N-JET 工法桩在超深基坑封底加固施工中的应用
由 项敏 13818186389 撰写
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▍摘 要
摘要：承压水控制一直是深基坑施工中的难点，目前，对于深基坑的承压水的隔断工艺较为简单，主要以高成本的地下连续墙为主。为探究N-JET工法桩在基坑封底加固中应用的可行性和可靠性，文章以上海轨道交通市域线机场联络线2#风井工程为案例，介绍了N-JET技术及其在深基坑工程中的应用情况，系统总结了N-JET的设计方案、施工重难点和应对措施。研究表明，地墙及封底加固共同形成的止水体系整体对邻近铁路深基坑起到了较好的封闭效果，减小了坑内降水对沪昆高铁路基的影响，验证了N-JET工法桩在邻营深基坑施工的可行性。关键词：承压水控制；超深基坑；N-JET；封底加固；邻营施工近年来，城市施工中周边建筑、道路、管线等环境复杂的超大超深基坑不断增多，承压水控制一直是基坑施工中的重难点。邻营中高铁的深基坑承压水控制单纯靠以往的常规方法，已无法满足铁路邻营施工对路基沉降的安全要求，为满足邻营施工需要，设计采用了超高压旋喷工法（N-JET)。目前关于承压水控制的研究有很多，杜红波在杭州地铁城站深基坑中，采用连续墙作为止水帷幕隔断承压水的处理方法，取得了很好的预期效果。很多研究人员通过增加地下连续墙的方法来提高承压水的隔断效果，虽然取得了很好的工程应用效果，但是地下连续墙造价较高，不利于工程的经济效益。面对这一问题，众多承压水的控制方法应运而生，如王卫东等提出的TRD工法，张磊等提出的超深三轴搅拌桩以及张永杰等提出的超深高压旋喷桩法。除此之外，很多学者还研究了大直径高压旋喷桩方法来进行承压水控制，如RJP工法和MJS工法等。上海轨道交通市域线机场联络线工程2#风井采用了N-JET工法。依托该工程，文章总结了运用N-JET工法的施工准备、流程等，最终通过降水试验，验证了N-JET工法桩在邻营深基坑工程中应用的可行性。上海机场联络线2#风井位于七宝站至华泾站区间，为盾构接收井兼中间风井。2#风井基坑长30.4 m，宽25.4 m，深30.218 m，围护结构采用64 m地下连续墙。2#风井坑内地下连续墙底部采用φ3500@2200N-JET工法桩进行封底处理，垂直方向加固范围为-58.5~-52.5 m，加固深度为63 m，加固厚度为6 m，搭接长度为1.3 m。设计在地下连续墙设封底加固隔水层，在封底层施工完成后通过地下连续墙预留的压浆管对地下连续墙与封底层的接缝处进行压浆处理，使地下连续墙与封底加固隔水层共同形成密闭的整体，结合坑内封闭式降水，以减少基坑内降水对沪昆高铁路基的影响。沪昆高铁并行段基坑采用封底隔断承压水，增加墙底注浆方案以提高搭接效果，坑内设观测井兼作备用降压井，坑外设观测井兼做应急回灌井。据地勘资料显示场地⑦1、⑦2层存在承压水，该工程采用N-JET工法桩大直径旋喷桩隔断，拟建于2#风井基坑下方的第⑦2层承压水层。为达到止水隔断要求，该工程采用的N-JET工法桩，设计直径为3 500 mm，中心间距为2 200 mm，N-JET工法桩的水泥掺入量应在施工前根据地层类型进行掺入量的强度及其他参数的成桩试验，且不宜＜40%，水泥等级≥P·O42.5普通硅酸盐水泥，经加固的土体应有很好的均质性、自立性，成桩垂直度误差≤1/300，其中28 d无侧限抗压强度≥1.2 MPa，渗透系数≤10-7 cm/s。垂直方向加固范围为-58.5~-52.5 m（绝对标高），加固深度为63 m，厚度为6 m，加固地层位于地连墙底上部1 m处，设计总量共计174根。此次N-JET工法桩施工在正式开始前应进行现场原位试桩试验，以确保N-JET工法的成桩效果。试验地点为在基坑南侧相同地层进行2根非原位试桩，2根桩按照图纸间距咬合方式，一字型施工。根据设计要求，结合上海本地类似地层施工经验，参考1#井N-JET试桩水泥用量10.4 t/m，进行2根试桩，采用不同参数施工，施工完成待28 d后根据取芯结果确定一套稳定的施工参数用于该工程施工。通过N-JET工法桩取芯检测结果可知，取芯孔2的所有芯样抗压强度均能满足设计要求（≥1.2 MPa)，取芯孔1与取芯孔3的芯样抗压强度合格率为88.9%；抗渗强度方面，3个取芯孔试件均能满足要求，故得出最适宜施工参数为试验桩2。试验桩取芯孔位平面图如图1所示。
