超深大直徑 N-Jet 工法樁加固質量研究

馬 仕（上海市基礎工程集團有限公司， 上海 200001）

上海地區土壤多為軟土，地下水豐富，就導致該地區的深基坑施工經常遇到承壓水突涌和降水引起的基坑變形問題[1]。承壓水控制一直是基坑施工中的重難點。在城市中心施工時，周圍環境復雜，降壓和封底往往難以滿足要求，出于安全性考慮，更多采用隔斷方案來控制承壓水[2]。采用超高壓噴射攪拌成樁/墻工法（N-Jet 工法），成樁深度深，噴射直徑大，成樁形狀多樣，適應性以及經濟性都十分優秀[3-4]。但是其加固效果與加固的深度、噴射半徑的相關性研究目前國內較少。

因此，本文以上海市某基坑工程為例，研究了 N-Jet 工法施工后加固體強度與加固深度、加固半徑之間的關系。

1 工程運用及研究

1.1 工程概況

本研究依托工程項目為上海城市中心某基坑工程。基坑內凈總長約 110 m，凈寬約 28 m，基坑采用明挖順作法施工，圍護結構為 1.2 m 厚十字鋼板接頭地下連續墻。工程周邊環境極其復雜，有眾多重點保護對象。

本工程為典型上海地層分布。由于距離黃浦江較近，故局部存在江灘土。勘探深度范圍內地下水主要為賦存于淺部土層中的潛水、第 ⑦ 及第 ⑨ 層中的承壓水，且第 ⑦ 及第 ⑨ 層承壓水相互連通。施工期間地下水靜止水位埋深一般為 0.80～1.40 m（相應標高為 3.33～2.58 m）。第 ⑦ 層承壓水水位埋深為 5.29 m（相應標高約 －1.11 m）。

具體地質情況詳見表 1。

表1 場地地質情況表

1.2 設計概況

本工程周邊環境極其敏感，環境保護要求高，基坑開挖期間降承壓水可能對周邊環境產生嚴重影響。因此，在周邊存在敏感建筑物的情況下，設計在基坑圍護墻外側設置了大直徑 N-Jet 工法樁作為地下連續墻止水帷幕的延伸段，同時對地下連續墻可能存在的滲漏進行了加強，形成一道止水帷幕。

基坑圍護結構為 1.2 m 厚地下連續墻，地下連續墻深 52 m，接頭為十字鋼板形式，外側設 60 m 深 N-Jet 工法樁作為基坑外圍止水帷幕，樁半徑 3200 mm，間距 2280 mm，設計強度為 1.2 MPa。樁的設計參數見表2。

表2 計參數表 單位：m

1.3 工程實施與采樣

本工程N-Jet工法樁施工參數見表 3。

表3 施工參數表

對 N-Jet 工法樁抗壓強度的獲取方法主要為加固區域內的取芯試驗，在對應工法樁 N-Jet高壓噴射注漿結束后 28 d 進行試驗[5]。在已施工好的固結體中鉆芯后，將其做成標準試件進行室內物理力學性能試驗。

本次試驗選取 5 根等直徑的工法樁分別取出相同半徑位置處（偏離中心 100 mm 處）對應的 20、30、40、50、60 m 深的樣品進行試驗，通過線性回歸分析得出樁身質量與深度的關系。

選取一根工法樁分別取 20、40、60 m，偏離中心 0.1、0.4、0.8、1.2、1.6 m 處樣品進行實驗，通過分析數據得到取樣半徑與樁身質量之間的關系。

1.4 結果與分析

1.4.1 加固強度隨深度變化

本次試驗對于本工程現場實施的 N-Jet 工法樁進行原位鉆芯取樣檢測。

加固土體芯樣抗壓強度隨深度的變化見表 4。

表4 取芯強度隨深度變化情況表 單位：MPa

根據所得數據分析，在本工程地質條件情況下，每根 N-Jet 加固樁的同一特定半徑位置取芯，測量所對應不同深度加固土體的抗壓強度，隨著加固深度的增加，N-Jet 工法樁對土體的加固強度有所減弱，但不同深度加固體均能滿足設計要求的 1.2 MPa 強度要求。

在第 ⑦ 及第 ⑨ 層土層中，加固體強度明顯小于黏土土層中的效果。主要原因可能是由于第 ⑦ 及第 ⑨ 層以粉砂為主，土層含水率高且水泥漿擴散速度較黏土層快，導致水泥漿在粉砂中含量有所下降，但仍能滿足設計加固強度要求。

1.4.2 加固強度隨半徑變化

在幾個特定深度條件下，加固體取芯芯樣抗壓強度隨取芯半徑的變化見表 5。

表5 取芯強度隨半徑變化情況表 單位：MPa

以上數據可以明顯看出，加固體的加固強度隨著距離樁中心半徑的增加而有所降低。在 58.5 m深度、距離樁心 1.6 m 位置處加固體強度最低，為 1.21 MPa，但仍可以滿足設計強度要求。

2 綜合分析及數據擬合

綜合 N-Jet 成樁參數以及取芯位置、強度的數據分析可知，本工程采用直徑 3.2 m 的 N-Jet 旋噴樁進行 60 m 深加固，在全部深度及半徑范圍內均可以達到設計強度要求。

且經過比較發現，特定深度下，成樁質量與成樁半徑的線性方程回歸效果較好，R2 值與F值都較高，且方程結構簡潔明晰，故在不同取樣深度可采用特定的線性函數來描述加固半徑與加固強度間的關系。加固半徑與加固強度函數關系如表 6 所示。

表6 加固半徑與加固強度函數關系表

通過以上方程，可以用于選擇不同加固深度以及加固強度要求下，N-Jet 可以達到的有效加固直徑的確定。

3 結語

（1）N-Jet 工法樁成樁的加固土抗壓、強度隨著旋噴的深度加深，強度有所下降，但在 60 m深所有范圍內，加固強度均可以滿足設計強度要求。

（2）在第 ⑦ 及第 ⑨ 層土層中，加固體強度明顯小于黏土土層中的效果。主要原因可能是由于第 ⑦ 及第 ⑨ 層含水率高且水泥漿擴散速度較黏土層快，導致水泥漿在粉砂中含量有所下降，但仍能達到設計加固強度要求的 1.2 MP。

（3）N-Jet 工法樁成樁的加固土抗壓強度隨著半徑的增加，強度有所下降，不同深度情況下，加固體的有效加固半徑不同。

（4）不同深度條件下，N-Jet 工法樁成樁的加固土強度與半徑存在線性關系，可以根據工程試樁取芯得出數據，計算出線性方程，確定 N-Jet 使用的實際有效加固單樁直徑范圍。