▍摘 要
摘要:通过以汉口滨江国际商务区(五期)P5，P8地块深基坑工程为实例，介绍了在紧邻长江的软土地区深厚承压水含水层的水文地质条件下，采用CSM工法双轮铣水泥土搅拌墙作为隔水帷幕，阻隔断基坑内外承压水，保护基坑及周边安全。通过钻芯取样检测、降水水位监测、基坑监测，分析证明该施工方法隔水效果良好、质量好，安全可靠、经济环保，为以后在深基坑支护、止水设计和施工提供了参考。
关键词:CSM工法水泥土搅拌墙;深基坑;止水帷幕;监测结果;应用效果
▍前 言
地下防渗止水作为地下空间开发和深基坑施工维护的重要组成，随着城市建设发展的推进，对其要求也越来越高。作为基坑防渗止水的较新工法，CSM双轮铣水泥土搅拌墙在复杂的地层和施工环境下，在保证施工过程中基坑的主体安全和建筑结构周边环境的稳定条件下，具有得天独厚的优势。
▍1 工法介绍
其主要原理是将原地层土铣削、搅拌与已破碎的原地基土通过钻具下面的一对液压铣轮充分混合后，在掺入水泥浆液的同时，形成一道连续的水泥土墙，有一定强度，止水性能好，这种水泥土搅拌墙还可以将工字钢、槽钢等各种各样型材插入到墙内，形成具有一定整体刚度的墙体，起到挡土、止水、防渗的作用。
▍2 工法优点
1)施工深度大，拌和质量好，适应地层面广。有墙面竖直的保证。该设备所搭载的测斜系统能够对墙体的工程参数，如垂直度、下放、提升速度等进行实时监测，从而实现信息化控制施工过程。
2)施工较高效，工期节约。单幅成墙宽度约2．8 m，装备行走和就位灵活，场地适应性强，同时半径较小的弯道施工作业可使用履带式装备。
3)施工工艺绿色环保，土的置换率不高。通过多个工地的施工，置换率在20%～30%之间。
4)成墙整体性能好，防渗效果好，施工速度快，噪声小，在超深基坑工程中的应用日益增多。
▍3 工程概况
3．1基坑及周边环境
汉口滨江国际商务区(五期)P5，P8地块项目，位于武汉市二七滨江商务区。基坑四周环境较为复杂，场地东侧外为沿江快速路，基坑边距离道路边线约60．0 m，道路宽约30．0 m，道路外为长江;南侧紧邻201路，西侧临近中山大道，靠近基坑侧有地下管廊，距离本项目红线约2．0 m。场地近似为矩形。基坑重要性等级为一级。三层地下室基坑挖深12 m，二层地下室基坑计算挖深8．2 m。
3．2地质条件、水文条件
原场地内分布的主要地层有:表层人工填积层、志留系中统坟头组泥质粉砂层和泥质粉砂层的第四系全新统冲积层黏土。地下水分为气孔水(包括上层滞水和承压水)和基岩裂隙水。按埋藏条件划分，分布于填土(地层代号①)层之中的孔隙水称为上层滞水，埋深约在地表下4．20 m～6．30 m之间;分布于砂土层(③1，③2)中的孔隙水称为承压水，埋深在地表下43．20 m～48．60 m，设计概况及地质情况见图1。
承压水的水位随季节而异，此水与长江水之水力，环环相扣，浑然一体。长江水在丰水的时候补地下水，长江水在枯水的时候补地下水，这两者有很强的互补性，所以长江水在枯水的时候补地下水。近期水位最高时在地表下深约1．00 m左右，最低时地表下深4．00 m左右。目前长江水位在绝对标高23．00 m多，高于场平完成后的绝对标高22 m。
3．3基坑止降水设计概况
基坑的主要支护形式是在地下室外围采用钻孔灌注桩(局部双排桩或桩锚支护结构)。支护桩外侧采用700 mm CSM水泥土墙止水帷幕，沿基坑外侧形成围合，墙深44 mm～49．6 mm，共设计214面墙。对于基坑内场地地下水降水采取的主要控制措施为CSM止水帷幕+36口深井疏干进行降水，基坑支护及CSM平面布置图见图2。
