1、第32卷 增刊2 岩 土 工 程 学 报 Vol.32 Supp.2 2010年 8月 Chinese Journal of Geotechnical Engine ering Aug. 2010 RJP 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
2、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: water_hum-。 Application of jet grouting pile method in Jap
3、an HU Xiao-hu1, KAWATA Mitsuru2, NAKANISHI Yasuharu3, LI Jin-jun4(1. Shanghai Ms Summit Co., Ltd., Shanghai 200433, China; 2. Flow Technology Co., Ltd. of Japan Fukuoka 8120013, Japan; 3. N.I.T. Inc of Japan, Tokyo 1500042, Japan; 4. East China Architectural Design low displacement; construction met
4、hod; 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
5、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（ Rodin jet pile method） 。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 3.5 m，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。 1 RJP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
6、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
7、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1 RJP 高压旋喷工法的喷射模式 Fig. 1
8、Working mode of RJP 1.2 RJP 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
9、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 2.0 3.5 m，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。 1.3 RJP 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
10、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。 2 RJP 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-RJP 3 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 Table 1 Volume of RJP and corresponding construction mode D.RJP S.RJP RJP施工加固体积 V 的目测 /m31000 1000 300压力 /MPa 40 40 40上段喷射流 切
11、削水喷射量 /(Lmin-1) 50 50 50压力 /MPa 40 40 30硬化材喷射量 /(Lmin-1) 300 200 100压力 /MPa 1.05 1.05 1.05下段喷射流压缩气喷射量 /(nm3min-1) 4.16 4.16 4.16（ 2）设计有效加固直径 表2 标准设计有效直径 Table 2 Effective diameter of standard designation 砂质地层 的 N 值 黏性土地层的黏着力 c/(kNm-3) 类型施工加固体积V/m3造成时间/(minm-1)N30 N50 N70 C25 C35 C504 2.5 2.3 2.1 2.5
12、 2.2 1.97 3.0 2.8 2.6 3.0 2.6 2.2D.RJP 10009 3.5 3.2 2.9 3.5 3.0 2.55 2.0 1.8 1.6 2.3 1.9 1.68 2.4 2.2 2.0 2.6 2.2 1.8S.RJP 100010 2.7 2.4 2.2 2.9 2.5 2.1RJP 300 10 1.3 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
13、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20 m 深度以上每超 10 m 即设定减少 10 cm。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 c50 kN/ m3；土层的黏土占有比例 35%以上；砾土类的砾石成份在 30
14、%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 c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. 2 Design diameter versus implementing results of RJP 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
