大直径超高压喷射注浆N-Jet工法桩技术研究及实施_王理想.pdf

202212Building Construction2844大直径超高压喷射注浆N-Jet工法桩技术研究及实施王理想1 朱士传2 卢秀丽1 于顺利11.上海市基础工程集团有限公司 上海 200433；2.浙江鼎业基础工程有限公司 上海 201601摘要：结合工程实际，对大直径超高压喷射注浆N-Jet工法桩进行了研究，通过对施工流程、材料与浆液制备、预成孔、工程监测等的有效控制，提高了成桩质量和止水效果，可以有效解决地下空间开发所带来的深层地下水控制安全问题，为相关工程项目提供有益借鉴。关键词：大直径；超高压喷射注浆；N-Jet工法桩；监测孔法中图分类号：TU753 文献标志码：A 文章编号：1004-1001(2022)12-2844-05 DOI：10.14144/ki.jzsg.2022.12.010Research and Implementation of N-Jet Construction Pile Technology with Large Diameter and Ultra High Pressure Jet GroutingWANG Lixiang1 ZHU Shichuan2 LU Xiuli1 YU Shunli11.Shanghai Foundation Engineering Group Co.,Ltd.,Shanghai 200433,China;2.Zhejiang Dingye Foundation Engineering Co.,Ltd.,Shanghai 201601,ChinaAbstract:Combined with the engineering practice,the N-Jet construction pile of large diameter and ultra high pressure jet grouting is studied.Through the effective control of the construction process,material and slurry preparation,preformed hole,engineering monitoring,etc.,the pile quality and water stop effect are improved,which can effectively solve the safety problems of deep groundwater control caused by the development of underground space,and provide useful reference for related engineering projects.Keywords:large diameter;ultra high pressure jet grouting;N-Jet construction pile;monitoring hole method是通过引孔、下钻杆，再提升钻杆自下而上喷浆作业，区别之处在于3种工法的钻杆以及喷嘴的构造不尽相同，导致它们的喷浆模式、排泥模式以及达到的施工工效也不相同。MJS工法和RJP工法目前适用于砂土及黏性土地层，而N-Jet不仅在砂土及黏性土中适用，同样可以应用在卵石层中；MJS工法目前成桩直径最大4.2 m，RJP工法最大成桩直径3 m，而N-Jet工法的最大成桩直径达10 m；MJS工法和RJP工法的成桩深度最深70 m，而N-Jet的成桩深度最深115 m。3种工法的对比见表1。