RJP超高压旋喷桩加固在泥水盾构切桩中的应用

（中铁隧道集团二处有限公司，河北 廊坊 065201）

1 工程概况

南昌市轨道交通2 号线一期工程土建施工04 合同段包含两站三区间、一处中间风井和一个桩基托换，其中红谷中大道站至阳明公园站区间（以下简称红阳区间）需要通过南昌市八一大桥南引桥桥桩，其中涉及该桥的C 匝道、F 匝道。C 匝道的桥梁上部结构类型为多跨钢筋混凝土两箱连续梁，桥面宽度约11m。F 匝道的桥梁上部结构类型多跨钢筋混凝土单箱连续梁，桥面宽度约7m。其中，共有编号为F5、F7-1、F8、F9、C15、C17-2、C18 的7 根桩基侵入隧道（图1），所有受影响桩基经桩基托换后采用∅6 300mm 泥水盾构直接切削桩基通过。

依据《南昌市轨道交通2 号线一期工程[二标]红谷中大道站-阳明公园站区间岩土工程勘察报告》地质剖面图（图2）显示，南昌八一大桥F9桩位置处隧道顶部覆土深度为18.02m，自上而下依次为5.7m 素填土层、2.5m 粉质黏土层、3.1m细沙层、3.7m 圆砾层、3.0m 卵石层、2.5m 中风化泥质粉砂岩层、7.5m 中风化泥质粉砂岩层，地下水位线位于地面以下5.6m。其中，隧道开挖范围顶部有30cm 卵石层。

图1 桩基与线路位置示意图

图2 F9桩基处地址剖面图

根据地质勘察单位出具的资料显示，施工影响范围内浅层地下水属上层滞水、孔隙性潜水、微承压水，主要赋存于浅表填土及砂土、砾砂、圆砾中；深部基岩裂隙水，主要散布于第三系新余群泥质粉砂岩、砂砾岩内；孔隙潜水主要赋存于浅表填土以及第四系上更新统冲积层的砂砾石层中；孔隙微承压水主要赋存于第四系上更新统冲积层的砂砾石层中，承压水水头高度为2.50～5.20m；基岩裂隙水主要赋存于场地第三系新余群泥质粉砂岩、砂砾岩岩层的裂隙中，主要受上部第四系松散层中的孔隙水或微承压水的补给。

2 加固必要性及加固范围

2.1 加固必要性

根据地质勘察资料显示：盾构穿越F8、F9 桩基时，盾构刀盘顶部区域主要为卵石层，部分位于强风化泥质粉砂岩中，其自稳能力较差，透水性强。在盾构切桩过程，掘进速度慢，切削过程将加大地层扰动，极有可能引起地层损失、地面坍塌继而引起桥梁变形等重大风险。另外，盾构直接切削直径1 200m钻孔桩，桩基钢筋易缠绕在刀盘面板上，引起刀盘扭矩增大，无法继续掘进，需带压进仓对刀盘刀具进行清理。切削后的螺纹钢受力崩断后长度范围为30～100cm，易汇集在泥浆门处，造成仓门堵塞，需采取泥浆反压进行处置，容易造成顶部砂层超挖。故保证盾构过桩基安全，桩基托换F8、F9 区域采取桩径2m，间距1.2m 的RJP 工法桩加固。

2.2 加固范围

为确保F8、F9 桩基地层加固能满足后续盾构切桩及开仓条件，根据盾构及桩基尺寸加固数据统计如表1 所示。F9 位置处加固示意见图3。

表1 地层加固数据统计

1）F8 桩基加固区域高度为隧道断面顶部3.8m 至强风化以下1m，宽度为隧道边线两侧各2m，长度沿盾构掘进方向，由托换“门”字梁边线位置起向大里程方向加固5.6m。

图3 F9桩基位置处加固示意图

2）F9 桩基加固区域高度为隧道断面顶部4.2m 至强风化以下1m，宽度为隧道边线两侧各2m，长度为沿盾构掘进方向，切削桩基前2.5m与切削桩基后3.5m 之间。

3 RJP工法原理

图4 RJP工法原理图

图5 RJP钻杆构造

如图4、图5 所示，RJP 高压喷射注浆工法的基本原理和其余高压喷射注浆原理基本一样，均利用超高压流体的功能，毁坏土体原状组织结构，被其毁坏了的土体颗粒与喷射固话材料搅拌混合，混合体凝结后即在土体中形成具有一定强度的固化体。但RJP 超高压喷射注浆工法加固地层的机理与常规不同，主要是利用重复切削毁坏原状地层，第一次切削利用超高压水和压缩空气组成的混合喷射体，第二次切削利用超高压固结材料浆液和压缩空气组成的混合喷射体在第一次切削毁坏地层的基础上对土体进行第二次切削，这样便增加了切削的深度，增大了固化体的直径。

