浅谈CSM 工法在深基坑支护工程中的应用

2020-12-21杨坤桂

河南建材 2020年12期

关键词：工法型钢工程地质

杨坤桂

合诚工程咨询集团股份有限公司（361000）

CSM(双轮铣深层搅拌）工法施工速度快，比较适合应用在复杂场地，有着较好的防渗效果、垂直控制度以及环保效果，可应用在地基加固、基坑止水帷幕、基坑挡土墙等多项工程中。

1 CSM 工法简介

1.1 阐述 CSM 工法

CSM 是一种新型的双轮铣深层搅拌水泥土地下连续墙的施工工法。这项技术起源于德国的双轮切削和铣削技术，是结合目前的液压槽铣床和深层搅拌技术的一种新型岩土工程施工技术（如图1 所示）。在施工现场掺入膨润土和水泥浆，可用于防渗墙、止水帷幕、挡土墙、地基加固等工程。与其他深层搅拌技术相比，CSM 技术对地层具有较高的适应性，能够切割坚硬地层，如岩层。

图1 双轮铣深搅设备平面布置示意图

1.2 特征

设备采用杆式结构，成桩的深度远大于常规的设备，深度最大为48 m，可成墙厚度分别为800 mm、1 000 mm、1 200 mm，单次成槽宽度 2 800 mm，套铣宽度 300～400 mm。设备的成桩深度、尺寸、垂直度等控制准确，能够确保施工质量和工艺，从而实现无缝墙体，开展无缝连接。设备有着较高的使用率和功效。设备在地层上有着适应性，无论是软土或者是岩石地层均能够进行切削搅拌。设备有着较高的自动化程度，各功能部位均可设置传感器。实施过程可实时掌控施工质量，在施工时不会有振动情况出现。

2 工程概况及工程地质条件

2.1 工程概况

漳州建发玺院项目由福建兆和房地产有限公司投资建设，香港华艺设计顾问有限公司设计，厦门华岩勘测设计有限公司勘察，合诚工程咨询集团股份有限公司承担项目的监理业务。

项目位于漳州市龙文区步文镇湖阁路与湖滨路交汇处，北侧为建发碧湖双玺住宅用地，东侧碧湖生态公园，西侧为已建安置房，南侧为城投碧湖城市广场用地。总建筑的面积为166 756.95 m2，其中地下建筑面积为35 900.6 m2，地上建筑面积为130 856.3 m2。除 3#、4#、6#楼为 2 层地下室以外，其余楼栋均为 1 层地下室。1#、6#楼地上 39 层，2#楼地上 25 层，3#楼地上 12 层，4#楼地上 33 层，5#楼地上 32 层，7～18#楼地上 3 层。

根据设计图纸要求，本基坑开挖深度4.0～9.1 m。2 层地下室的支护结构为CSM 工法桩支护，桩身长度进入残积黏性土层大于等于2 m，墙厚800 mm，每幅长度 2.8 m，内插 700×300×13×24H 型钢，型钢间距1.2 m。本基坑支护侧壁安全等级为二级，重要性系数为1.0。基坑坡顶2 m 范围内不得堆载，2 m 外严禁超载。场地地面附加荷载按20 KPa 考虑，其余区域地面附加荷载按10 KPa 考虑。

2.2 工程地质条件

根据现场钻探土质鉴别，结合现场原位测试和室内土工试验结果，在钻孔揭露深度范围内，对场地各岩土层的评价如下。

1）素填土。其土壤裸露在地表，分布在整个场地。该层底坡基本平缓，总体分布均匀。此层的强度较低，压缩性能较好，但是工程地质性能差。

2）细砂。此层分布于场地各处，具有液化倾向、中等压缩性、中等强度，属于一般工程，性能属于中等。

3）粉质黏土。该层主要是在场地北侧分布，部分钻孔压缩性高、强度低、工程地质性能差。

4）淤泥质土。该层钻孔多分布于深部，力学性能较差，属于低强度、高压缩性地基土，有着较差的工程地质性。

5）中砂。主要分布在场地南侧，有68 个钻孔，物理性质指标好，有着较高的强度，土层的工程性能也较好。

6）圆砾。分布在全场地，有着较好的工程地质性，但却属于中等强度，具有压缩性，能够作为拟建建筑物地基持力层。

7）残积黏性土。在此层面虽然存在钻孔缺失，但是剩余钻孔也分布在各处，力学性质好，但埋深深度大，不适合作为天然地基基础持力层。在使用过程中需要注意土层的水稳性，在浸泡后，容易让土体崩解。