表1 N-Jet、MJS、RJP三种工法的比较名称N-Jet工法MJS工法RJP工法RJP型SGY型桩径/m最大直径10最大直径4.2最大直径3最大直径1.6深度/m最大深度达115最大深度70最大深度70最大深度50喷射压力（泥浆）/MPa452402402530泥浆流量/（L/min）160600（905）（1305）1601907080喷嘴数量（喷浆）27喷嘴单喷嘴上部单喷嘴喷水，下部单喷嘴喷浆适合地层砂土、黏性土、卵石等砂土、黏性土砂土、黏性土近年来，随着城市地下空间开发向着大规模、大深度方向发展，以上海为例，目前地下空间规模已超过7 000万 m2，并以每年约600万 m2的速度增长，基坑开挖深度已达60 m，大规模城市地下工程如高层建筑地下室、地下商场、地下停车场、地下变电站、大型排水及污水处理系统等得到快速发展。与此同时，在一系列规模庞大、复杂度大、难度高的地下工程实践过程中，对于基坑围护、地基处理等技术而言，也面临着许多亟待解决的重难点，如隔断承压水、提高垂直度、扩大成桩直径、保护环境等。超高压喷射注浆技术1一直是地基处理中应用较多且效果较好的一类方法，目前广泛应用在基坑工程的隔水帷幕、地下连续墙槽段接缝止水、地基加固、隧道进出洞洞口加固等，有的还可与劲性芯材结合用作基坑围护结构等。近年来广受关注的有3种超高压喷射注浆技术：MJS全方位高压喷射注浆技术2，RJP超高压喷射注浆技术3，以及本文重点介绍的N-Jet超高压喷射注浆N-Jet工法桩技术。这3种工法的施工原理基本相似，都作者简介：王理想（1984），男，本科，高级工程师。通信地址：上海市民星路231号（200433）。电子邮箱：收稿日期：2022-10-21地基基础FOUNDATION BED&FOUNDATION建筑施工第44卷第12期2845本文将结合现场试验数据，介绍大直径超高压喷射注浆N-Jet工法桩的技术原理及施工技术要点，总结经验，以期促进以N-Jet工法为代表的可持续发展新技术的深入发展和应用。1 N-Jet技术原理大直径超高压喷射注浆N-Jet工法桩采用具有前端喷射注浆装置的专用设备，通过多个可变角度的喷嘴喷射出包裹着主动空气的超高压浆液切削土体，并与土体均匀拌和形成加固体，可形成圆形、扇形、十字形等形状。大直径超高压喷射注浆N-Jet工法桩的特点是成桩速度快，喷射土体搅拌均匀、质量好、工效高且节能环保，对周边环境影响小，施工设备净空低。N-Jet工法桩设备如图1所示，喷射原理如图2所示，因其具有可变角度的喷嘴，所以在卵石层中也可应用。图1 N-Jet工法桩设备泥土液回收N-JET超高压管喷射杆N-JET超高压喷射注浆法设计构筑直径（1.85.0 m）钻孔深度超高压注浆法构筑长度超深1 m埋深长度构筑直径扩大切削主动空气（0.92 MPa）主动空气（0.92 MPa）超高压喷射硬化剂超高压喷射硬化剂超高压喷射硬化剂超高压喷射硬化剂图2 N-Jet工法桩喷射原理上述提到大直径超高压喷射注浆N-Jet工法桩最大成桩直径为10 m，最大成桩深度为115 m，在同类型喷射注浆技术中已算佼佼者，分析总结得出以下4点原因：1）喷射压力大，最大喷浆压力为45 MPa2 MPa。相比较而言，MJS工法的浆液喷射压力为40 MPa2 MPa，而RJP的浆液喷射压力不大于40 MPa，在浆液喷射压力中，哪怕是高出1 MPa的压力，喷射出的浆液切削力也是不容小觑的。2）喷浆孔较大，喷浆流量大。超高压喷射注浆工法的钻杆虽然都是多重管，但是其中管道的尺寸大小均不一样。N-Jet、MJS、RJP三种工法的钻杆外径分别为140、142、142 mm，而N-Jet钻杆断面最大的孔为喷浆孔，喷浆孔径为40 mm，MJS最大的孔则是排泥孔，喷浆孔径越大，N-Jet工法施工时的浆液流量也越大，最大浆液流量达 600 L/min。3）喷嘴数量多，可以27个喷嘴自由组合。N-Jet工法桩的前端喷射装置中包含了多个可变角度的高压浆液喷嘴和主动空气喷嘴，具有喷射超高压浆液的功能。喷射时，由喷射出的主动空气包裹着高压浆液同时喷射切削搅拌土体，喷嘴越多，能量越大，效率越高，成桩直径也越大。4）喷射路径长，射能大。高压水泥浆从顶部沿高压水泥浆管一路奔流至喷浆嘴喷射而出时，在钻杆内，会有一段加速路径，加速路径延长，使得喷嘴喷射出的高压浆液射能增大，切削力增大，射程更远，成桩直径也更大。