CSM水泥土搅拌墙施工技术

CSM水泥土搅拌墙施工技术牛洁雯;程月红;须立杰【摘要】苏州地区某工程施工工作面不足、止水要求高、地质条件差,经综合考虑,决定采用CSM(双轮铣深搅)水泥土搅拌墙作为基坑的止水帷幕.结合施工实践,从双轮铣深搅工艺概况、施工方法、质量控制、工艺优势等方面对CSM技术作了详细的介绍,以期为类似工程提供借鉴.【期刊名称】《建筑施工》【年(卷),期】2017(039)009【总页数】4页(P1318-1320,1329)【关键词】基坑围护;止水帷幕;CSM工法;对比分析;优越性【作者】牛洁雯;程月红;须立杰【作者单位】中亿丰建设集团股份有限公司江苏苏州 215131;中亿丰建设集团股份有限公司江苏苏州 215131;中亿丰建设集团股份有限公司江苏苏州 215131【正文语种】中文【中图分类】TU753.8随着城市化进程的快速发展，地上空间已远不能满足人类社会的需求，地下空间是未来的发展方向，因此对基坑围护结构的要求也越来越高。

CSM水泥土搅拌墙（以下简称CSM）作为一种新型的水泥土地下连续墙在国外应用广泛，但在国内尚未大范围应用。

本文通过苏州高新区CSM止水帷幕工程施工实践，对CSM工艺展开进一步的研究，并将其与传统三轴深层水泥土搅拌桩（以下简称三轴搅拌桩）技术进行对比分析[1-3]。

1 项目概况1.1 工程概况本工程位于江苏省苏州市高新区，为科研用楼，主要包括1幢23层的主塔楼、1幢3层裙房、1幢1层门卫、1座2层全地下车库。

基坑深度为8.65～10.60 m。

局部超挖0.90～1.20 m，基坑长118 m、宽82 m，面积约8 350 m2。

原基坑支护设计采用φ800 mm@1 000 mm钻孔灌注桩＋φ850 mm@1 200 mm三轴搅拌桩止水帷幕＋立柱桩＋1道钢筋混凝土水平支撑的围护形式；坑内降水方式为管井降水。

1.2 工程地质条件基坑东侧为运河路，距离约为7 m；基坑南侧为服装厂，距离约为2.1 m；基坑西侧为某公司办公楼，距离约为2 m；基坑北侧为河道，距离约为13 m。

拟建场地为驾校拆迁地，地面大部分为平整的混凝土地坪，南侧部分地段为杂填土（主要为建筑垃圾）堆积区和自行开垦的菜地。

拟建工程场地止水帷幕深度范围内地基土层从上至下分别为：①1杂填土，②2素填土，②黏土，③粉质黏土，④粉土夹粉砂，④2粉砂，⑤粉质黏土，⑥1黏土，⑥2粉质黏土，⑦粉质黏土，⑧粉土夹粉砂，⑨1粉质黏土，⑨2粉质黏土，⑩粉质黏土夹粉土。

2 施工难点分析及方案优化2.1 施工工作面不足场地南侧、西侧存在既有建筑，最近距离为2.3 m；场地围墙距离围护结构边线仅2.1 m，三轴搅拌桩施工需要宽1.5 m的工作面。

在东南角、西南角2个转角处，工作面不够，需要将围墙拆除后方可施工，且机械摆放超出用地红线，需要与周围业主协商，将对施工进度产生较大影响。

2.2 止水要求高基坑南侧、西侧的建筑高度为4层，天然基础，距离本基坑最近仅3.5 m，因此对本基坑止水要求较高。

基坑北侧为金山浜河，距离基坑约15 m，河道堤坝基础已建多年，存在缝隙。

场地表层深2.5 m范围内为杂填土、素填土，夹有大量建筑垃圾，渗透性高，因此北侧区域止水效果要求非常高。

2.3 地质条件差由地质勘察资料及本工程基坑概况可知，基坑开挖深度范围内存在④1层粉土夹粉砂、④2层粉砂。

在同等施工条件下，在砂土层止水帷幕效果比黏性土及粉土差，而本工程开挖深度内砂层较厚，因此如何保证砂层的止水帷幕施工效果也是本工程的一个难点。

2.4 方案优化为解决上述施工难点，项目部与设计院进行沟通，对原设计方案提出优化，采用CSM取代原三轴搅拌桩，既可以保护原场地围墙、克服砂层止水、保证进度，又可以减少对既有建筑物的影响。