RJP 超高压喷射注浆工法与传统施工工法相对比，具有施工效率更加高效快速的优势，且加固体质量得到了提高。

4 施工工艺流程

4.1 施工准备

施工前，测量人员进行粗略放样，对施工区域进行场地平整，要求场地能满足机械周转，场地坚实，并统一规划泥浆池。

4.2 桩位放样

桩位放样前在施工区域内布设两个或两个以上控制点，建立控制网。全站仪利用已布设的控制点建立坐标系进行桩位放样，并在现场做好标记，以“以十字交叉法”引到四周并坐好护桩。

4.3 钻孔

根据现场已放设的桩位，将钻机移到桩位中心位置，确定钻机与桩位中心点位一致后，检查桩机的平稳性和垂直度，然后进行开机钻进，钻进的同时保持喷嘴低压出水防止喷嘴堵塞，待钻孔至设计深度后，开始拌浆。

4.4 旋喷施工

4.4.1 线路连接

将后配套系统各设备的电源线、数据线以及各类管线进行有效连接，水泥浆管和水管的连接确保密封良好。

4.4.2 检查设备

详细检查包括主机、高压泵、空气压缩机、水泥浆拌制与存放系统在内的所有投入设备的工作情况，确保各工作设备均可以正常使用。设备检查完毕后将主机在孔位处就位，机架平稳放置后进行校零处理。

4.4.3 检查钻杆

钻杆采用标准长度钻杆，每节长度3m。将钻杆与钻头紧密连接，连接时，注意检查连接处密封垫圈，若密封垫圈存在缺失或损坏则及时更换，避免钻杆间发生漏水漏浆或漏气现象。

4.4.4 设定参数

钻头到达预定深度后，开始试将高压水泵切削土体，并进行试喷试验，待高压水水泵及高压浆液参数达到设计参数后，开始调节钻杆旋喷转速及钻杆提速，一切正常后，开始提升旋喷施工。设定好各项施工参数，开始对被切桩基影响范围内的地层进行加固，其中，钻头提升速度、旋转速度等施工工艺参数可在RJP 主机控制面板上直接设定。RJP 施工参数如下。

水泥浆压力 38～40MPa

清水压力 20MPa

压缩空气压力 0.7MPa

流量 126L/min

提升速度 4cm/min

转速 4～5 转/min

水灰比 1∶1

水泥掺量 40%

直径 2m

间距 1.2m

4.4.5 压力控制

水泥浆压力通过泥浆泵转速控制，通过转速控制压力逐步增加至设计压力，确认压力达到正常压力后控制钻杆提升。施工过程中随时检查压力情况，当压力发生突变时及时查明原因。

4.4.6 拆除钻杆

当喷嘴提升长度满足一根钻杆长度（2.5m）后将钻杆内水泥浆全部替换为清水，准备拆除出地面钻杆。替换水泥浆过程中观察压力表显示数值，当压力下降时，证明已全部替换完成，关闭主机及各后配套设备，切断钻杆与各管路连接，拆除一节钻杆。

4.4.7 清洗保养钻杆

上一节钻杆拆除完成后，将各管路与剩余钻杆再次有效连接，注意检查密封垫圈情况，若损坏则更换，连接完成后继续喷浆加固。钻杆拆除后，对被拆卸钻杆用清水进行清洗并保养，不得大力敲击，以免影响再次使用时的垂直度。

重复以上步骤，直到施工结束。

4.5 管路清洗

1）任一孔位施工完成后，立即用清水将钻杆及各管路进行彻底冲洗，保养主机及施工用泵。防止残余浆液在管内凝固影响下次使用或因管路堵塞对施工人员产生伤害。

2）施工过程中若发生故障，首先将管路内压力降至为“0”后才能拆除，严禁带压拆卸管路。

5 实施效果

1）各桩桩间搭接处为加固区的薄弱位置，F8、F9 桩基范围内加固完成后在加固薄弱处取芯检测，共取芯3 根，28 天无侧限抗压强度分别为2.2MPa、2.3MPa、2.2MPa，均大于设计要求强度1MPa，满足设计要求。

2）泥水盾构切桩过程中，附近地表沉降仅为2mm；切桩完成后组织人员带压进仓对掌子面进行了检查，检查结果表明，经RJP 超高压旋喷注浆加固后，改良地层稳定可靠。

南昌地铁2 号线首次在江西省采用旋喷直径2m 的超高压旋喷桩（RJP）进行地基加固，且加固效果均匀良好，保证了泥水盾构成功穿越南昌八一大桥引桥桩基，为此类工程及相关工程提供了重要的工程依据。