2 N-Jet施工技术控制要点2.1 施工流程大直径超高压喷射注浆N-Jet工法桩的施工流程：施工准备预成孔轴线偏差检测分节拼装钻杆、前端喷射注浆装置至设计标高浆液制备预喷射提升、喷射注浆成桩分段拆钻杆至注浆完成。在环境敏感区域尚应进行地内压力及环境监测，若不满足地内压力控制要求，则需进行地内压力调控。2.2 材料与浆液制备材料和浆液制备是施工过程中的重要环节，应根据要求配制相应的膨润土浆液和水泥浆液，不同用途和场景的N-Jet工法桩，需要的浆液配比也不相同。膨润土浆液选用细度不应小于300目的钠基复合膨润土配制，泥浆配合比（水膨润土质量比）为201101。膨润土泥浆的性能指标为：黏度2535 s，浆液相对密度1.031.10，pH为79。水泥掺量应根据地层条件和桩身强度要求确定，水泥浆液的制备采用42.5及以上等级的普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥拌制。成桩深度不大于30 m时，单桩水泥掺量不宜小于35%；成桩深度为3050 m时，单桩水泥掺量不宜小于40%；成桩深度为5080 m时，单桩水泥掺量不宜小于45%；成桩深度大于80 m时，单桩水泥掺量不宜小于50%。水泥浆液水胶比的性能指标宜为1.01.3，浆液相对密度的性能指标宜为1.41.5。王理想、朱士传、卢秀丽、于顺利:大直径超高压喷射注浆N-Jet工法桩技术研究及实施202212Building Construction2846王理想、朱士传、卢秀丽、于顺利:大直径超高压喷射注浆N-Jet工法桩技术研究及实施2.3 预成孔大直径超高压喷射注浆N-Jet工法桩施工前需要采用引孔设备进行预成孔。引孔设备及成孔工艺需根据土层条件、成孔深度、成孔轴线偏差等要求确定。预成孔定位偏差不宜大于20 mm，预成孔超过设计桩底标高的深度不宜小于1 m，预成孔直径宜为180 300 mm。成孔轴线的允许偏差，当成桩深度小于30 m时，轴线偏差为1/100；当成桩深度为3060 m时，轴线偏差为1/200；当成桩深度大于60 m时，轴线偏差为1/300。大直径超高压喷射注浆N-Jet工法桩钻机可以通过在前端喷射注浆装置上配置切削刃，使其具备自行引孔的能力。当需要倾斜成桩，且倾斜成桩角度超过10时，宜采用超高压喷射注浆N-Jet工法桩钻机自行引孔，倾斜成桩时应采取措施保证钻机的稳定性。带切削刃的前端喷射装置如图3所示。削孔水喷嘴切削刃超高压浆液喷嘴主动空气喷嘴图3 带切削刃的前端喷射装置2.4 喷射注浆成桩2.4.1 前端喷射装置喷射注浆大直径超高压喷射注浆N-Jet工法桩可配置多个喷嘴，且每个喷嘴可以设置不同的角度，可以进行27个喷嘴的自由组合。N-Jet工法桩的前端喷射装置包含多个可变角度的高压浆液喷嘴和主动空气喷嘴，在面对不同地层条件时，可以选用不同的喷射角度和喷嘴数量。如在卵石、漂石层，可采用倾斜喷射，喷嘴个数建议24个；在黏性土层，可采用水平与倾斜结合喷射，喷嘴个数建议27个；在砂性土、砂土、砾（碎）石层，可采用水平喷射，喷嘴个数建议37个。喷嘴数量越多，喷射能力越强，喷射效率也越高。喷射注浆时，采取由下而上步进提升的方式进行喷射，在标贯击数N30的硬土层中施工时，需在桩底1 m范围内采用膨润土泥浆进行先导喷射，喷射完成后重新将前端喷射注浆装置下放至设计标高，并切换为水泥浆液进行喷射注浆；全圆喷射时步进提升距离为25100 mm，扇形喷射时步进提升距离为50200 mm，每步进提升距离内旋转次数不少于2次；成桩完成时的喷射位置要高于设计标高，前端喷射注浆装置提升到设计桩顶标高以上100 mm时，方可停止喷射。喷射注浆施工中，正常拆卸钻杆后恢复喷浆时的搭接长度不小于50 mm。出现中断施工超过2 h，恢复施工时，搭接长度不小于500 mm。在卵石层中喷射注浆成桩施工应采用向上及向下对称布置；在桩底范围原位喷射时间为810 min；在卵石层中喷射注浆完成后，对地下水