15、 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 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
16、准值 Table 3 Desired strength reference value of RJP 硬化材种类土质qu/ (MNm-2)c/ (MNm-2) f/ (MNm-2) At/ (MNm-2)E/ (MNm-2)RG1号砂土黏土2.0 1.0 1.0 0.5 1/5c 1/2c 400 200 RG2号砂土黏土1.0 0.5 0.5 0.25 1/5c 1/2c 200 100 表4 RJP 高压旋喷工法和传统工艺的注入率比较 Table 4 Comparison of injection rate between RJP and traditional method 喷射量/(n
17、m3min-1)工法名 称呼设计有效径 d/m造成时间/(minm-1) 硬化材 切削水注入率/%D.RJP 3.5 9 300 50 32.7S.RJP 2.5 4 300 50 28.5RJP工法低排泥低位移工法RJP 2.0 5 200 50 39.8A 3.5 15 300 50 54.6大口径旋喷搅拌工法B 3.5 12 400 49.9空气硬化材 1.6 30 60 89.5传统工艺空气水硬化材 2.0 16 1800 70 127.33 标准施工法 RJP 高压旋喷工法的施工工法如下：首先构筑工作面，然后将钻杆中心位置与预定施工的加固体中心位置对齐并固定于 RJP 工法机上。在钻
18、杆周围留出存积排泥的空间，喷射削孔水的同时进行削孔，削孔结束后，运转超高压泵，达到下段喷射水泥所需的压力进行空转。 当达到水泥喷射所需的超高压以及流量后，开始进行摆喷工作。加固体成型结束后，用起重机吊起三重管钻杆完成作业。 标准的加固体造成施工顺序如图 3 所示。加固体成型的标准工作周期如图 4 所示。 4 工程案例 4.1 工程概况 日本京都高速道路 1 号线的伏见区高速道路入口鸭东线连接通道以明挖形式进行施工，最大开挖深度达到 20.5 m，周边为民宅密集区域。 增刊 2 胡晓虎，等 . RJP 高压旋喷工法及其在日本的工程应用 413 鸭东线连接通道位于东山群峰的稻荷山山脚，地层构成上部
19、为低位段丘堆积层，下部为大阪层群，属于砂性土、砂砾土、黏性土等的复合地基层。场地地下水位较高，浅层砂性土层的连续性很好，但是下部的黏性土层比较薄且连续性非常差。 图3 加固体成型的施工顺序概念图 Fig. 3 Construction process of forming of RJP 图4 加固体成型的标准工作周期 Fig. 4 Standard work cycle of RJP 4.2 方案选型 本工程围护结构采用拉森钢板桩，基坑开挖过程中需进行地下水的控制。可选择的方案包括明降水的深井工法、采用加深钢板桩切断地下水和坑内基底加固隔断等。 采用明降水的深井工法，长期降水会导致土层下沉以及
20、居民饮用水源的地下水位降低。如采取深井工法与回灌工法的并用，由于场地土层的渗透系数达到了 1.92 10-2，无法控制基坑降水对于周边环境的影响。同时由于下层黏性土层连续性较差，采用加深钢板桩切断地下水的方法也不可行。因此选用坑内基底加固的方式隔断坑内外的地下水。 坑内加固的方案可以采用药品注入工法和 S-RJP高压旋喷工法进行地基加固。但从经济性、施工操作可行性、安全性等角度考虑，最终采用 S-RJP 高压旋喷工法进行基底加固。考虑到 S-RJP 高压旋喷工法钻杆的回拔提升速度与地质情况等因素，设计桩径为2400 mm。 4.3 实施效果 图 5 为本工程现场施工的照片。施工完成后，在基坑正
21、式开挖前， 进行了加固效果的检验和强度测试。供进行 6 处现场取样，分别进行了加固体直径检验和强度测试。 （ a）邻近建筑物施工布置 （ b） 施工机械 图5 RJP 高压旋喷工法现场施工 Fig. 5 Construction of RJP 图6 加固直径开挖检验 Fig. 6 Forming state of RJP 图 6 为加固直径的开挖检验现场照片，加固体成型良好，单轴抗压强度都满足设计强度值 3.0 Nmm-2（砂性土） 。基坑开挖至基底，未发现渗漏水现象，采用 RJP 高压旋喷工法进行坑内加固获良好隔水效果。 5 结 语 日本 RJP 协会研发的新型高压旋喷工法 RJP 高压旋喷
22、工法具有经济性好、施工工期段、排泥量低和对周边环境影响小等特点。对 RJP 高压旋喷工法的原理、工法特点和工艺参数的确定进行描述，并结合日本工程实践介绍了 RJP 高压旋喷工法的实际应用情况。目前， RJP 高压旋喷工法已在日本国内成功应用于超过 740 多个工程实例中，工程的成功应用验证了RJP 高压旋喷工法在地基加固中的可靠性和可行性，具有较高的推广应用价值。 参考文献： 1 RJP 协会 . RJP 工法技术资料 . (Association of RJP. Technology of RJPR. (in Japanese) 2 旋喷搅拌工法的高速施工技术 J. 日本基础工杂志 , 2009. (Construction technology of swing-inject methodJ. Journal of Foundation, 2009. (in Janpanese)
