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超深地下连续墙开挖前接缝预加固RJP工法桩应用与建议

超高压旋喷 2019年12月17日 项敏 451

超深地下连续墙开挖前接缝预加固RJP工法桩应用与建议

上海黄浦区596街坊商办用房工程

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摘  要

【摘要】城市中心地区车站周边环境复杂,车站主体围护为超深地下连续墙,地墙采用铣接头工艺,基坑开挖深度超过30 m,开挖风险大,对地墙接缝质量要求高。为减少基坑开挖风险,确保工程安全,对易出现渗漏的地下墙接缝,在开挖前采取预加强措施,采用对环境影响较小的RJP工法进行地下墙接缝进行预加强,通过实地试验总结一些超深地下连续墙围护结构在开挖前采用RJP工法对接缝预加固的施工经验和特点。

【关键词】超深地下连续墙;接缝预加固;RJP工法

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引  言

城市发展加快,在城市中心区域越来越多的基坑工程向着超深的方向发展,尤其在是市区中心区域内的轨道交通车站工程,基坑及围护深度不断增加,而施工场地也越来越局促,周边环境愈加复杂,环境保护等级逐步提高。因此,如何确保市区内复杂环境下的超深基坑安全顺利施工是现如今面临的一个突出问题。

在现有较为常用的施工技术中,地下连续墙结合内支撑体系已经成为城市中心超深基坑首选的围护结构,相较于其他围护体系有着刚度大,可靠性强的特点。然而,地下墙工艺始终存在槽幅先后施工的工艺特点,必然留有先后施工的接缝,该接缝处一直以来都是围护结构最薄弱的一环。

出于工程安全的考虑,尤其在城市中心地区施工场地条件制约较大的环境下,任何围护结构的渗漏都可能引起工程安全问题。因此,如何对地下墙接缝这个薄弱环节进行预先处理,以期达到提前加强、防患未然的效果,是城市中心超深基坑工程中一个值得思考的问题。

RJP工法(Rodin JET Pile Method)大直径高压喷射注浆法是日本RJP协会研发的高压喷射工法。RJP工法采用多重管的构造形式,以超高压喷射流体的功能,将土层的组织结构破环,被其破环了的土粒与浆液混合搅拌,凝固后便在地层中形成固结体。该工法近年来引进到国内,在上海、天津的一些轨道交通建设项目、涉及市政设施保护的房建项目中有所应用,其具有加固质量可靠、深度大、微扰动、经济实惠等特性。

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接缝预加固工法

RJP工法是将超高压喷射喷嘴和水泥浆喷射喷嘴向着同一个方向安装,设计成来回的喷射角度,由于喷射的时候成90度到360度角度范围,所以改良体完全可以喷射成扇柱状或圆柱状(见图1、图2)。

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RJP工法施工主机体积较小(见图3),在施工场所、施工条件有所限制时是一种拥有优越施工性且经济的施工方式。

超深地下连续墙开挖前接缝预加固RJP工法桩应用与建议

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RJP工法特点:

1)可实现垂直、倾斜施工。

2)可实现大深度地基的改良,最大深度达80m,桩径大质量好。

3)可随时改变旋喷参数来控制固结体的大小,加固直径及范围可以自由选择。

4)实现两次切削土体,确保土粒和浆液搅拌均匀。

5)具有气举反循环排浆的能力,能够有效释放地内压力,对环境影响小。


RJP工法的适用范围:

在黏质土壤、N值≤50的沙质土壤中均可以形成均匀有效的加固土体,在N值>50的情况下需要仔细考虑适用性,可以根据试验结果确认。

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工程实例

上海市中心某地铁车站,位于上海市黄埔区豫园核心区,主体基坑开挖深度超过33m,基坑保护等级为一级。围护结构采用1200mm厚地下连续墙。工程拟建场地位于地层沉积区与古河道沉积区交界区域,主要由黏性土、粉性土和砂土组成。

该工程车站周边环境极为复杂,存在以下特点。

1)拟建车站紧贴越江公路隧道,车站主体局部已与越江隧道共用围护体系,且该越江隧道在车站建设施工期间须保持正常运行。

2)拟建车站周边存有历史风貌保护区,保护建筑年代久远,对沉降反应极为敏感。

3)距离拟建车站不足15m处有一处古树群,地下水位变化对古树健康影响极大。

4)地处豫园核心景区,施工场地外往来游客络绎不绝,一旦工程出现抢险情况,社会影响面广泛。

结合上述情况,本工程在地下连续墙接缝处,设置与地下墙同深的RJP工法止水桩作为加强,从而减少地下接缝渗漏的风险。

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试桩

通过试桩验证RJP施工设备在该地层条件下的施工能力;验证成桩质量、水泥喷射均匀性、强度及隔水性能;确定施工参数。


3.1试桩参数

试桩参数根据工程需要和工程地质条件选定。本工程底层分布特征为:

1)上部约40 m深度范围内以黏性土为主,依次分布有11-1杂填土、21黏土、31淤泥质粉质黏土、32粉质黏土、4淤泥质黏土、51-1黏土、51-2粉质黏土、53-1粉质黏土、54粉质黏土;

2)下部为砂性土,依次为72-2粉砂(埋深约40~60 m)、9粉砂(深60 m以下,钻探100m未揭穿);

3)7层承压水与9层承压水之间缺失隔水土层,存在水力联系。

根据上述地质条件,暂定RJP试桩桩体目标直径为2 400 mm,选用P.O 42.5级普通硅酸盐水泥,水泥掺量≥720 kg/m3,水灰比1.0,垂直度偏差要求≤1/200;试桩数量为180o扇形1根、360o圆形1根,试桩桩长60 m,进入第7粉砂层。施工控制参数选定如表1、表2所示。

