▍摘 要
摘要：文章以北京市昌平区某住宅项目中的深基坑支护工程为实例，首先介绍采用CSM（双轮铣深搅）工法施工的水泥土搅拌墙的技术要求及作业条件；其次提出具体的施工方案及工艺；最后通过强度试验、渗透性试验、水压力监测等手段，验证CSM工法施工的水泥搅拌墙在北京地区深基坑支护工程中应用的可行性和可靠性，并探讨了CSM工法施工的水泥土搅拌墙的应用前景。
关键词：CSM工法；水泥搅拌墙；基坑加固；止水帷幕；防渗墙；基坑围护
▍0 引 言
随着国内基坑工程向地下空间的进一步开发和国家对地下水保护政策的加强，近年来深基坑工程止水帷幕的应用逐渐增多。传统基坑止水帷幕施工工艺如SMW（三轴搅拌桩）工法、TRD（水泥加固土连续墙）工法在施工深度控制、地质条件适应性、施工效率、环保要求等各个方面均存在一定的问题，行业需要探索新的工艺和工法，以适应国内深基坑工程止水帷幕、围护结构等施工的需要。CSM（双轮铣深搅）工法是一种新型、高效、环保的等厚度水泥土搅拌墙施工技术，它结合了现有液压铣槽机和深层搅拌技术的优点，并在此基础上进行了创新。CSM工法目前在国外已有广泛应用，国内也出现了一些工程案例，但相关研究文献较少。邱红臣等研究国产XCM80双轮铣削搅拌机的相关参数和性能，总结相关施工装备的技术创新情况，验证其在工程应用中的可靠性。李国斌等结合失败案例，分析探讨双轮铣深层搅拌水泥土施工技术的优点和不适用情形并提出解决方法。牛洁雯等结合施工实践，从双轮铣深搅工艺、施工方法、质量控制、工艺优势等方面详细介绍CSM技术。本文在上述研究的基础上，结合工程实例，通过技术分析、测量监测、试验验证等手段，研究采用CSM工法施工水泥土搅拌墙的效率和可靠性，为下一步的技术推广和工程应用提供理论基础。
▍1 项目简介
1.1工程概况
本基坑支护工程位于北京市昌平区东小口镇地铁8号线车辆段东南角，回南北路以北，科星西路以西，地铁8号线平西府站以东，为公共租赁住房项目。场地西侧为在建的BS-3停车楼，北侧为公园悦府小区配套公建，东侧为公园悦府小区的主入口。
拟建基坑东西净长209.5 m，南北净宽28.4 m，面积约5 950 m2。基坑支护为临时结构，施工完成后使用年限为1年。开挖深度标准段为16.135 m，局部加深最深为17.635 m，基坑侧壁安全等级为一级。结构施工过程中基坑周边2～4 m的范围内最大荷载为30 kPa，严禁超限堆载，基坑肥槽为0.8 m。
基坑采用“止水帷幕+桩撑”体系，止水帷幕采用CSM工法施工，水泥土搅拌墙设计厚度为700 mm，最大设计深度为28 m，支护桩采用钻孔灌注桩，基本参数为φ1 000@1 500*25.5 m，支护桩和冠梁混凝土强度等级均为C25，冠梁位于地面以下500 mm处，在冠梁迎土侧设置240 mm厚、1 000 mm高的M20水泥砂浆砖砌挡土墙，挡土墙设置构造柱及压顶梁。深基坑支护工程围护结构剖面图见图1。
1.2水文地质情况
本场地属于北运河水系，拟建场地内无地表水。根据相关岩土工程勘察报告，场地内第一层潜水初见水位埋深为6.00～6.30 m，初见水位高程为33.47~34.30 m；稳定水位埋深为4.60～4.90 m，稳定水位高程为34.87～35.70 m；主要含水层为②黏质粉土-砂质粉土，年变化幅度一般为1.00～2.00 m。第二层承压水初见水位埋深为10.30～10.50 m，初见水位高程为29.47～29.80 m；稳定水位埋深为5.20～5.30 m，稳定水位高程为34.57～35.00 m；承压水头高度为5.1～5.2 m；主要含水层为④层细砂。第三层承压水初见水位埋深为15.80～15.90 m，初见水位高程为23.97～24.40 m；稳定水位埋深为6.10～6.20 m，稳定水位高程为33.67～34.10 m；承压水头高度为9.7 m；主要含水层为⑥层细砂。
▍2 技术要求及作业条件
