CSM工法等厚水泥土搅拌墙止水帷幕在深基坑围护中的应用

王昊

城地建设集团有限公司   上海市 200335

摘 要：基坑工程随着城市建设发展需求向深型、大型、复合型方向发展，传统的三轴搅拌桩工法在某些工程中已无法满足止水帷幕深度要求。本文以上海徐泾某深基坑工程为例，采用超50m深度CSM工法等厚水泥土搅拌墙止水帷幕来隔断承压含水层，并联合地下连续墙作为基坑围护结构。该工法止水效果良好，有效控制基坑施工对临近17号地铁线的不利影响。

关键词：超深基坑；CSM工法；止水帷幕

0 引言

随着基坑工程建设深度不断增大，上海地区的深层承压水对基坑建设的不利影响逐渐体现，尤其是坑内承压水的降水施工，将对基坑周边带来地面下沉、结构物沉降量及不均匀沉降过大的风险，必须采取有效措施隔断深层承压水层。目前常规的止水帷幕多采用三轴搅拌桩，但三轴搅拌桩施工深度有限，难以满足深层承压水层的隔断施工。

CSM工法等厚水泥土搅拌墙^[1]，又称双轮铣深层搅拌技术，该技术起源于德国宝娥公司，于2011年进入我国。该工法具有防渗效果好、绿色环保、施工效率高、土体置换低等优点，近些年作为深层止水帷幕^[2][3]、围护结构在国内得到广泛应用。本文依托上海徐泾某深基坑工程，介绍深度52m的CSM工法等厚水泥土搅拌墙止水帷幕隔施工及效果，为上海地区深层承压水的新型隔断技术提供一定参考。

1、工程概况

本项目位于上海市青浦区徐泾镇，所在地块处于虹桥商务区西侧，距离商务核心区3公里。上部建筑分别为2栋11层和12层的办公楼，以及1栋14层的酒店，各单体共用一个地下室，地下两层，基坑挖深约10米，地块北侧设计为虹桥商务区的3#能源站，基坑挖深约20米。项目北侧为地铁17#线，周边环境保护要求较高。

2、地质条件

2.1工程地质条件

根据勘察资料，场地内涉及基坑支护的土层及土的物理力学性质见表1.1。场地内中部自南向北有暗滨分布，场地范围内西南侧部分区域有混凝土地坪，浅部填土厚度约1.60-4.8m，需注意本场地填土较厚，一般厚度约2.0m，局部最深处可达4.8m。

表1 土的物理力学性质

层号	土层名称	γ (kN/m³)	c (kPa)	φ (°)	KV (cm/s)	KH (cm/s)
①	杂填土	18	8	10
②1	褐黄-灰黄色粉质粘土夹粘质粉土	19.0	20	21.5	2.28e-06	3.29e-06
②3	灰色砂质粉土	18.8	6	30.5	1.69e-04	2.53e-04
③	灰色淤泥质粉质粘土	17.9	14	18.5	5.88e-07	2.79e-06
⑤1-1	灰色粘土	17.4	13	13.5	9.88e-08	1.26e-07
⑤1-2	灰色粘质粉土	18.0	15	18.0	4.96e-07	7.15e-07
⑥	暗绿色粉质粘土	19.6	43	19.5	1.04e-07	1.29e-07
⑦1	草黄色砂质粉土夹粉质粘土	19.1	20	27.5	7.76e-05	1.44e-04
⑦夹	灰色粉质粘土	18.6	21	23.0	4.75e-07	7.81e-07
⑦2	灰色粉砂	19.0	5	33.5	7.76e-04	1.00e-03
⑨	灰色粉砂	19.2	3	34.0

2.2地下水条件

本次勘察深度以内地下水主要为孔隙潜水、孔隙承压水。拟建场地浅部地下水属潜水类型，主要补给来源为大气降水和地表水。据勘察报告，浅部土层潜水位水位埋深为0.75~2.30m，平均水位埋深1.44m，相应水位埋深标高2.59m~3.83m；承压水主要分布在⑦土层，对于本工程，在基坑开挖时，⑦层第一承压含水层对其有影响，可能会造成基坑突涌。

2.3基坑周边环境.

