超高压喷射搅拌成桩工法水平封底隔断承压水的施工

王海俊 赵永强 杨 栓

1. 上海市基础工程集团有限公司 上海 200002；2. 上海城市非开挖建造工程技术研究中心 上海 200002

软土地区在深基坑工程开挖过程中，通常需要进行降承压水作业，以确保基坑安全。但是降水作业有可能造成周边环境的水位下降，引起附近建筑物沉降等负面影响，因此在环境保护等级较高的情况下，一般要求基坑围护体系能够在竖向上隔断承压水层，阻止基坑内外地下水的连通，从而避免坑内降水对周边环境造成影响。

然而在某些特殊工况下，现场条件导致围护体系无法彻底隔断承压水层，基坑开挖深度又要求必须进行降水作业时，基坑安全要求同周边环境保护要求之间就产生了矛盾，给现场施工带来困难[1-2]。

本文将针对上述情况介绍一种运用超高压喷射搅拌成桩工法（N-JET工法）水平隔断承压水的施工技术，为深基坑施工提供新的技术方案。

1 工程背景

上海市轨交14号线歇浦路站为地下3层岛式车站，位于浦东大道路与罗山路路口，沿浦东大道敷设，标准段开挖深度为22.43 m，端头井处开挖深度为24.23 m，围护结构采用地下连续墙围护，内支撑采用钢支撑和钢筋混凝土支撑。工程难点在于歇浦路站主体基坑位于杨浦大桥下方，具体位置如图1所示。

图1 工程总平面示意

歇浦路站主体中坑基坑保护等级为一级。根据相关资料和现场调查，主体中坑周边建筑物主要有9层祥和大厦、东北侧新建治超站、西北侧在建歇浦路站主变电站以及南北两侧的杨浦大桥引桥桩基础，均距离本工程基坑外侧边线在开挖深度2倍范围以内，周边环境要求较严格。

拟建场地分布有第⑦层砂质粉土、粉砂，第⑦层为上海地区第一承压水含水层，且与第⑨层上海地区第二承压水含水层连通。根据承压水分析，基坑开挖至22.43 m时覆土压力不满足抗突涌要求，须进行降承压水。由于本工程位于杨浦大桥下方，综合考虑环境限高及杨浦大桥基础保护因素，本工程地下连续墙深度取55 m，未能隔断承压水层。因此如进行坑内降水作业将造成坑外的地下水位下降，进而引起建筑物的沉降。

为保护周边环境，本工程采用N-JET工法在基坑内进行喷浆作业，在⑦2层位置形成1道水平隔水层，隔断⑦层同⑨层之间的承压水联系。

2 N-JET工法工艺简介

2.1 工作原理

N-JET工法是通过钻管（杆）连接特殊喷浆装置（钻头）全方位旋转或角度旋转、向上提升、变换提升等方法结合多喷嘴多角度喷射切削土体（水平喷射角度0°～360°、垂直喷射角度自由设定），通过水泥浆液的高压喷射切削土体，将切削土体与浆液混合搅拌，进行土体置换，凝固后可形成圆形、扇形、网格状圆形、网格状扇形的桩体形状。N-JET设备如图2所示。N-JET工法对周边扰动微小，特别是对复杂敏感地质成桩（墙）、止水帷幕及加固效果很好，是目前世界上能施工直径和深度最大的、最先进的旋喷工艺。

图2 N-JET设备示意

2.2 N-JET工法优势分析

1）成桩速度快、质量好、材料使用少；喷气、喷浆的结合及交叉喷射搅拌提高效率，从而缩短施工时间，使施工过程中水泥的使用量和排浆量减少。

2）成桩的多样性，加固的桩体形状有圆形、扇形、网格状、自由组合等类型。

3）经济性好，可适应各种复杂地质。施工时间、水泥使用量、排泥量的减少，使施工成本下降。

4）可实现大深度地基的改良，深度可达120 m，桩径大、质量好。

3 N-JET作业情况

3.1 成桩概况

本工程施工的N-JET封底止水桩桩径2 400 mm，间距1 400 mm，与地下连续墙搭接不小于800 mm，加固喷浆范围48～52 m（⑦2层），平面覆盖整个基坑内。基坑内有立柱桩时，为确保与立柱桩的搭接，桩周布置3根桩，N-JET工法桩与灌注桩间中心间距900 mm，整个基坑共施工N-JET工法桩703根。

3.2 技术参数

喷浆压力采用40 MPa±2 MPa，气压1.05～1.20 MPa，水泥掺量大于40%，水灰比1∶1，浆液流量115～130 L/min，气流量3～7 m3/min，提升速度25 mm/min，转速2～3 r/min。

