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双轮铣水泥土搅拌墙（CSM）在城市深基坑项目的应用

CSM工法 2022年3月18日 项敏 673
双轮铣水泥土搅拌墙（CSM）在城市深基坑项目的应用

作者：武汉华中岩土工程有限责任公司  吕松

摘要：随着城市深基坑工程体量越来越大，城市轨道交通、超高层建筑、深大管涵工程等综合性项目需求，双轮铣水泥土搅拌墙（CSM）凭借其原位搅拌、深层止水、连续均匀的优点越来越广泛的被应用于城市深基坑支护止水的工程中，本文就本工艺在长投汉口中心基坑支护工程作为落底式止水帷幕的应用中遇到的困难及解决办法进行阐述。

关键词：双轮铣CSM深层搅拌连续墙应用、施工技术、优缺点及发展前景

双轮铣水泥土搅拌墙（CSM）在城市深基坑项目的应用
一、CSM双轮铣简介
1.1、概念及发展
CSM 是铣削深层搅拌技术（Cutter SoilMixing）的英文缩写。
1971 年法国首先提出这一机器的概念，对传统地连墙成槽机进行优化。
2003 年德国宝峨公司研发出新的深层搅拌技术“双轮铣深层搅拌”，由于结合了液压铣槽机的设备技术特点和深层搅拌技术的应用领域，该设备可以应用到更为复杂的地质条件中。  
2011年上海金泰公司制造首台国产双轮铣，随即进入全国市场。
我司于2015年购置CSM设备并用于协和医院项目。
CSM现已成为了一种深基坑止水帷幕的新型工法，并广泛应用于武汉市城市建设。
1.2、CSM工艺原理
CSM 工法原理是在钻具底端配置两个在防水齿轮箱内的马达驱动的铣轮，并经由特制机架与凯氏钻杆连接或钢丝绳悬挂。铣轮旋转深入地层削掘与破坏土体时，注入固化剂，强制性搅拌己松化的土体。不仅可以作为单一防渗墙，还可以在内部插入型钢，形成集挡土和止水于一体的墙体。
CSM应用有三大类：
1、CSM深层水泥土搅拌墙止水帷幕工法；
2、CSM水泥土搅拌墙（内插型钢）工法；
3、CSM地下连续墙工法。
我司设备目前主要应用于第一种工法，深层水泥土搅拌墙止水帷幕工法，主要施工的项目有：协和医院综合楼基坑支护工程、华发国际C3地块基坑支护工程、长投汉口中心基坑支护工程、中信泰富21地块基坑支护工程。
 
二、常见双轮铣设备
2.1、CSM常见设备
双轮铣设备由地连墙成槽设备衍生而来，故其有履带悬吊式、超低净空履带悬吊式、履带钻杆式和步履钻杆式。
2.2、CSM双轮铣铣头刀盘
双轮铣不同类型铣头适应不同土层，主要有板齿铣刀盘、截齿铣刀盘、球齿铣刀盘及组合铣刀盘。
2.3、CSM双轮铣辅助装备
辅助设备主要有：浆液拌合站、注浆泵、储浆罐、水泥筒仓、空气压缩机、泥浆分离机、挖掘机等。统称“后台”。
双轮铣水泥土搅拌墙（CSM）在城市深基坑项目的应用
2.3-1：双轮铣工作示意图
2.4、国内外主要双轮铣设备参数国家产品型号规格参数
国家
产品型号
规格参数