2.1技术要求
本项目要求止水帷幕的厚度不小于700 mm，幅间咬合搭接不小于300 mm，底边最大埋深为28 m；止水帷幕28 d龄期无侧限抗压强度不小于0.8 MPa，止水效果渗透系数不大于1.0×10-7 cm/s。水泥为强度等级不低于P.042.5级的普通硅酸盐水泥，止水帷幕浆液水泥用量不小于580 kg/m3，稳定液膨润土用量不小于50 kg/m3。
2.2作业条件分析
（1）场地作业空间不足，设备选型需考虑作业条件的限制。基坑西侧紧邻在建BS-3停车楼，基坑支护结构距离BS-3结构外皮2.3 m，基坑北侧为地铁8号线区间正线隧道，基坑支护结构外边线距离地铁区间正线围护结构3.5 m。施工设备地上作业空间小，对地下连续墙定位及控制精度要求高，施工要求严格控制对地层的扰动。
（2）水文地质条件差，基坑施工对止水帷幕的止水效果要求高。基坑所在场地的地下水位较高，稳定地下水位埋深约4.6 m，承压水水位埋深约16 m，基坑最大开挖深度为17.635 m，坑底进入地下承压水位约1.6 m，地下水头压力较大。场地内潜水、承压水含水层主要是黏土层和砂层，土层自稳能力差，因此基坑施工对止水帷幕的止水效果要求高。
（3）施工工艺及设备选型需要综合考虑施工效率、控制精度、施工质量、环保等要求，需要与业主、设计方及设备厂家一起进行方案比选，综合确定具备最优效益的方案。
▍3 施工方案及工艺
3.1方案确定与设备选型
经与各参建方进行多次沟通和方案比选，基坑止水帷幕施工方案最终确定为采用CSM工法施工的700 mm厚水泥土搅拌墙。设备选型采用TX-10/55型液压铣削搅拌钻机，主机及相关配套设备规格型号见表1。
3.2工艺流程及技术要点
CSM工法施工的水泥土搅拌墙的工艺流程如图2所示。
3.2.1测量放线
根据本工程的施工总平面轴线控制网，选用极坐标法进行建筑物定位放线测量，测量要点如下。
（1）为便于施工测量，根据甲方移交的测量控制点坐标，在场地内布设下一级测量的控制桩点和控制线，形成测量控制网。测量仪器选择全站仪，测量精度控制在±2 mm内。
（2）测量控制点应设置在坚实不变形的地基上，同时避开各类地下管线，尽量远离坑洞、料场及临时设施，测量控制点应采用混凝土结构或加钢护筒保护。
（3）在水泥土搅拌墙外1.0 m或1.5 m处设一道控制线，作为泥浆沟、墙体位置的控制依据。
（4）测量完成的坐标点位，只有经总包单位、监理单位查验合格后，才能进行下一道工序。
（5）在施工区域内设置3个高程控制点，施工前先复测高程控制点，确定无误后方可使用。基坑挖土成型后以及整个基础结构施工完毕后，应分别复核校正。
3.2.2场地平整及开挖导槽
根据设计点位要求，在地面放样并定位导槽开挖轮廓线，将导槽开挖作业范围内的场地进行平整或硬化，硬化范围根据机械设备需要的作业空间综合考虑后确定，总体不小于10㎡。设备行走和作业范围内的场地地基的坚实程度必须满足作业要求，避免因地基沉降而导致设备倾斜、倾覆，必要时可提前进行混凝土硬化或在地面铺设厚钢板。导槽机械开挖前，地面以下0.6 m范围内采用人工配合风镐等设备的方式进行清理，避免损坏地下管线。导槽宽度为1 m，深度为1.5～2 m。
3.2.3设备就位
将设备铣头定位在设计标线上，偏差控制在±3 cm范围内，垂直度控制在3‰范围内。通过在导杆上的标示刻度控制铣头下沉深度，通过桩中心线和桩边线2根固定线控制桩轴线。
3.2.4水泥浆液配制
浆液配制采用强度等级不低于P.042.5级的普通硅酸盐水泥，等厚度水泥土搅拌墙水泥浆液的水泥用量不小于580 kg/m3，稳定液膨润土用量不小于50 kg/m3，水泥浆的水灰比控制在0.8～2.0。为防止浆液离析，放浆前必须搅拌30 s后再倒入存浆桶；浆液性能试验指标为比重、黏度、稳定性以及初凝和终凝时间。凝固体的物理性能试验指标为抗压、抗折强度。现场质检员对水泥浆液进行比重检验，监督浆液质量和存放时间，水泥浆液随配随用，搅拌机和料斗中的水泥浆液需不断搅动。施工中使用的水泥浆液需经过严格过滤，过滤方法为在灰浆搅拌机与集料斗之间设置过滤网。浆液存放的有效时间应符合以下规定：当气温在10ºC以下时，不宜超过5 h；当气温在10ºC以上时，不宜超过3 h；浆液温度控制在5~40ºC，超出规定应废弃。