本场地位于上海市青浦区徐泾镇，基坑周边环境如下所述：东至潘臻路，西至27-07地块（科研公司），南至27-05地块（部队预留地块），北至老洋泾港。北侧红线距离17号线盾构边界约51m，周边环境较为复杂。

3、围护方案设计

本工程I区围护采用Φ900/Φ950/Φ1000钻孔灌注桩；外侧采用一排3Φ850@1200三轴搅拌桩止水，搅拌桩与灌注桩之间设压密注浆。Ⅱ区基坑支护体系采用1000 mm厚的地下连续墙（南侧邻近商办区域采用800mm厚地下连续墙），并与地下室外墙两墙合一；地墙外侧采用52m深度等厚水泥土搅拌墙作为止水帷幕（南侧采用依靠地下连续墙进行自防水）。

图1 基坑平面及周边环境示意图

图2 超深CSM工法等厚水泥土搅拌墙止水帷幕断面示意图

4、工程特点及难点

4.1工程特点

拟建场地现为空地，场地轮廓呈“长方形状”。本工程量大、工期紧、设备多、周边环境复杂，针对客观条件进行认真深入的工程分析，策划、制定各项应对措施，在业主要求的工期内内施工完成围护工程，需要合理安排桩机施工流程及行走路线。根据本工程施工条件情况，从安全的角度出发，结合施工工艺、施工周期等因素，施工总体思路，应在了解工勘和现场实际情况及设计技术交底的前提下组织并精心安排施工。

4.2工程难点及处理措施

本工程难点及对应的处理措施详见表2

表2 难点及处理措施一览表

序号	控制因素	处理措施
1	周边市政道路及管线保护	1、施工前我司会积极参与业主单位及市政管道单位的管线交底。 2、根据业主或市政管道单位提供的管线布置图，进行现场管线实测，准确知道相关管线位置，便于施工保护管线。如条件允许我司将管线挖出并架空。 3、施工到管线较近的位置，我司将降低施工速率，以便减少该侧土体扰动，保护管线。 4、基坑施工期间及基坑开挖期间加强监测，如报警了，应停止施工。并查找原因解决后在开工。 5、由于物探并未探出煤气管道具体位置，我司施工前应对该管线进行实探，查找出该煤气管线的具体位置，以便解决此事，是迁走还是保护进场后根据具体情况进行处理。
2	施工时场地内移动电缆	1、施工前查明电缆所在位置。 2、施工时把电缆线挖出，裸露在地表，并修筑一条明沟，上面铺设钢板覆盖。
3	北侧河道保护	1、施工前和监测单位对河道进行监测工作，并形成书面文件。 2、施工前应找水务部门了解河道的基础形式。 3、施工时对河道附近应放慢施工速度。

5 围护施工方案

5.1 CSM工法等厚水泥土搅拌墙施工方法

本工程Ⅱ区止水帷幕采用等厚度水泥土搅拌墙，幅长2800mm，搭接300mm；水灰比1.0~1.2，水泥掺量为20%，水泥浆液压力大于0.3MPa，开始正式施工前应在现场进行不少于3幅的工艺性试验，以调整并确定各项施工参数。

本次施工使用双轮铣深搅设备，采用“硬铣工法”，施工流程为：清场备料、测量放线、安装调试、开沟铺板、移机定位、掘进搅拌、回转提升、成墙移机。

图3 “硬铣工法”槽段示意图

等厚水泥土搅拌墙施工方法为：等厚水泥土搅拌墙定位放样、预挖导沟、等厚水泥土工法设备就位、铣头与槽段位置对正、铣轮下沉注水切铣原位土体至设计深度、铣轮提升注水泥浆同步搅拌成墙、钻杆清洗、废泥浆收集、集中外运、移动至下一槽段位置、重复上述步骤。

为保证工程质量，要求：

1、在施工过程中使用过程质量控制表对整个施工过程、每一道工序实施过程控制，做到每一道工序责任落实到人。

2、施工过程中水泥浆液应按设计配合比配置，制备好的浆液不得离析，泵送必须持续，不得中断。相邻槽段喷浆工艺的施工时间间隔不大于10小时。下沉速度控制在50~80cm/min，提升速度控制在80~100cm/min；墙体的垂直度偏差不得大于50mm。