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试桩完成后28 d钻孔取芯测无侧限抗压强度标准值及桩体渗透系数,并通过钻芯取样判断成桩的有效直径。


3.2试桩过程环境监测

试桩过程对周边环境进行监测,验证RJP工法施工对周边环境的影响,监测内容包括土体深层水平位移、地表沉降监测。

监测点布置:1扇形桩背向喷射方向,在距离2、3、6 m处分别设置土体深层水平位移监测点和地表沉降监测点各一个;2圆形桩在距离2、3、6、10 m处分别设置土体深层水平位移监测点和地表沉降监测点各一个(见图4)。

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监测频率,试桩实施过程中每4 h采集一次数据,试桩完成后24h内每12h采集一次数据,试桩完成后24~72h内每24h采集一次数据。


3.3试验结果

1)成桩质量可靠。试桩完成28 d后取芯验证,试桩桩直径、成桩质量均达到预期施工效果,芯样28 d测得无侧限抗压强度黏土层超过1.2 MPa,砂土层超过1.4 MPa,桩体渗透系数达10-6~10-7 cm/sec。

2)土体扰动微小。试验期间监测发现桩体施工期间对周边环境影响极为微小,3m范围内引起的土体深层水平位移最大约6mm,地表沉降≤2 mm。6m范围以外引起的地表沉降和土体水平位移微乎其微(累计1mm左右)。

3)180度扇形摆喷成桩质量与360度圆形旋喷成桩

质量无明显差异,考虑经济性,作为地下墙接缝止水采用180度扇形摆喷即可满足需要。

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接缝止水RJP工法方案

4.1加固形式

国内地下墙接缝止水应用相对较少,常见的地下墙接缝止水多用高压旋喷桩、双高压旋喷桩,桩型布置为单桩或“品”字形3根桩组合,一般深度不超过30m。

因本工程地质条件特殊,需要在场地局促、周边微扰动的条件下对地下墙接缝进行加强处理,以达到严格控制坑外地下水水位变化的要求。因此选用65m深RJP工法止水桩止水,根据前期试桩成果,选用直径2400 mm的180度扇形桩布置,桩长同地下连续墙深度。单桩水泥掺量35%,28 d目标强度达到1.2 MPa,半圆形止水桩浆液喷射方向为朝向地墙,布置形式如图5所示。

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按照此加固形式,可在地墙接缝外侧形成宽度≥2.1 m,厚度为0.5m的加固体,如图6所示。

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4.2施工参数通过试桩确定案例工程地质条件下水泥掺量

为720 kg/m3,水灰比1.0,垂直度偏差要求≤1/200;其余参数与表1相同。

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实施效果

5.1开挖面墙体渗漏情况

与类似开挖深度的同类基坑相比较,因基坑开挖过程中围护结构不可避免的变形,多多少少都会存在地下墙接缝处渗漏的情况。本工程采用RJP工法进行接缝止水,地下墙接缝的止水效果显著提升,开挖过程中接缝基本无渗漏,如图7所示。

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5.2通过降水试验分析地下墙接缝渗漏情况

基坑内开挖面以上地下墙接缝渗漏情况可以通过肉眼直观地进行判断,对于开挖面以下的接缝则需要通过相应的降水试验方式进行理论分析。案例工程第7层、第9层承压水联通,围护结构为悬挂式围护,若在开挖面以下存在地下墙接缝渗漏,则在开挖过程中进行坑内减压降水时,地下水将通过接缝缺陷处发生水平补给,造成地下水扰流路径缩短,坑内外水力联系加大的情况。

一旦出现以上情况,则基坑内降压降水运行后,坑外水位的下降将大于理论分析数据,且呈现出不均匀下降的现象(有缺陷处坑外水位下降更大),故通过减压降水试验可以判断地下墙接缝在开挖面以下的渗漏情况。

案例工程采用RJP接缝止水后,通过坑内减压降水、坑外观测的方式进行试验,试验所得数据与理论计算结果基本一致;在悬挂式止水帷幕作用下,坑内最大降深幅度达到-8.56 m,坑外承压水水位影响甚微,最大水头波动-0.73 m(见图8),且坑外各处观测井水位波动无明显差异,表明接缝止水加固发挥了应有的作用。

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结  语

案例工程基坑开挖过程中,接缝基本无渗漏及湿迹现象,RJP止水桩对于地下墙接缝的加强取得了显著的效果。通过案例工程的实际运用,RJP工法用于地下墙接缝加强应当注意以下事项。

1)单根向地下墙接缝喷射形成的的半圆形RJP工法桩布置,从经济上优于全园型布置,且达到了预期的加强效果,是较为经济合理的一种接缝加强方案,RJP止水桩距离地下墙接缝的距离以500mm为宜。

2)RJP止水桩可以广泛用于黏性土、砂性土条件土体改良、地下墙接缝加强。

3)RJP工法对周边环境的影响比较小,3m范围内会一定程度上引起周边地表沉降,但沉降量≤10mm,6m范围以外几乎不会引起地表沉降和土体水平位移。

4)采用RJP工法应当注意工艺参数的选择,建议通过试桩来确定,施工期间应注重对周边环境的监测。

文章
来源

来源:《工程质量》

编辑整理:项 敏

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原文始发于微信公众号(上海重远建设工程有限公司):超深地下连续墙开挖前接缝预加固RJP工法桩应用与建议