3.2.5铣削下钻搅拌
开动设备，缓慢下降铣头使其与地基土体接触，按规定要求注浆、供气。将铣轮的旋转速度控制在25～30 r/min，铣头下沉速度控制在0.2～1.0 m/min。铣头掘进至设计深度时，在墙底深度以上2～3 m的范围保持10 s左右，并且重复提升1～2次，重复提升的作用是清除墙体沉渣，保持墙底槽体的轮廓。在搅拌状态下，将铣轮速度控制在20～27 r/min，缓慢提升铣头，提升速度控制在1.0～1.5 m/min；注意避免在铣头提升过程中形成真空负压，使孔壁坍陷，影响墙体质量。
3.2.6提钻喷浆搅拌成墙
当铣头即将钻进至设计深度时，应放慢转进速度，加强测量，到达预定深度后，准备提钻。提钻时应保持喷浆，浆液水灰比需满足设计要求，提钻速度不应大于0.5 m/min，确保水泥土搅拌均匀和成墙效果达到要求。
3.2.7墙体连接
每幅墙体之间的连接咬合是地下连续墙施工的关键工序，必须保证连接处的墙体搅拌充分、均匀。墙体之间咬合带搭接长度不小于300 mm，转角处搭接为500～800 mm，严格控制上下幅墙体之间的连接质量。根据本项目的水泥土搅拌墙的布置，按一个起点连续施工至终点的顺序成槽，与地铁相邻段成槽时，采用跳打施工，其他部分可采用连续施工，每幅槽段的搭接时间不超过48 h，以免出现冷缝。墙体连接布置图如图3所示。
3.2.8场地清理
当铣削刀具提离地面一定距离后（一般为3m以上），将余料导回至沟槽内补充填墙料。多余的混合料需及时清理至指定地点存放或外运，避免在场地内凝结而影响下一循环的施工。
▍4 施工效果分析
4.1水泥土搅拌浆液试块强度试验
按照预先设定的试验方案，在铣削式水泥土搅拌墙的长度方向取3个位置（墙体顶部、底部和中部）的浆液制作试块，每个位置制作3组水泥土试块，每组有3个抗压试件，分类别进行标准养护，然后进行28 d无侧限抗压强度检测，试块的强度指标为1.03~1.26 MPa，满足设计方案中强度≥0.8 MPa的要求。
4.2水泥土搅拌墙原位钻孔取芯强度试验
水泥土搅拌墙成墙后，按照实验方案对墙体进行取芯试验。首先对需要取芯的位置进行编号分组，分2组进行现场取芯，第一组在成墙并养护28 d时取芯，共取3组，每组3个试件；第二组在成墙并养护3.2.8场地清理当铣削刀具提离地面一定距离后（一般为3m以上），将余料导回至沟槽内补充填墙料。多余的混合料需及时清理至指定地点存放或外运，避免在场地内凝结而影响下一循环的施工。
4施工效果分析
4.1水泥土搅拌浆液试块强度试验
按照预先设定的试验方案，在铣削式水泥土搅拌墙的长度方向取3个位置（墙体顶部、底部和中部）的浆液制作试块，每个位置制作3组水泥土试块，每组有3个抗压试件，分类别进行标准养护，然后进行28 d无侧限抗压强度检测，试块的强度指标为1.03~1.26 MPa，满足设计方案中强度≥0.8 MPa的要求。
4.2水泥土搅拌墙原位钻孔取芯强度试验
水泥土搅拌墙成墙后，按照实验方案对墙体进行取芯试验。首先对需要取芯的位置进行编号分组，分2组进行现场取芯，第一组在成墙并养护28 d时取芯，共取3组，每组3个试件；第二组在成墙并养护45 d时取芯，共取3组，每组3个试件。检查试件的颜色、长度、水泥土拌合的均匀性等，未发现断层且芯材色泽匀称，经检测，成墙28 d和成墙45d时墙身取芯部位的无侧限抗压强度代表值分别为0.93～1.31 MPa和0.97～3.55 MPa，均满足设计强度要求。
4.3水泥土搅拌墙渗透性试验