德国

宝峨

BC50

铣槽深度150米，铣槽长度2.8米，最大成墙厚度2m，切割硬度可达到200Mpa

意大利

土力公司

SH50

铣槽深度250米，铣槽长度3.2米，最大成墙厚度2m，切割硬度可达到250Mpa

日本

东亚利根

EMX-320

铣槽深度150米，铣槽长度3.2米，最大成墙厚度3m，切割硬度可达到200Mpa

中国

金泰

SC-65

铣槽深度65米，铣槽长度2.8米，最大成墙厚度1.2m，切割硬度可达到100Mpa
三、双轮铣在长投汉口中心基坑支护项目上CSM止水帷幕的应用

3.1、项目概况

长投·汉口中心项目为三层地下室结构，因项目南侧临近三阳路高架桥（22m-50m），临近地铁7号线三阳路E出口10m，澳门路侧临近过江隧道10m，西侧临近住宅小区4-8m；周边环境复杂，基坑设计排桩＋两道钢筋砼内支撑+全落底式CSM搅拌墙止水帷幕模式。
基坑周长约700米，根据基坑情况对CSM进行分幅226幅，墙厚700mm，水泥掺量25%，墙底进入中风化砾岩1m，根据地勘资料墙深约在45-48m；我司采取金泰SC-50型步履式CSM钻机施工，平均每天施工1幅。
3.2、支护平面
双轮铣水泥土搅拌墙（CSM）在城市深基坑项目的应用
3.2-1：周边环境
3.3、支护剖面
 
双轮铣水泥土搅拌墙（CSM）在城市深基坑项目的应用
 3.3-1：设计剖面
3.4、工艺流程控制
1、调试、组装 
2、开槽下沉
3、前、后台数据控制
4、插入劲性材料：内插劲性材料
5、水泥土试块制作：水泥土搅拌墙试块制作
6、水泥土试块报告（设计0.8Mpa，实际侧向抗压1.6Mpa）
7、水泥浆比重量测（根据设计参数进行换算水泥浆比重）
8、墙体钻芯检测（根据规范及设计要求抽芯检测）
9、墙体抽芯检测
10、开挖 

双轮铣水泥土搅拌墙（CSM）在城市深基坑项目的应用

双轮铣水泥土搅拌墙（CSM）在城市深基坑项目的应用

3.4-1：开挖效果
3.5、该项目遇到的难点及解决措施：
（1）突发埋钻事故应急处理。
由于CSM搅拌墙导杆式钻杆较长，施工一幅墙的时间较长，期间容易受断电或外界影响而导致中间间断，极易造成埋钻事故，如因故被迫停工，导致钻杆埋钻、突发性断电，液压系统损坏导致埋钻。
常规断电中断，一般在2小时内启用备用电源即可恢复施工，一旦遇到特殊条件无法启用备用电源，发生埋钻事故，则需要针对性的提拔钻杆，经过我司施工项目得出一套提拔CSM钻杆的方法（液压提拔）。（见附图）
双轮铣水泥土搅拌墙（CSM）在城市深基坑项目的应用
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3.5-1：液压提拔钻杆
 为防止备用电源启动时间过长，我司自主开发，在CSM主机配重后设置安放备用发电机的支架，将备用发电机通过单刀双掷开关与主机及后台一级柜链接，很好的解决了断电问题。
以上两种应对埋钻事故的处理方法我司均申请了专利。
（2）深厚粉细砂层进尺困难处理；
针对砂层测量含砂率、针对性调整泥浆性能和铣头气压气量；
对卵石层施工，加大泥浆掺入量，钻杆加压并加大喷气量和气压，随之置换泥浆大量增加，现场采用泥砂分离器对泥浆进行处理后可循环使用，有效的控制置换率。
（3）大粒径卵石层对铣头和刀盘的磨损处理；
对卵石层施工，加大泥浆掺入量，钻杆加压并加大喷气量和气压，增加浆液的对刀盘的润滑，并针对性加强铣头刀盘接触面的耐磨性，常规为焊接耐磨钢板或金刚石截齿钻头。
（4）CSM无法施工幅段处理：
本项目共有三处因项目围挡与CSM间距太小而无法施工的区域，经我司技术商讨并组织专家一起，采取直径800@600的素砼咬合桩代替CSM；
咬合桩与CSM之间冷缝施工品字形高压旋喷补强。
现场用旋挖施工素砼咬合桩，很好的解决了CSM转角及特殊区域无法施工问题。
双轮铣水泥土搅拌墙（CSM）在城市深基坑项目的应用
双轮铣水泥土搅拌墙（CSM）在城市深基坑项目的应用
3.5-1：转角幅施工处理

