超深双轮铣深层搅拌墙在软土地基中的应用

CSM工法应用案例

超深双轮铣深层搅拌墙在软土地基中的应用

卢雄波

摘要

摘要：上海浦东新区前滩区域某工程施工中需隔断承压水，因此设计了深49.5 m的双轮铣深层搅拌（CSM）工法墙作为止水帷幕，该工程为上海市首例深度超40m的CSM工法墙，故在施工全过程中采取了严格的监控和多项技术措施。分析了CSM工法应用的难点，并对施工工艺及质量控制要点进行了总结，以期为类似工程提供借鉴。

关键词：CSM止水帷幕；施工工艺；质量管控要点；问题及应对措施

工程概况

1.1 项目总体概况

背景项目位于上海市浦东新区前滩区域，东邻东育路、西接前茂路、南至高青西路、北至海阳西路
；本工程场地四周为市政道路，北侧与西侧紧邻在建工地，距离上海轨交11号线最近距离为124 m。基坑施工影响范围内的市政管线位于市政道路下（图1）。

本项目用地面积15 819 m2，总建筑面积137 987.54 m2，其中地上建筑面积99 073 m2，地下建筑面积38 914 m2。子项建筑为5栋，1#楼和2#楼为高126 m超高层住宅、3#楼为高76 m办公楼、4#楼为3层附属商业、3层地下室为车库和设备用房。

1.2 水文地质条件

1.2.1工程地质条件

根据地勘资料，项目所处场地地层分布从上至下依次为：①素填土、②粉质黏土、③淤泥质粉质黏土夹薄层粉砂、④淤泥质黏土、⑤2砂质粉土、⑦灰色粉砂、⑧灰色粉质黏土、⑨粉砂。

1.2.2地下水

对本工程基坑施工有影响的地下水为：

1）浅部土层中的潜水，水位埋深0.90～2.55 m。

2）赋存于⑤2层及⑦层的承压水，水头埋深为5.16～5.38 m。

1.3 基坑围护设计概况

基坑挖深14.95 m，局部落深19.50 m，施工采用顺作法，围护形式为：CSM工法墙止水帷幕＋钻孔灌注桩排桩＋3道钢筋混凝土水平支撑。

CSM工法墙设计参数为：墙深49.5 m，墙厚0.8 m，周长476.61 m，两搅两喷成墙，单幅墙长2.8 m，两幅墙之间搭接0.4 m，墙体垂直度偏差不超过1/400，墙体中心线偏差不得大于50 mm。采用P.O 42.5水泥，水泥掺量18%，水灰比1.5，无侧限抗压强度不小于0.8 MPa。为减小基坑施工对周边土体的扰动，成墙采用隔一施一方式。

CSM工法应用的难点

1）本区域大开发，多个项目同时施工，为减少对周边环境的影响，政府主管部门要求必须“按需降水，减少抽水量”。

2）本场地⑤2和⑦层承压水联通，采用“隔断式”止水帷幕，CSM水泥土搅拌墙要插入⑧层不透水层，所以CSM水泥土搅拌墙深达49.5 m，为上海市首例超过40 m的CSM水泥土搅拌墙，没有施工经验可以借鉴。

施工工艺

3.1 CSM工法工艺流程

场地清理→安装调试、检测→开沟铺板→移机就位→铣削搅拌下沉→提升喷浆搅拌成墙→移动设备施工下槽段

3.2 施工参数

下沉速度：深度在25 m以内0.6 m/min；大于25 m时0.35 m/min。提升速度：0.65 m/min。采用P.O 42.5水泥，水泥掺量18%；水灰比1.5；提升喷浆速率850 L/min；浆液总用量65 485 L。

施工质量管控要点

4.1 定位

由测量员先放样出围护中心线点位，并根据中心线的点位插钢筋做好定位桩，拉通线复核。

根据中心线在机械轨道处设置外控线，施工时根据外控线来控制成墙的位置及施工走向，并确保墙体的中心偏差≤50 mm。

4.2 垂直度

设备安装完成后，先用水准仪及水平尺器调整机器的水平，后用经纬仪从2个方向调整钻杆的垂直度，调整完毕后，将控制电脑置零。

在钻进过程中由设备铣头及钻杆内的垂直度控制仪自动成像传输至驾驶室的监控屏，由驾驶员适时控制调整，满足≤1/400的设计要求。移机过程中，由专人用经纬仪从2个方向抽查钻杆的垂直度。

4.3 钻杆运行及浆液输送控制

在电脑中输入参数，液晶显示屏显示控制参数，操作人员进行监控及调整。

4.4 后台控制

1）水灰比：浆液的拌制由微电脑直接控制，每桶浆的水及水泥的用量由操作人员事先根据本工程设计的水灰比，提前输入电脑进行控制。

2）浆液量的控制：测出拌浆桶的直径，算出一桶浆液的体积，根据每幅墙使用的水泥量及水泥浆密度，计算出每幅墙的用浆量，再得出每幅墙使用的浆液桶数，输入电脑控制浆液用量。

4.5 取芯样品

CSM止水墙养护达到28 d后进行钻芯取样，钻芯孔间距不大于50 m。取样孔注浆封闭。

施工过程中的安全注意事项

1）CSM工法桩基移机前检查场地土质，如有大量淤泥或场地承载力不够时，必须置换并铺设路基箱板，防止桩基移机过程中倾斜，甚至倾翻。

2）由于施工过程中沟槽内有大量泥浆，若施工人员掉入很难自行爬出，故在施工过程中必须在沟槽两边搭设安全围栏，严禁非相关人员靠近。CSM工法桩基运行过程中在周围10m范围内拉设警戒线，严禁无关人员攀爬。

