RJP高压旋喷工法及其在日本的工程应用

第32卷增刊2岩土工程学报Vol.32Supp.22010年8月ChineseJournalofGeotechnicalEngineeringAug.2010RJP高压旋喷工法及其在日本的工程应用胡晓虎1，川田充2，中西康晴3，李进军4(1.上海铭商实业有限公司，上海200433；2.日本弗洛技术株式会社，福冈8120013；3.日本株式会社NIT，东京1500042；4.华东建筑设计研究院有限公司，上海200002)摘要：RJP高压旋喷工法是日本RJP协会研发的新型高压旋喷工法，具有经济性好、施工工期短、排泥量低和对周边环境影响小等特点。介绍了RJP高压旋喷工法的原理、工法特点和工艺参数的确定。结合日本地区的工程实践介绍了RJP高压旋喷工法的应用情况。目前，RJP高压旋喷工法已成功应用于日本740多个工程实例，表明了其工程应用的可行性和可靠性。关键词：低排泥；低位移；施工方法；可靠性；中图分类号：TU472.3文献标识码：A文章编号：1000–4548(2010)S2–0410–04作者简介：胡晓虎(1974–)，男，陕西西安人，总经理。E-mail:[e-mail]。ApplicationofjetgroutingpilemethodinJapanHUXiao-hu1,KAWATAMitsuru2,NAKANISHIYasuharu3,LIJin-jun4(1.ShanghaiM’sSummitCo.,Ltd.,Shanghai200433,China;2.FlowTechnologyCo.,Ltd.ofJapanFukuoka8120013,Japan;3.N.I.T.IncofJapan,Tokyo1500042,Japan;4.EastChinaArchitecturalDesign&ResearchInstitute,Co.,Ltd.,Shanghai200002,China)Abstract:TheRodinjetpilemethod(RJP)isanewlyhighpressurejetgroutingmethoddevelopedbyJapanRJPAssociation.Itisdescribedherein,includingtheworkprinciple,thepropertyoftheconstructionmethodandthedeterminationoftheconstructionparameters.Comparedwiththepreviousconstructionmethod,theRJPmethodhastheadvantagesofeconomy,shortconstructionperiod,lowsludgeandlowinfluenceonthesurroundingenvironments.TheRJPmethodhasbeenusedinmorethan740realcasesinJapan,whichshowsitsreliabilityandfeasibilityinimprovingthefoundation.Keywords:lowsludge;lowdisplacement;constructionmethod;reliability0引言地基加固加固技术原理主要包括压密脱水、挤密强化和固化。日本地基处理行业内已经开发了很多工法，但对既有建构筑物影响较小的主要有药液注入工法和搅拌混合工法。其中，搅拌混合工法是在原位置的软弱地基中喷出水泥或水泥系固化材料的硬化混合泥浆等，强制性的在地层中进行混合搅拌加固加固。可分为机械搅拌工法、旋喷搅拌工法、机械和旋喷并用的复合搅拌工法。关于各种加固工法的费用成本，按照费用从低到高排列，依次为机械搅拌工法、复合搅拌工法、药液注入工法、旋喷搅拌工法。但是，考虑到在闹市区以及需要向既有构造物进行施工，施工机械小型化的旋喷搅拌工法和药液注入工法更便利。而旋喷搅拌工法，由于可以适用于软黏土地层以及粉砂层，作为在既有建筑物的老化加固和抗震性的加强方面，除经济性较差外，是最好的选择。因此如何降低旋喷搅拌工法的成本是适应当前工程需要解决的重要课题。日本已开发了新型旋喷施工工艺：RJP高压旋喷工法（Rodinjetpilemethod）。分为3种系列：RJP工法、S-RJP（Speed）工法以及D-RJP（Diameter）工法。加固直径最大可达到3.5m，比传统工艺更具有明显经济优势。结合工程实例对RJP高压旋喷的原理和工法进行介绍。1RJP高压旋喷工法的原理1.1工法原理高压旋喷工法具备施工设备的小型化以及小口径钻杆等特点，一直以来都被作为在狭隘场所及既有构造物的地基加固的首选工艺。高压旋喷工法在钻杆的前端向水平方向喷射出压缩空气，同时用超高压喷射水和硬化材混合液。利用超高压喷射流能量来切削破坏需加固土层，用气升原理把废土排出的同时，在切削部用水泥与剩余原状土进行充分的混合搅拌形成均匀质量的固化加固体。───────收稿日期：2010–04–20增刊2胡晓虎，等.RJP高压旋喷工法及其在日本的工程应用411但是传统高压旋喷工艺中水泥用量约为需加固体体积的50%以上或更多，施工时间较长，且排泥量较多。因此，传统的高压旋喷搅拌工艺在地基加固工法中价格是最高的。RJP高压旋喷工法采用的三重管构造，高压水、压缩空气、超高压水泥流体采用3点独立喷射，和传统的工艺不同的是采用摩擦阻力极小的喷嘴使喷射损失率减小，并使地基切削能力提高了10%左右。另外，在上段和下段都配备了喷射口，和传统的大口径加固工艺相比总体效率上升了30%。如图1的喷射模式图所示。上段超高压水喷射的防护切削产生一定空间，在加固体造成时发生的排泥能更顺畅的排出并伴有内部压力释放效果。下段超高压硬化材喷射和空气喷射流可以进一步对加固土层可以有效的进行切削，来形成加固体。RJP高压旋喷工法比传统工艺相比能进行更高效更快速施工，经济且加固质量高。