3 工艺介绍及流程CSM设备机型分为导杆式、悬吊式2种，目前成桩深度已达80 m。

其原理是在导杆底端配置2个液压电动机驱动的铣轮，通过特制机架与凯氏导杆连接。

当设备下钻成槽铣削土体时，注入膨润土泥浆和固化剂，强行搅拌土体。

CSM设备不但可以施工单一的防渗墙，而且可以在槽段内插入H型钢，形成集挡土、止水于一体的墙体。

本工程根据实际情况选用导杆式设备施工。

CSM工艺流程如下：清场备料→放样接高→安装调试→开沟铺板→移机定位→喷气注浆铣削搅拌下沉→喷浆搅拌提升→成墙移机。

4 施工步骤1）场地平整：施工前进行场地平整，对机械行走区域的路基进行处理，保证地基承载力满足施工要求。

2）测量放线：根据项目坐标基准点，按照设计图纸进行放样定位及高程引测工作，定位放线后做好测量技术复核单，提交监理进行复核验收签证，确认无误后进行搅拌桩施工。

3）开挖沟槽：根据水泥土搅拌墙中心线位置，用PC200挖机开挖槽沟，沟槽宽900 mm，深1.0～1.5 m（一般需开挖至素填土层），并清除地下障碍物。

4）桩机就位：在已开挖好的沟槽施工侧，拉定位红线、定出分幅点，做好标记。

桩机就位后检查机械垂直度，墙体的垂直度偏差不得超过1/200。

5）定位复核：墙体定位后再进行定位复核，桩位偏差值应小于设计值。

6）搅拌和注浆：CSM墙体幅长为2 800 mm，宽为700 mm，搭接300 mm，下沉速度为50～80 cm/min，提升速度为80～100 cm/min。

7）制备水泥浆液及浆液注入：CSM墙体采用P.O 42.5水泥，掺量20%，水泥搅拌土28 d的无侧限抗压强度≥0.5 MPa，水泥浆液的水灰比为1.5。

8）清洗、移位：一幅墙施工完成后，将搅拌机移至下一位置，重复上述步骤，施工下一幅墙。

5 施工效果为了更直观地观察CSM的施工效果，项目部单独施工了4幅试验墙（图1），可以看出墙体比较均匀，整体性较好。

图1 试验墙成型墙体根据相关规范及设计要求，选取了8幅CSM墙体进行了钻芯取样检测，可以看出芯样的完整度较高。

取芯检测结果表明，CSM取芯样本的水泥土强度达到1 MPa，符合设计要求。

项目部于施工过程中在基坑的内外侧埋设了孔隙水压力计进行监测（图2）。

基坑外的孔隙水压力计深度为地平以下3、6、9、12、15、18 m，基坑内的孔隙水压力计深度为地平以下12、15、18 m。

图2 监测孔布置示意从各孔的孔隙水压力稳定之后开始，到基坑开挖结束为止，对整个开挖过程中的孔隙水压力变化进行了监测和统计（图3、图4）。

图3 坑内孔隙水压力变化图4 坑外孔隙水压力变化监测结果表明，井点降水后，基坑内水位下降很快，3 d后地下室底板下2 m处（地坪下深12 m处）孔隙水压力已接近于0 kPa，且基本稳定；井点降水对基坑外各深度的孔隙水压力基本没有影响，基坑外水位较稳定。

基坑开挖后的围护现场显示，坑底无积水，止水帷幕未出现渗漏现象，止水效果良好。

6 对比分析三轴搅拌桩工艺目前被广泛应用于基坑围护施工中，CSM施工技术作为一种新的水泥土搅拌桩施工工艺，与三轴搅拌桩各有优缺点。

6.1 施工原理对比2种施工工艺都是利用水泥、石灰等作为主要固化材料，通过深层钻头，将土和固化剂混合搅拌，利用固化剂和土之间的物理、化学反应，使土体固化，形成防渗性好、整体性高的水泥加固土体，使原土体的强度和压缩模量大大提高。