3）发电使用的柴油必须集中堆放，堆放点做好防晒、防火措施，并派专人定时对发电机加油，防止发电机因油烧干而损坏甚至爆炸。

4）CSM工法做止水帷幕时，深度一般都比较深，所以CSM桩机整机高度较高，建议在施工前要提前观察相邻地块起重吊装设备的使用情况。施工过程中对于不可避免的起重机械越界作业要进行预警，防止发生碰撞危险。

施工中遇到的问题及应对措施

6.1 施工质量方面

1）下钻速度慢、施工效率低甚至出现抱钻。

①原因分析：本工程在前期试成桩过程中发现下钻速度很慢甚至出现“抱钻”现象，在查阅地勘报告后发现地下⑤2层砂质粉土及⑦层粉砂层较厚（地面以下25 m至墙底以上2 m），容易槽壁坍塌，并造成铣头“抱钻”。

②解决措施：下钻时掺加膨润土调制的泥浆作为润滑液，提高下钻速度，保护槽壁；并对铣头的铣牙进行更换，采取合金铣牙，提高了切削及耐磨能力。

2）施工中产生冷缝。

①原因分析：CSM铣削轮强度较高，可在含卵石的地层中施工，故在施工间歇不超过48 h的情况下可不进行“冷缝”处理。

②解决措施：为提高止水效果，对施工间歇超过48h的“冷缝”采取在外围补φ800 mm@600 mm高压旋喷桩的方法加强止水墙的密封效果。

6.2 文明施
工方面

1）CSM工法止水墙施工过程中置换出来的泥浆量较大，需用挖机跟随掏挖归堆，并组织定期外运。

2）施工过程中喷气喷浆压力较大，造成沟槽内泥浆迸射较远。施工过程中钻杆处一定范围内有大量泥浆迸射出来给周边造成污染，由于施工位置都靠近市政道路，故在施工过程中在靠近市政道路一侧搭设钢管架并挂设绿色密目网，避免污染市政道路及影响行人。

结语

本基坑经抽水验证及开挖后检验，整体成墙效果及止水效果满足了基坑施工安全及周边环境保护的要求，为了今后该工法在上海地区能有更好的应用及推广，提出如下几点建议：

1）CSM工法机械功率较大，电流较大。建议在今后的招标过程中，要求专业分包自配专用发电机，避免结算时扯皮。

2）CSM工法施工过程中置换泥浆量较大，不利于文明施工。置换出来的泥浆要及时外运。在今后项目施工过程中建议CSM工法先行施工，待CSM工法施工接近尾声时再穿插其他工序施工。

3）结合场地地质，若场地地层多为黏性土，则可用原土造浆；若地层中砂层或含砂砾土较厚，应在下钻过程中掺加膨润土泥浆润滑、护壁。

4）设计要求的CSM水泥土搅拌墙的水泥掺量为18%。在后期取芯时发现取芯样品与理论成墙效果还是有一定差异。建议今后上海地区的CSM工法在施工时将水泥掺量控制在22%～25%。

5）CSM止水墙与围护灌注桩之间有20 cm间隙，根据DGTJ 08-61—2010《上海市基坑工程技术规范》要求，在砂性土及砂土中止水帷幕与围护灌注桩之间应采取注浆措施。施工前，在CSM止水墙与围护灌注桩之间应做压密注浆或高压旋喷补强措施或缩小缝隙宽为10 cm，业主选择缩小缝隙宽为10cm。虽然基坑开挖后经检验效果不错，但还是出现过因桩间土流失导致的渗水问题，因此必须派专业堵漏人员全天候巡查基坑侧壁。

来源：《地基基础》

编辑整理：项敏
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CSM工法 Cutter Soil Mixing （铣削深层搅拌技术）是一种创新性深层搅拌施工方法。此工艺源于德国宝峨公司双轮切铣技术，是结合现有液压铣槽机和深层搅拌技术进行创新的岩土工程施工新技术。通过对施工现场原位土体与水泥浆进行搅拌，可以用于防渗墙、挡土墙、地基加固等工程。与其他深层搅拌工艺比较，CSM工法对地层的适应性更高，可以切削坚硬地层（卵砾石地层、岩层）。

双轮铣深搅设备(CSM)特点

施工效率高：

双轮铣拥有两个大扭矩齿轮箱，铣轮上切割齿布局设计合理、切削能力强、施工效率高；

地层适应范围更广：

能够在坚硬的地层进行深层搅拌施工，克服了传统的多轴搅拌系统不能在坚硬地层施工的缺点；源于双轮铣技术，该工法具有一定的入岩能力，能够截断地下水通过墙底风化岩进行渗透的途径；

墙体垂直度更好：

双轮铣设备中具有高精度垂直度传感器，施工中可以通过电脑动态监测成槽的垂直度，利用双轮铣设备所配置的纠偏系统及时调整，确保墙体精度；

墙体质量更好：

通过电脑控制水泥浆液注入量、水泥浆和土体混合均匀，从而墙体均匀度及质量好、材料利用率高，较其他搅拌工艺，可以节约材料；

施工过程更加环保：

直接将原状地层做为建筑材料，弃土和弃浆量总量小，节能环保，符合基础施工技术发展的趋势；

施工阶段扰动低：