图1RJP高压旋喷工法的喷射模式Fig.1WorkingmodeofRJP1.2RJP高压旋喷工法特点（1）经费、工期的缩短RJP高压旋喷工法通过使用极小摩擦阻力的喷射头，独立的喷射搅拌原理，上段和下段分别安装喷射部3个方面的改进，能提高喷射搅拌效率并加快施工速度。和传统的空气水硬化材喷射工法（CJG工法）相比，最大能减少约40%的成本，缩短约60%的工期。（2）低排泥、低位移的实现由于旋喷搅拌效率的提高，针对加固体体积所投入的水和混合泥浆的总体注入量减少了20%～25%左右，从而减少了排泥量。同时也解决了传统旋喷搅拌工艺中水泥用量大于加固体积的50%以上的难题。另外，通过减少注入量操作使得对周边环境的扰动影响减小。RJP高压旋喷工法具有低排泥，低位移的两大优点，实现了对周边施工环境的保护。（3）合理化选择大直径的加固效果传统的旋喷搅拌工艺施工规格模式较单一。RJP高压旋喷工法拥有3种模式：例如N值≤30的砂性地基的加固径能造成Ф2.0～3.5m，可针对加固范围进行合理的配置以及变化，以提高经济性。除标准施工模式以外，也可对应复杂特殊地基等设计以及施工条件，可提供最适合的旋喷搅拌规格的施工工艺。1.3RJP高压旋喷工法的应用RJP高压旋喷工法应用范围广，可以适用于当前各种建构筑物的地基加固加固，根据不同的加固要求选择最合适加固直径。同时，也和传统工艺一样可以进行挡土墙的堵漏、底部加固和盾构始发井支护工程等领域内的地基加固。2RJP高压旋喷工法的工艺参数2.1工艺参数（1）标准施工参数RJP高压旋喷工法有RJP、S-RJP以及D-RJP3种类型。表1是根据RJP高压旋喷工法类别不同对施工加固体积的预测和标准施工参数。表1施工加固体积和标准施工参数Table1VolumeofRJPandcorrespondingconstructionmodeD.RJPS.RJPRJP施工加固体积V的目测/m3≥1000＜1000＜300压力/MPa404040上段喷射流切削水喷射量/(L·min-1)505050压力/MPa404030硬化材喷射量/(L·min-1)300200100压力/MPa1.051.051.05下段喷射流压缩气喷射量/(nm3·min-1)4.164.164.16（2）设计有效加固直径表2标准设计有效直径Table2Effectivediameterofstandarddesignation砂质地层的N值黏性土地层的黏着力c/(kN·m-3)类型施工加固体积V/m3造成时间/(min·m-1)N≤30N≤50N≤70C≤25C≤35C≤5042.52.32.12.52.21.973.02.82.63.02.62.2D.RJP≥100093.53.22.93.53.02.552.01.81.62.31.91.682.42.22.02.62.21.8S.RJP＜1000102.72.42.22.92.52.1RJP＜300101.3——1.6——设计有效加固直径D是通过加固对象的土层条件的施工参数来设定的。标准设计有效直径如表2所示。RJP高压旋喷工法加固直径确定的主要因素是加固地基的土层地质条件，只有正确的调查掌握加固对象土层的强度和物理特性，才可确定合理的的施工规412岩土工程学报2010年格。如对于砂层地基，需要得到标准贯入击数N值、砂砾级配等级。对于黏性土地基，需调查黏聚力、粗粒含有率、塑性系数、黏性指数等指标。另一方面，对加固体成形起到重要影响作用的是高压喷射力。高压喷射力主要取决于注入材料的质量、压力、注入量、加固喷射时间（回拔时间）、摆动速度、喷射孔数量、喷射压缩空气量等参数。设计有效直径时，需考虑到深度方向的施工精度20m深度以上每超10m即设定减少10cm。在加固场地的土层条件为以下情况时，需要进行现场试验确定加固体直径。黏性土的黏聚力c50kN/m3；土层的黏土占有比例35%以上；砾土类的砾石成份在30%以上；以及有机质土层条件。图2为设计高压旋喷桩的直径D和现场施工实施直径Фc对比，实施效果和设计直径基本一致。图2高压旋喷桩的设计直径与实施效果Fig.2DesigndiameterversusimplementingresultsofRJP对于加固直径的选择，必须考虑在加固范围内通过各种加固直径的有效组合，达到经济合理的布置。通过合理施工流程安排，尽最大可能避免重复加固以及未加固区域的形成。表格中内容只是根据加固体设计目标有效直径所制作的，实际施工操作中还需要根据各种地层的条件以及其他周边施工条件来设定加固体的喷射条件和施工规格。（3）设计强度RJP高压旋喷工法加固体的设计强度以及力学特性，可以参考基本设计如表3所示的推测来确定。关于设计强度，必须在详细设计前或正式施工前进行室内配比试验，以确保达到设计强度。在施工前可以通过室内配比实验的轴向抗压强度来确定。设计强度为轴向抗压强度去除考虑材料的安全率fm=1.5来确定定。在有机质土中的加固体设计强度必须采用室内配比试验决定。2.2排泥量的比较表4为砂质土N≦30的施工条件下，RJP高压旋喷工法与传统工艺的的注入率的比较。RJP高压旋喷的注入率β约为29%～40%，与传统工艺相比，相对于总注入量，排泥发生量可降低30%～70%。表3加固体强度的目标基准值Table3DesiredstrengthreferencevalueofRJP硬化材种类土质qu/(MN·m-2)c/(MN·m-2)f/(MN·m-2)At/(MN·m-2)E/(MN·m-2)RG1号砂土黏土2.01.01.00.51/5c1/2c400200RG2号砂土黏土1.00.50.50.251/5c1/2c200100表4RJP高压旋喷工法和传统工艺的注入率比较Table4ComparisonofinjectionratebetweenRJPandtraditionalmethod喷射量/(nm3·min-1)工法名称呼设计有效径d/m造成时间/(min·m-1)硬化