CSM工法在天津軟土地區(qū)超深基坑的應用

高鳳棟，廖春華，胡正亮，李海兵

(天津市津勘巖土工程股份有限公司，天津 300191)

0 前言

隨著城市的快速發(fā)展，地下空間的開發(fā)與利用已成必然趨勢，基坑開挖深度也不斷加大。深基坑多位于城市市區(qū)內(nèi)，周圍建筑物繁多、道路交錯、地下管線縱橫分布，對深基坑支護工程提出更嚴格、更復雜的技術(shù)要求，不僅要確保支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，還必須滿足變形控制的要求。深基坑工程呈現(xiàn)出了深度深、規(guī)模大、條件多、變形小的趨勢，傳統(tǒng)的深基坑設計與施工技術(shù)難以滿足現(xiàn)代深基坑工程的需要。近年來，與之有關(guān)的地下工程支護設計、施工技術(shù)和工藝、施工設備出現(xiàn)了深刻變革，更高效、更安全可靠、更經(jīng)濟的施工技術(shù)和工藝、施工設備不斷出現(xiàn)，如:TRD工法、CSM工法等。通過調(diào)研，對各工藝進行綜合分析比較，CSM工法又具有更大的優(yōu)勢和發(fā)展前景，因為CSM工法具有施工速度快，適合復雜場地條件下施工(占用施工場地小)，垂直度控制精度高(攪拌垂直度可達1‰)，防滲效果好 (滲透系數(shù)約5.0×10－10)，削銑能力強(可削銑 35 MPa以下地層)，成墻質(zhì)量高 (7天強度可達3 MPa)和環(huán)保效果好等特點[1]，可適用于超深基坑止水帷幕及支護樁等工程。

本文結(jié)合天津華潤紫陽里停車場項目深基坑工程實例，綜合實際工程效果及監(jiān)測數(shù)據(jù)，對CSM法內(nèi)插H型鋼的支護形式在天津軟土地區(qū)的應用前景進行總結(jié)分析。

1 CSM工法簡介

CSM是Cutter Soil Mixing(銑削深層攪拌技術(shù))的縮寫，是一種創(chuàng)新性深層攪拌施工工法。本工法源自德國寶峨公司2003年開發(fā)的雙輪銑深層攪拌技術(shù)，結(jié)合了現(xiàn)有的液壓銑槽機和深層攪拌技術(shù)進行創(chuàng)新的巖土工程施工技術(shù)[2]。雙輪銑深攪工藝具有以下特點:(1)施工過程的各項參數(shù)如深度、水泥漿流量、垂直度、銑輪旋轉(zhuǎn)速度等信息實時顯示在駕駛室的操作屏幕上，供作業(yè)人員即時監(jiān)測、判斷、調(diào)整施工工況和設備運轉(zhuǎn)情況，實現(xiàn)了施工全過程控制，從而提高工程質(zhì)量和可靠度;(2)銑輪的切削扭矩大，最大可達100 kN·m，可以用于較堅硬的地層，如粉砂、砂層、卵礫石層等復雜地層，有很強的地層適應能力;(3)內(nèi)插勁性材料后可以將擋土止水集為一體;(4)止水效果極佳;(5)施工深度大，目前桿式設備已到達48.50 m，懸掛式的可達60 m;(6)水泥土均勻且強度高;(7)垂直度控制較好。鑒于雙輪銑深攪工藝和設備的優(yōu)勢、特點，其可以很好的解決目前深基坑施工中存在的問題，極大的提高了地下工程施工的安全可靠性。

該工法在德國、日本及荷蘭等國的防滲、擋土墻和基礎工程中廣泛應用[3]，在國內(nèi)，天津地區(qū)對CSM在超深基坑的應用走在全國的前列，完成了十幾個工程實例，主要應用于止水帷幕及擋土墻，在天津地鐵車站及民用建筑地下車庫等多個超深基坑中得到了應用，取得了很好的效果。目前國內(nèi)引進的設備采用的是Bauer BC40主機，施工最深可達到48 m，成墻厚度為800、1000及1200 mm，單次成槽寬度為2800 mm，套輪寬度為300～400 mm，設備如圖1所示。

圖1 Bauer BC40型CSM設備

2 工程概況及工程地質(zhì)條件

2.1 工程概況

華潤紫陽里停車場項目基坑工程位于天津市和平區(qū)商業(yè)繁華的勸業(yè)場地區(qū)，人流密集;項目周邊鄰近狹窄的道路，地下結(jié)構(gòu)外邊線距離用地紅線1.1～3.2 m，場地緊張，基坑周邊存在大量的地下管線，東、西、北3側(cè)緊鄰居民區(qū)樓房，為天然基礎，對變形要求嚴格，如圖2所示。整體3層地下室，基坑開挖深度14.4 m，基坑面積約9390 m2，基坑周長為380 m。