在基坑降水抽水时，坑内外承压水相互影响显著，为了减少基坑降承压水对周边环境的不利影响，防止基坑突涌，采用穿越砂层、进入强风化基岩不少于1．0 m，近50 m深的CSM工法等厚度水泥土搅拌墙作为落底式止水帷幕。
▍4 CSM技术难点、施工要点及注意事项
4．1施工难点
开挖时需要抽降承压水，基坑东侧距长江江滩90 m，离长江很近，在长江涨水期，且在基坑止水维护的防汛期关系到整个城市的防汛安全。如何降低基坑降水对周围环境的影响，基坑止水与防汛安全是本工程基坑设计和施工需要重点考虑的问题。
周边环境复杂，市政管线密集，基坑西侧距地下管廊约2 m，管廊施工与本项目交叉施工，本项目桩基与基坑同时施工，设备多，交叉作业多，CSM不能占道施工等都是难点。如何最大限度地减少施工对周边建筑的扰动和不良安全影响，确保基坑支护和开挖施工的顺利进行，是直接影响本工程基坑围护设计施工成败的关键因素。
为减少以后开挖土方工程量，减少桩基施工深度及CSM搅拌墙等支护结构的施工深度，本项目施工场地在原地坪基础上降低约3．5 m，即在施工之前开挖的坑中施工桩基及基坑支护结构，场地狭小，工期紧，CSM搅拌墙在坑中施工进入强风化隔水层1 m以上，施工最深达49．6 m，CSM搅拌墙施工难度大。
4．2施工要点
CSM工法选择双侧搭接套铣往复式跳打施工，操作者可以控制和随时调整铣头的位置与角度，通过触摸屏来保证有效控制所铣槽型墙体形状的垂直度。它的墙体垂直度控制在1/250以内;本工程CSM工法成墙深度较深，采用双浆液模式(即膨润土泥浆及水泥浆)，按每立方米搅拌土体掺入20%的水泥浆液，具体要根据设计和试制成墙的相关资料与1．5的水灰质量比而定，浆液温度控制在5℃~40℃范围内，超过规定的一律弃用。车尾空压机经手动阀和气压表配给的由输气管路压到钻头的气体，其量的大小随时可调，压缩空气在搅拌施工过程中不间断送气，控制约0．4 MPa～0．5 MPa的气压力。
适当调节铣轮转速，通常25 r/min，应控制上部黏土铣削钻进给量不大于0．8 r/min，下部砂土钻进不大于0．5 m/min，下沉与提升的搅拌时间关系图见图3。操作时特别要防止形成真空负压，压注浆液量应保持在250 L/min左右的控制范围内，通常注浆压力在0．5 MPa~3．0 MPa之间。
4．3注意事项
在施工中，要对施工质量控制要点给予足够的重视，要有效提高成墙质量;重视对产生的废泥浆进行泥砂分离等处理措施，确保现场整洁，降低因施工对环境的不利影响。
▍5 检验结果及应用效果分析
5．1钻芯检测结果
经过对场外试成墙进行开挖，并进行感观、强度等检验，开挖后每幅搅拌墙墙体垂直度良好，整体外形规则，厚度均匀，强度均一，外观良好。在基坑支护结构经过90 d的维护，对CSM工法等厚度水泥土拌墙进行钻孔取芯检测，在9处共获取CSM水泥土拌墙样品9份。墙身芯部的抗压强度范围从0．82 MPa到1．2 MPa不等，均不低于0．8 MPa的设计要求。其中编号C7，C195，C262号的墙幅取芯检测结果如表1所示。
5．2水位监测与基坑监测
因基坑与长江仅一沿江快速路堤之隔，基坑水位受长江水位影响较大。在所有水井均已施工完成，基坑开挖并抽降水后，对基坑外观测井及坑内降水井进行水位监测，显示出20 m～22 m区间为坑外承压水位高程，坑内水位高程降至11 m，降水期基坑内外水位对比图见图4。基坑降水效果表明，CSM工法搅拌墙具有可靠的止水功能，能有效阻隔坑外承压水流渗入坑内的补给，保证了外部承压水含水层对坑内水的补给作用，在基坑开挖、修复、抽减承压水过程中，降低了基坑降压对周边环境的不利影响。