不同之处在于，传统三轴搅拌桩工艺以钻具垂直旋转形成圆形的加固土体为机理，而CSM工艺采用2组以水平轴向旋转搅拌的方式，形成矩形槽段的加固土体。

6.2 适用性对比三轴搅拌桩工艺适用于软质地基处理，例如素填土、淤质土、粉土、黏土等土层，但不适用于硬质地基，例如砂土、砂卵砾石层等。

三轴搅拌桩的施工设备有步履式、履带式2种，机型较大，不适用于工作面较小的转角施工，且其常规施工深度仅能达到35 m。

另外，搅拌桩中插设型钢时，位置相对固定，不能任意调整。

优点为施工成本相对较低。

CSM工艺具有较强的适应性，主要表现在以下几个方面：1）CSM设备双轮铣头具有高强扭矩，最高可以达到100 kN·m，采用凯式导杆和卷扬加压系统，合金铣头刀具的刚度及耐磨性较好，因此适用于密实的粉土、粉砂等硬质地层，也可以在砂卵砾石层中铣削施工。

2）CSM采用钢丝绳悬挂系统，施工深度最深可达80 m，采用导杆式设备施工，深度最深可达60 m。

3）水泥土墙的厚度可以根据钻具进行调整，目前国内最厚的地下连续墙就是应用CSM设备完成的，厚度为1.5 m。

4）CSM设备均采用履带式主机，移动较为灵活，占地面积小，可适用于多种作业环境，对周边环境影响小。

5）可绕越小型障碍物。

6）可任意设置插入劲型材料的间距。

但CSM工艺施工存在的最大问题是配套设备较多，其施工成本高，只适用于大型的工程项目。

6.3 施工质量对比CSM工艺的水泥土搅拌均匀，其设备自带监控系统及调整装置，可实时监控施工的全过程，因此垂直度控制较好、质量可控、施工深度深、连续性好、止水效果好。

三轴搅拌桩施工过程中的垂直度不易控制，搭接处容易出现缝隙，且当遇到较厚的砂层时，水泥浆液容易离析，造成基坑渗漏。

图5为同地区某项目三轴搅拌桩与本项目CSM搅拌墙取芯抗压强度对比，两者的设计强度均为0.5 MPa（28 d龄期），水泥掺量均为20%，可以看出随着深度的增加，普通三轴搅拌墙的强度逐渐减小，到深8 m处时，已不满足设计强度；而CSM水泥土搅拌墙的抗压强度随深度的增加几乎没有变化，各深度的抗压强度均超过设计值的2倍，搅拌的均匀性远远优于普通三轴搅拌桩。

图5 同地区某项目三轴搅拌桩与本项目CSM搅拌墙取芯抗压强度对比6.4 施工效率对比等厚水泥土墙体，三轴水泥土搅拌墙的置换率为50%，而CSM水泥土搅拌墙的置换率仅为20%，且后者搅拌均匀，水泥利用率高。

双轮铣水泥土搅拌墙的搭接长度为200 mm，其有效槽段长度平均为2 600 mm，每天可施工30～40 m；而三轴搅拌桩的有效槽段长度仅为1 200 mm，每天仅可施工15～20 m，因此双轮铣施工效率要远高于三轴机械。

7 应用前景CSM深搅工艺和设备体现出很大的优越性，其弥补了目前水泥土深搅技术的众多不足，根据目前地下空间快速发展的趋势，该工艺的应用前景将更为广泛，主要表现在以下几个方面：1）对于基坑深度大于14 m或基坑周围环境复杂、安全要求高的止水工程，因其可靠的接头处理方式和较高的垂直度，形成了一种无缝的水泥土止水墙体，故有效地避免了因地下水而造成的安全和质量事故。

2）CSM水泥土搅拌墙＋H型钢代替传统地下连续墙，基坑工程完成后，可以回拔H型钢重复利用，减少资源消耗，降低工程成本。

3）可应用于地下轨道交通工程的地铁车站、换乘站等的基坑支护工程挡土止水体系。

4）应用于地下轨道交通工程盾构进出洞的加固，可以有效降低地铁盾构施工进出洞的风险。

5）水利工程的防渗墙，因该工艺使用的建筑材料水泥单一广泛，且施工深度较大，故形成的墙体强度高，止水性能极佳，同时可以有效节约资源，降低成本。