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。 8 有待于进一步研究的问题

1）双轮铣深搅工艺施工时对土体的扰动研究。目前对三轴搅拌施工时引起周围土体内超孔隙水压力的变化规律已有相关研究，由于三轴搅拌是横向搅拌的，而双轮铣深搅工艺是竖向搅拌的，两者施工原理有很大不同，故对双轮铣深搅工艺可以进行类似的研究以进一步对比分析2种搅拌工艺的差异。

2）不同水泥掺量下的双轮铣水泥土搅拌墙强度研究。从已有的试验数据中可以看出，20%水泥掺量的CSM水泥土搅拌墙各深度抗压强度远高于设计值，为节约造价，节省水泥，可进行不同水泥掺量下的CSM水泥土搅拌墙的强度研究，以确定经济合理的水泥掺量[4-5]。 9 结语

随着城市建设的不断发展，建筑基坑的周边环境日趋复杂，邻河、邻地铁、邻既有建筑等项目不断增多；城市内项目场地用地面积受限于周边既有建筑，基坑与用地红线的距离也越来越小。

CSM深层搅拌墙施工技术因其施工深度深、止水效果好、施工效率高、环境扰动小、适应范围广等特点，故被越来越广泛地使用。 参考文献

【相关文献】

[1] 吴海艳,林森斌.CSM工法在深基坑支护工程中的应用[J].路基工程,2013(2):168-173. [2] 潘育民.浅谈三轴搅拌桩施工技术[J].价值工程,2015,34(21):101-102.

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