CSM墙坑壁在基坑开挖和基坑施工维护过程中没有出现任何裂缝和渗漏，明显强于双轴和三轴作为止水幕布，降水周期中基坑支护结构沉降监测处于正常值范围，没有明显影响周边建筑、道路管线和环境监测。
5．3与SMW，TRD工法等相比的优势
在过去几年中，有三种较常规的工法应用在深基坑止水工艺，分别是SMW工法、TRD工法和CSM工法。CSM工法与其他两种常规的止水帷幕相比较，优势明显，施工深度大、适应复杂地层、适用范围更广。
1)常规SMW工法(三轴水泥土搅拌桩)施工深度小于30 m，采用超深桩机设备时其最大施工深度小于35 m，且深部施工质量不稳定，承压含水层隔断深度大于35 m的三轴水泥土搅拌桩不能使用。将常规三轴水泥土搅拌桩作为止水幕布应用于紧密砂层或软岩，施工难度较大。而CSM工法施工深度可达60 m，适应于紧密砂层或软岩，工效较高。
2)TRD工法(等厚水泥土搅拌拌和墙)适用于普通土、砂土、碎石、砾石层，粒径小于100 mm的软岩地层。施工最大深度可达60多米，搅拌均匀，适应地层广泛，但其动力在地面，TRD不适合在深部(40 m以下)存在较高强度的地层中成墙，无法主动判断墙底端地层变化，下部强度较高的地层有一定起伏时无法形成完整的落底帷幕，深度调节能力差，且造价较高。而CSM工法施工通过更换不同铣轮，可以适应软土、砂土、卵砾石、强风化岩等地层，复搅复喷精确控制墙顶标高，可以形成标高不一的空墙，水泥利用率更高，复杂条件下的适应性更有优势，无切割箱等设备因而不需要提前开挖导槽下放切割箱等复杂工序，比较适合在狭小空间施工。
5．4经济效益
本项目透水层埋深较深，设计止水帷幕最深达47 m，超过SMW最大施工深度35 m，SMW工艺不适合本项目。在本项目地质、设计条件下，可选TRD及CSM两种常规工法，以墙厚0．7 m为基准，TRD在每台班可施工180 m3，施工成本435元/m3;CSM每台班可施工230 m3，施工成本为400元/m3。本项目设计止水帷幕共计22 000 m3，采用CSM相比TRD，两种工艺按相同的最低水泥掺入量、最低单位水泥价格计算，CSM可节省成本77万元，按两种工艺都投入相同的2台设备，每设备每天施工16 h(按每天2台班)，则CSM相比TRD工期能提前六七天，经济效果明显。
5．5社会、环保效益
CSM施工工艺具有高效，规整的墙体形状，安全可靠的施工，良好的防渗效果，并能适应广泛的地层地质条件。能适用于地下水丰富，水位较高，且工程场地狭小，地处繁华地段，周边紧邻居民区，临江临河等软土复杂条件下的超深基坑止水。CSM自推广应用以来，在实施同类项目中积累了丰富的经验，建立了良好的社会声誉，得到了业内外和政府部门的一致认可。
▍6 结 论
在深基坑止水应用CSM双轮铣水泥土搅拌墙施工工法，设备的信息化和智能化的程度高，施工的水泥土搅拌墙质量可靠，施工噪声小，绿色环保，止水防渗效果良好，工艺先进，工效高，性价比高，经济适用，是目前较理想的一种深基坑止水方法，推广应用前景广阔。
来源：《山西建设》
作者：魏豪
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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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