2#风井N-JET工法桩采用4台桩机在不同位置同步施工，先完成地连墙内边半圆排桩施工，然后再进行坑内整圆桩施工，采用“先周边、后中间、跳桩”顺序隔3桩跳桩施工，根据现场N-JET工法桩施工情况，及时优化施工顺序，以确保坑角、坑边的加固效果。N-JET工法桩主要施工工艺可分为五步：引孔、下喷浆杆、喷浆、形成桩体、完成清洗。根据施工流程，N-JET工法的具体施工方法如图2所示。
降水设计，坑外设排水沟，防止雨水和地面水倒灌。设计在地下连续墙底设N-JET隔水层，使地下连续墙与N-JET隔水层共同形成密闭的整体，结合坑内封闭式降水以减少对周边环境的影响。▍3 超深基坑N-JET工法桩封底加固施工重难点及应对措施（1）成孔垂直精度高，根据设计要求，该工程大直径旋喷桩要求成孔垂直精度≤1/300，超过常规标准1/100，成孔难度非常大。应对措施：引孔前确保钻机停置平稳水平，钻孔前复测钻杆垂直度，钻进过程中确保垂直处于垂直状态，随时检测钻杆垂直度，当出现微小偏差时及时纠偏，成孔钻头采用双导向引孔钻头，确保成孔垂直度＜1/300；对有障碍物区域采用1~2 m筒钻取芯钻进，确保成孔垂直度；施工前采用水平尺控制钻机水平，施工过程中采用垂直度检测仪对成孔的垂直度进行100%的抽检，检测频率为在钻至孔深的1/2处检测一次，钻至孔底标高后检测一次。（2）工法桩直径大、深度深。N-JET工法桩最大深度达63 m，成桩直径要求3.5 m，喷射地层土质的硬度较大，最小在33击，最大在65击左右，平均达50.5击，地层N值的变化对喷射形成的桩径有一定影响。应对措施：考虑地层N值的不确定因素，试桩施工时充分考虑N值的影响，喷射直径的参数取值考虑N值在80击左右，确保超大喷射有效直径达到3.5 m。（3）回填建筑垃圾层较厚，引孔难度大，2#风井地表下方为6~9 m厚的建筑垃圾。含较多碎石、杂填土等大块硬杂质，采用常规引孔施工难度大，极易造成孔斜及塌孔。应对措施：对地下障碍物较多时，引孔采用取芯钻引孔至原始土层后再采用常规钻头继续钻进；碰到松散的回填土层极易塌孔时，采用跟管钻机引孔，跟管的护壁套管采用219 mm钢套管，穿越回填土层后更换180 mm钻头继续钻进引孔，钢套管待N-JET工法桩施工完成后拔除，当障碍物较多时采用冲击跟管引孔，确保引孔垂直度。（4）大直径喷射注浆工法回浆技术难度大。应对措施：考虑大深度喷射注浆工法回浆难度大，在喷射过程中增设回浆适配器，分段增强排浆能力，确保排浆顺畅。▍4 超深基坑N-JET工法桩封底加固施工结果分析2#风井174根N-JET工法桩自2020年11月15日开始第一根桩施工至2021年1月15日最后一根桩喷浆结束，历时62 d，平均施工进度为2.8根/d。174根桩引孔桩位偏差为5~16 mm，满足设计要求（≤50 mm)；垂直度偏差为0.11%～0.33%，满足设计要求≤1/300(0.33%)；喷浆水泥用量为49.52~61.07 t，满足试验桩45%水泥掺量时设计水泥注入量要求。N-JET工法桩封底后仍可能存在一定的承压水渗流，为检验基坑封底的质量，同时掌握在基坑开挖施工时掌握准确的地下水水位信息，降水正式运行前，布置降压备用井和观测井，通过现场降水试验检验实际降水效果与设计要求的偏差。降压井所用水泵为功率5.5 kW、额定出水量25 m3/h的QJ型潜水泵，水泵下深至43~45 m。采用降水井Y1~Y2（井深48 m，滤管位置为32~47 m）作为抽水井，开启Y-1、Y-2持续抽水20 h，在此期间坑内观测井水位从13 m降至33 m（水位降深20 m)，坑外观测井GW-2水位随时间变化从5.63 m降到5.77 m（水位降深0.14 m)。基坑内外观测井水位降沉之差较大，表明N-JET工法桩止水帷幕具有较好的止水效果。文章依托上海轨道交通市域线机场联络线工程（西段）JCXSG-2标工程，系统介绍了承压水控制中的N-JET工法桩及原位试桩试验，通过分析，得到以下结论：(1)N-JET工法桩超高压旋喷工法具有喷射土体搅拌均匀、成桩质量好、成孔垂直精度高等特点。（2）原位试桩试验证明成桩完整性效果良好，抗压强度、抗渗能力均能满足设计要求。(3)N-JET工法桩地质适应性强，适用于超大直径大深度的快速加固、大深度基坑底的深层止水加固。（4）综合抽水试验，坑内水位在满足安全水位控制要求的情况下，现阶段坑外各观测井整体下降量较小。说明在未开挖的情况下，地墙及封底加固共同形成的止水体系整体对邻近铁路深基坑起到了较好的封闭效果，减少了坑内降水对沪昆高铁路基的影响。版权归原作者所有，仅作传播分享知识所用。
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