8）全风化花岗岩。该层水平方向分布较均匀，但垂直方向随深度风化程度逐渐减弱，均匀性较差，属具较高强度、较低压缩性地基土，工程力学性质及稳定性较好，可作为拟建物桩基础桩端持力层。

3 CSM 工法施工工艺

1）现场场地。施工场地碾压平整密实，铺设30 mm 厚钢板确保设备行走和施工时机身平稳。对局部松散的土层，事前回填渣土，分层夯实或注入水泥与原状土混合，场地承重荷载以能行走双轮铣削搅拌钻机为准，以确保施工机械的安全[1]。

2）CSM 施工方法墙体放样。根据甲方提供坐标基准点、总平面布置图、围护工程施工图。按图放出桩位控制线，设立临时控制标志，并进行技术复核。

3）沟槽开挖。当CSM 施工墙体放线以后，先将地下连续墙导墙处原混凝土拆除，用1 000 mm×1 000 mm 宽的1m3挖掘机挖沟，及时清除地下障碍物，确保双轮铣搅拌墙能够正常开展工作。

4）双轮铣搅拌机就位。双轮铣搅拌机铣头需要在墙中心线及各标线上定位，应合理控制偏差在±2 cm。操作者通过触摸控制和调整铣削头的姿态及安装在铣削头内部的测斜仪，可进行墙体的垂直精度管理。墙体的垂直度不大于1/300。

5）铣进搅拌。本项目设计铣削深度为大于设计深度0.2 m。控制铣轮下沉和提升速度，尽量作到匀速下沉和提升，保证成墙质量均匀。对下沉较困难地层可根据速度差异调整该地层水泥浆流量，以保证水泥上下掺入均匀。在掘进过程中按规定一次注浆完毕，注浆压力控制在2.0～3.0 MPa。下沉成槽时每立方被搅拌土体掺入50～100 Kg 膨润土，膨润土泥浆的配合比通常为70～90 kg/m3。在提升成墙搅拌时，实体墙水泥掺量为360 kg/m3+90 kg/m3膨润土，水灰比控制在1.0～1.2。整个过程气压应控制在0.5～0.8 MPa。CSM 工法施工过程会产生废泥浆，废泥浆的体积大约为合成槽体积的20%。施工中该部位的废泥浆用水泵抽出，排入废泥浆池沉淀。

6）H 型钢插入。型钢插入前应先均匀涂刷减摩剂，在沟槽定位线上标识型钢插入平面位置，然后将H 型钢中心对准桩位中心，用线锤校核垂直度，慢慢垂直插入水泥土搅拌桩体内，下插至设计深度。型钢插入长度、垂直度、平面位置应符合设计要求。

7）墙体搭接。在施工时严格控制桩位并作出标识，确保搭接满足30 cm，以达到墙体整体连续及止水效果。为了让墙体搭接效果更理想，应防止顺幅施工两个铣轮铣削强度不同造成墙体偏位的情况，双轮铣搅拌墙作业需要使用跳打施工方式，可以确保墙幅之间有足够的搭接长度（如图2 所示）。搭接施工相邻桩的间歇时间不超过24 h，当搭接施工超过24 h 就要放慢搅拌速度，确保接缝施工质量。

图2 墙体搭接长度

CSM 工法水泥土搅拌墙成墙允许偏差应符合表1 的规定。

8）处理特殊情况。分析了可能导致施工缝出现的施工环节和因素，并详细确定了搭接长度，制订了人员、设备、材料等有针对性的应急物资和应急处理方案，以保证墙体搭设区的墙体强度和搅拌均匀性。在排除异常故障时，要加强设备维护保养，每班重点检查动力系统、铣头、铣刀，配备备用发电机组。在电源异常的情况下，备用发电机组可及时恢复泥浆供应、气压和正常混合操作，从而避免因延迟造成的钻探事故。为保证试验技术参数和质量的准确性，要配备专门的质检工程人员，各班组质检员要及时跟踪监测过程，严格监控CSM 工法施工流程和成型墙体质量，保证工程顺利开展。若是发现出现质量问题，则应在第一时间和业主、设计单位联系，便于及时制订补救方案，避免造成更大的经济损失[2]。

9）型钢拔出回收。地下室主体结构施工完毕且恢复地面后，开始拔除H 型钢，采用液压千斤顶，利用混凝土圈梁的反力座，在H 钢端头上装插板，把H 钢接长，再安装上夹具，用2 只液压千斤顶将H型钢顶松、顶起，逐步将H 型钢顶出地面。用吊车吊牢H 型钢，待H 型钢全部拔起后，现场放平并统一堆放。用水灰比为1.0 的水泥浆填充H 型钢拔出后的空隙，减少对周围建筑物的影响。