10m沉降量基本在1mm左右, 距离桩位越远的地方沉降量越小。RJP工法施工过程中能减小对周边环境的影响。

3) 距离成桩 (半圆) 位置2m处的土体位移为0.2～7.98mm (面向成桩方向为正) , 3m处为0.12～6.08mm, 6m处为-2.18～0.81mm。

4) 距离成桩 (全圆) 位置2m的土体位移为 -2.51～6.42mm (面向成桩方向为正) , 3m处为 -2.62～5.15mm, 6m处为-0.08～1.47mm, 10m处为-0.35～1.10mm。

基坑在开挖及降水过程中未发现地下水位异常问题, 目前基坑已顺利开挖。

3.4 天津地铁5号线凌宾路站

3.4.1 工程概况

凌宾路站主体结构长153.6m, 标准段宽37.6m, 端头井加宽段宽39.8m, 车站标准段基坑开挖深度约16.9m, 端头井基坑开挖深度约19.3m。基坑周边管线复杂, 其中, 供电管线埋深2.05m, ϕ1 000输配水管埋深1.42m, ϕ800输配水管埋深1.5m, ϕ400中压燃气管埋深1.1m。

场地水文地质情况:地层中包含1层潜水含水层和2层承压含水层, 其中⑧₂粉土、⑨₂粉土为第1承压含水层, (11) ₂粉土、 (11) ₄粉砂为第2承压含水层。

3.4.2 设计概况

车站原围护结构采用800mm厚地下连续墙, 墙深约31m, 已隔断第1承压含水层。基坑开挖前降水试验结果显示基坑内外承压水头异常。通过降水试验分析, 基坑范围内16m潜水至 (11) ₂层之间存在明显的水力联系, 特别是⑧₂, ⑨₂, (11) ₁, (11) ₂层之间的水力联系较强, 分布较厚的⑩₁, (11) ₁粉质黏土相对隔水层不能起到有效隔水作用, 导致原围护地下连续墙深度未能有效隔断该层承压水, 为确保后续基坑施工与周边环境安全, 对围护结构采取增长止水帷幕措施。

在充分利用原有围护地下连续墙的基础上, 采用RJP工法作为新增止水帷幕。RJP工法桩直径≥2 000mm, 采用定角度180°, 搭接500mm, 成桩中心距离地下连续墙外侧500mm, 向地下连续墙方向喷射成桩, 考虑到原地下连续墙已将⑨₂粉土层隔断, RJP工法止水帷幕与地下连续墙底部搭接2.0m (见图14) 。止水帷幕平面布置如图15所示。