水泥土搅拌墙渗透性系数采用钻孔注水试验方法确定。选用上述2组取芯孔进行原位压水试验，测定墙体的渗透系数。每个孔位隔5 m进行一次压水渗透性试验，实测渗透系数均小于1.0×10-7 cm/s，满足设计要求。
4.4地层孔隙水压力监测
基坑开挖阶段，在基坑内、外侧同时埋设孔隙水压力监测计进行地层孔隙水压力监测，基坑内侧水压监测计埋设深度分别为6 m、12 m、18 m，基坑外水压监测计埋设深度分别为6 m、9 m、18 m、21 m。井点降水开启后，基坑内的水压变动明显，基坑外侧水压基本不变，井点降水3～4 d后，基坑内侧水压为0 MPa，基坑外侧水压稳定不变。实际开挖记录的基坑内情况为坑底无积水，止水帷幕止水效果良好。基坑水压监测点布置平面图如4所示。
以上试验结果全部满足设计要求，工程质量达标。在基坑开挖阶段，坑内无积水，支护系统安全稳定，施工过程顺利。
▍5 CSM工法施工的水泥土搅拌墙的应用前景
CSM工法施工的水泥土搅拌墙及其施工设备与传统的SMW（三轴搅拌桩）、TRD（水泥加固土连续墙）相比有明显优势，弥补了国内目前水泥土深搅技术的不足，该工艺的推广和应用前景广泛。
（1）CSM工法控制精度高，CSM工法施工的搅拌墙质量可靠，没有“冷缝”，连续墙体整体性好，抗渗能力强，目前其他成熟的工艺设备无法做到。
（2）CSM工法施工的地下连续墙的厚度可达0.7～1 m，国内已出现成墙厚度为1.5 m、墙幅宽2.8～3.0 m的施工记录。设备主机采用履带式或步履式底盘，液压柴油驱动系统，可360°旋转，应用灵活，便于转角施工。
（3）该技术具有地层适应能力强、施工速度快、成墙质量高等优点，特别适合在复杂地层中使用，尤其适用于深度在80 m以内的深基坑工程，符合目前国内基础设施建设的发展形势。
（4）CSM水泥土搅拌墙可与“H”形钢结合使用，代替传统地下连续墙。基坑工程完成后可回收“H”形钢重复使用，减少资源消耗，降低工程成本。
（5）CSM工法应用于地下轨道交通工程的地铁车站、换乘站、盾构进出洞的土体加固及基坑支护工程，能提高项目的施工效率，降低施工安全风险；该技术可拓展应用于防渗墙施工、地基土加固和改良等工程领域。
▍6 结 语
本文通过对北京地区某深基坑支护工程中CSM工法施工的水泥土搅拌墙的应用及其效果进行分析，为下一步的技术推广和工程应用积累经验和提供理论支持。因为国内相关技术文献较少，所以CSM工法相关技术的可靠性方面还需要更多的研究验证，以推动其不断走向成熟。将来可重点关注以下2个方面。
（1）CSM工法所需的钻杆高度可达60 m以上，因此设备的稳定性较低，在市区、机场、轨道交通沿线等安全等级较高的地段施工时存在一定的安全隐患，而且其配套设备较多，不太适用于工程规模较小的项目施工。后续需要进一步研究设备整合优化的可能性，以提升设备对地上、地下环境的适应性。
（2）CSM工法适用于大多数地质情况，与国内现有的成熟技术相比具有较大优势，但其施工设备在遇到岩石尤其是硬岩地层施工时，适应性问题还未得到完全解决，需要结合硬岩掘进的相关技术，进一步研究CSM工法施工设备对特殊地层的适应性。
来源：《企业科技与发展》
作者：黄建军
整理：项敏
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⽔泥⼟铣削搅拌墙 CSM工法
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：
施工阶段几乎没有震动，采用原位搅拌，对周边建筑物基础扰动小，可以贴近建筑物施工；
墙体的深度更大：
导杆式双轮铣深搅设备，施工深度可达53m，
悬吊式双轮铣深搅设备，施工深度可达80m。
导杆式 CSM工法主机
悬吊式 CSM工法主机
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