3.3 工艺流程

3.3.1 引孔钻机就位

钻机就位后，对桩机进行调平、对中，调整桩机的垂直度，保证钻杆中心与桩位中心一致，偏差应在10 mm以内，钻孔垂直度误差小于0.4%；钻孔前应调试泥浆泵，使设备运转正常；校验钻杆长度，并用红油漆在钻塔旁标注深度线，确保孔底标高满足设计深度，引孔深度比设计深度略深50～100 cm。

3.3.2 引孔钻进

钻机施工前，在钻孔机械试运转正常后，开始引孔钻进。钻孔过程中要详细记录好钻杆节数，保证钻孔深度的准确，引孔过程中需加强泥浆护壁，在泥浆中加入适量膨润土，确保引孔结束后孔内无沉渣。

引孔采用直径为180～220 mm的钻头，考虑到本工程的施工深度达53 m，为确保喷浆杆顺利下放，本工程拟定引孔直径220 mm。为防止旋喷施工期间出现穿孔，引孔及旋喷喷浆时需有一定的间距，以间隔3～4个孔位施工为宜，或等邻桩达到原始土强度后（砂层一般1～2 d），再进行施工。

3.3.3 引孔垂直度的控制

引孔垂直度是控制旋喷桩偏差的关键，引孔必须满足垂直度偏差0.4%的要求，在保证桩径的情况下，最小垂直度要求不小于1/150。在引孔过程中需确保钻机水平状态及钻杆垂直，引孔采用导向钻头，经常检查钻杆垂直度。当钻杆垂直度偏差过大时，上提钻杆至垂直度较好部位开始扫孔，无法扫孔时需回填后重新引孔，并需对引孔的垂直度进行抽检。

3.3.4 喷射钻机就位下放钻杆

引孔至设计深度后，移除引孔钻机，将N-JET工法桩钻机就位对中，并调整水平度，逐节下放钻杆至设计标高。下放每节钻杆需检查钻杆的密封件是否完好，密封件有磨损的应及时更换。

3.3.5 喷射

钻杆下至设计标高后（喷嘴部位），开始喷浆，喷浆时采用超高压喷射，为保证桩底端的质量，喷嘴下沉到设计深度时，在原位置旋转60 s以上，待孔口冒浆正常后再开始旋喷提升。

3.3.6 旋喷提升

开启高压喷射泵后，由下向上旋喷，同时将泥浆清理排出。喷射时，先应达到预定的喷射压力，喷浆后再逐渐提升旋喷管，以防扭断旋喷管。钻杆的旋转和提升应连续进行，不得中断，钻机发生故障时应停止提升钻杆和旋转，以防断桩，并立即检修排除故障，为提高桩底端质量，在桩底部1.0 m范围内应适当增加喷射时间。

3.3.7 钻机移位

为确保桩顶标高及质量，喷嘴提升至桩顶标高以上100 mm后停止喷射，继续提升钻杆喷射浆液，浆液喷嘴提升到设计桩顶标高以上100 mm时停止旋喷，提升钻杆逐节拆除，清洗钻杆、注浆泵及输送管道，然后将钻机移位至下一孔。

3.4 验收情况

N-JET施工完成28 d后，按施工孔数的1%，并不小于5个点的要求，对N-JET桩进行了钻孔取芯，共取芯样8组。通过检查内部桩体的均匀程度及其抗渗能力，加固土体28 d无侧限抗压强度≥1.5 MPa。

4 基坑开挖数据分析

针对⑦层，经验算，基坑临界开挖标高为－11.74 m（第5道支撑以下即需开启降压井）。基坑内降压井于2019年11月29日开始运行，至12月17日共计开启1口降压井，降压井平均单井出水量约1.4 m3/h。基坑坑外针对⑦层共计布置4口水位观测井，降压期间实测各观测井最大水位降深为0.11～0.18 m。

通过分析本工程单井出水量及各坑外观测井最大水位降深数据，可证明坑内降水作业期间坑外水位未受影响。说明采用的N-JET水平封底效果明显，有效隔断了坑底以下承压水的水平向补给，使得坑外承压水几乎不受降水影响，对周边建筑物，特别是杨浦大桥起到了很好的保护。基坑施工完毕后监测数据显示基坑开挖对周边环境造成的影响有限，满足设计提出的保护条件。

5 结语

在现场条件限制导致围护体系无法彻底隔断承压水层，基坑开挖深度又要求必须进行降水作业的情况下，通过采用N-JET工法喷浆在基坑内形成一道水平封底，有效隔断了坑底以下承压水的水平向补给，使得坑内降水不再对坑外水位造成影响。该技术在深基坑工程周边环境的保护方面具有较高的应用价值，望能为相关工程提供借鉴。