3、应在现场进行不少于3幅墙工艺性实验，以调整并确定各项施工参数。

4、CSM等厚水泥土搅拌墙检测方法为钻孔取芯，取芯数量不宜少于总桩数的2%，且不应少于3根，钻孔取芯完成后的空隙应及时注浆填充。

5.2 地下连续墙施工方案

本工程地下连续墙厚度为0.8m~1.0m, 墙深39.0m～50.2m，共71幅。

根据场地情况及各阶段节点工期要求，本工程拟配备1台成槽机。暂配备地墙钢筋笼吊装采用200T和300T履带吊各一台机作为主副吊。

地连墙施工工艺流程如下：准备开挖的地下连续墙沟槽、用液压成槽机进行沟槽开挖、安放工字钢接头、吊放钢筋笼、浇灌水下混凝土、槽段完工。

施工方法为：测量放样、钢筋笼标高控制、导墙制作、泥浆制作、成槽施工、槽深测量及控制、钢筋笼的制作、吊放、水下砼浇筑、锁口管顶拔。

为保证工程质量，要求：

1.控制导墙垂直度、轴线、宽度；

2.控制新浆、循环浆的比重、粘度、失水量、泥皮厚度、PH值等指标；

3.控制成槽垂直度、槽段厚度、槽段宽度、沉渣厚度等；

4.控制钢筋焊接、预埋件位置、钢筋接驳器位置、插筋位置、钢筋规格、数量、间距、钢筋笼的长宽厚尺寸等；

5.控制混凝土的初灌量、上升速度、墙顶标高、混凝土坍落度等。

6、监测数据

施工过程中各监测点监测情况表2所示

表3 监测数据汇总表

序号	监测项目	累计变量最大		报警值		累计量报警点数
		测点编号	变化量(mm)	日变量(mm)	变化量(mm)
01	管线竖向位移	Y05	-81.81	±2	±10	58
02	道路地表竖向位移	DB03-2	-78.86	±4	±45	2
03	基坑地表竖向位移	B03-1	-57.76	±4	±45	1
04	河堤竖向位移	HD06	-24.29	±2	±20
05	立柱竖向位移	L08	9.41	±2	±35
06	围护体顶部竖向位移	C05	2.38	±4	±50
07	围护体顶部水平位移	S05	16.10	±4	±50
11	围护体深层侧向水平位移	CX05	21.73	±4	±50
12	土体深层侧向水平位移	T03	27.04	±4	±50

根据勘察报告，管线数据受前期围护施工影响，部分管线竖向位移测点累计数据报警，其他监测数据处于安全状态。目前管线监测数据变化趋势基本稳定。工后各项水平位移、沉降指标均符合相关规范，工后效果良好。

7、结语

本工程中⑦层第一承压含水层对其有影响，可能会造成基坑突涌。为保证基坑稳定性，采用超深CSM工法等厚水泥土搅拌墙将深层承压含水层进行隔断，是本项目顺利实施的关键技术。

（1）对3幅CSM工法等厚水泥土搅拌墙的工艺进行现场试验，确定适合本项目土层特性的CSM工法施工参数；

（2）严格控制CSM工法的主要施工参数，相邻槽段喷浆工艺的施工时间间隔不大于10小时。下沉速度控制在50~80cm/min，提升速度控制在80~100cm/min；墙体的垂直度偏差不得大于50mm。

（3）基坑开挖过程基坑各项监测数据显示，本项目中采用超深CSM工法等厚水泥土搅拌墙隔断深层承压含水层效果良好，围护体和土体的深层水平位移均满足设计要求，周边临近地铁高架区间及相关管线无明显破坏。

参考文献：

[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]高凤栋,廖春华,胡正亮,等.CSM 工法在天津软土地区超深基坑的应用[J].探矿工程(岩土钻掘工程), 2014,41(5):77–80.

[3]李成巍,梁志荣,魏祥等.CSM工法在软土地区深基坑承压水控制中的应用[J].岩土工程学报,2019年,41(增刊2):125-128.