（5）深层地下障碍处理：
  由于CSM在本项目施工只有板齿刀盘，对遇到地障和地下孤石时无法靠铣头切削，只能采取相应排障措施和设计变更。
第一种情况，基坑周边条件足够宽裕情况下，采取变更补强法进行避开地障和孤石，如图所示：
双轮铣水泥土搅拌墙（CSM）在城市深基坑项目的应用
第二种情况，基坑周边条件紧张情况下，无法采取设计变更，必须采取地障排除后再回填施工，CSM冷缝采取品字形高喷加强，如图所示：
双轮铣水泥土搅拌墙（CSM）在城市深基坑项目的应用
3.5-3：地障常规处理
四、双轮铣的优缺点
4.1、CSM双轮铣搅拌墙的优点
1）对地层高适应性能，地层适应性强，通过截齿、组合齿、球齿等切削坚硬岩石。
2）高搅拌切削性能，双轮铣深层搅拌铣头由多排刀具组成，土体通过铣轮高速旋转被削掘，同时削掘过程中注入高压空气，使其具有非常优良的搅拌混合性能。
3）动态控制切削精度，双轮铣深层搅拌铣头内部安装垂直度监测装置，可以实时采集数据并输出至操作室的监视器上，操作人员通过对其分析可以进行实时修正。
4）最大深度优势，目前，目前国内导杆式CSM最深可施工65m。
5）接缝经过搭接削铣，密实度高，渗水几率小，接头数量少。
6）低噪音和振动，因为双轮铣深层搅拌设备铣头驱动装置切削掘进过程中全部进入削掘沟内，因此使噪音和振动大幅度降低。
7）可任意设定插入劲性材料的间距，双轮铣深层搅拌工法形成的水泥土地下连续墙为等厚连续墙，作为挡土墙应根据应力需要插入型钢，其间隔可根据需要任意设置。
4.2、CSM双轮铣搅拌墙的不足
1）装拆时间较长，双轮铣槽机由于自身结构复杂及配套设备相对较多，机械从进场到试调完成，约须10-15天方可正常投入施工。
2）维修困难、配件少，维修耗时，双轮铣槽机因技术先进，维修不易，当个别零部件损坏后，可能存在须进口购买的情况，严重影响施工进度。
3）CSM导杆式设备桅杆及钻杆较高，不适用于空间受限区域（高压线走廊等）。
4）异型幅无法施工，针对幅宽不够的“L”型、“Z”型幅段，CSM无法施工，需引进其他设备施工，或在场地允许的条件下加宽槽幅。
5）对现场配电量要求高，CSM分主机和后台辅助设备，单台总计用电量大约500-600KWA，对项目配电要求较高。
6）铣头型号单一，目前武汉市场常见CSM均为700mm厚，CSM基本是上海金泰生产的SC40-60型号，但铣头及刀盘型号及数量单一。
 
五、双轮铣未来发展

1、目前在武汉CSM双轮铣搅拌墙主要用作基坑止水帷幕，效果较传统的柱列式止水帷幕要好，深度要优，竖向搅拌土体，会逐步取代高喷、单轴、多轴式止水帷幕。

2、CSM双轮铣配备铣头刀盘，配合钻杆加压装置，可施工硬质岩体，可作为地下连续墙施工设备，减少土体挖掘，减少成本。
3、CSM双轮铣形成连续等厚墙体，可任意选择插入劲性材料的间距，替代排桩加止水帷幕支护形式，节约工程造价。
4、CSM双轮铣在武汉市场还是刚刚起步，在配件维修、售后上还要进一步完善，铣头刀盘多样化上面还需要进一步研发和制造。
5、双轮铣设备还可以经过改装，携戴三轴钻杆和动力头，施工较深的三轴搅拌桩。
 
参考资料

（1）CSM双轮铣设备应用与管理，陈明华，设备与检测，文章编号：2096-3815(2017)03-0036-03
（2）双轮铣深层搅拌水泥土施工技术研究探讨，李国斌，福建建材，福建福州350013，2017
（3） 双轮铣深层搅拌水泥土墙（CSM工法）在某工程中的应用，曹保红，建材世界，厦门 3610026，2014
（4） 双轮铣深层搅拌桩(CSM)工法施工技术，张耀龙等，浙江建筑，文章编号：1008—3707(2016)Ol一0036—04，2016
（5） 同济医院内科综合楼基坑支护工程CSM工法双轮铣水泥土搅拌墙专项施工方案，上海强劲地基工程股份有限公司，2015.7