圖2 工程總平面布置圖

2.2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

本工程位于天津市和平區(qū)，屬于軟土地區(qū)，場地范圍內(nèi)主要存在雜填土、粘土、粉質(zhì)粘土及粉土等土層，本場地⑨2粉土層為第一微承壓水含水層，瑏瑡2粉土層為第二微承壓水含水層，土層總體特征是含水率高、孔隙比大、強度低，壓縮性高、整體透水性較弱?；佑绊懮疃葍?nèi)各土層物理力學性質(zhì)參數(shù)如表1所示。

表1 土層物理力學性質(zhì)綜合成果表

3 基坑支護方案

3.1 圍護方案優(yōu)選

本深基坑工程主要具有以下特點:(1)基坑挖深約為14.4 m，屬于超深基坑，基坑側(cè)壁安全等級為一級;(2)地質(zhì)條件相對較差，屬于軟土地區(qū);(3)距離周邊道路、地下管線及居民區(qū)建筑較近，施工場地受限制，對變形要求嚴格。

經(jīng)過研究，根據(jù)本基坑的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件，結(jié)合周邊環(huán)境及基坑深度，SMW工法[4]圍護不適合該基坑，因此，圍護結(jié)構(gòu)有3種方式可以選擇:CSM工法、地下連續(xù)墻及鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁止水帷幕，其經(jīng)濟技術(shù)比較見表2所示。

表2 圍護結(jié)構(gòu)經(jīng)濟技術(shù)比較表

對同一個深基坑而言，可選擇的支護方案一般有多種，不同的方案都存在不同的優(yōu)缺點。就深基坑而言，需要綜合安全性、經(jīng)濟性以及可行性等多個方面進行考慮。從表2可以看出，地下連續(xù)墻的造價比較高，鉆孔灌注樁+止水帷幕的方案占地空間較大，部分區(qū)域超出用地紅線，而CSM方案，造價最低，計算變形滿足要求，占地空間小，因此，最終選擇CSM工法圍護方案。

3.2 方案簡介

本工程結(jié)合了工程結(jié)構(gòu)形式及場地特點，在保證安全的前提下，突出了快(縮短工期)、省(節(jié)約造價)、易(方便施工)?；又ёo總體思路為:開挖深度14.4 m，基坑擋土止水體系采用800 mm厚雙輪銑水泥土深層攪拌墻內(nèi)插H700×300×13×24 mm型鋼，型鋼間距800 mm。雙輪銑深層攪拌墻成墻深度為地表以下27.3 m，型鋼有效長度24.0 m，3道鋼筋混凝土內(nèi)支撐，如圖3所示。

基坑圍護體的計算采用規(guī)范推薦的豎向彈性地基梁法[5]，按水土合算，土的c、φ值采用直剪快剪指標標準值，地面超載取15 kPa。計算結(jié)果見表3。

4 施工情況及效果

4.1 施工情況簡介

華潤紫陽里停車場項目于2012年9月初開始進場施工，整個工程共完成138幅CSM攪拌墻，墻有效長度25.5 m，插入型鋼466根，型鋼長度24 m，CSM墻及型鋼施工歷經(jīng)45天，2012年12月初基坑開挖到底，地下結(jié)構(gòu)已施工完畢并回填，型鋼已回拔，型鋼回收率95.8%。施工過程中未發(fā)現(xiàn)滲漏情況，土方開挖及降水順利進行，如圖4所示。

圖3 圍護方案剖面圖

表3 基坑圍護計算結(jié)果表

圖4 基坑開挖效果圖

4.2 基坑監(jiān)測結(jié)果

在施工期間對深基坑的樁頂?shù)乃轿灰坪椭苓叺缆烦两盗窟M行了監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果如圖5、圖6所示。

從圖5及圖6可以看出，深基坑開挖卸荷后，樁頂?shù)乃轿灰撇粩嗟募哟螅詈筅呌诨痉€(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定后樁頂?shù)淖畲笏轿灰茷?7.5 mm，周邊道路最大沉降值為15.7 mm，均滿足規(guī)范和保護周邊環(huán)境的要求。

5 CSM工法應用前景分析

鑒于雙輪銑深攪工藝和設備的優(yōu)勢、特點，其可以很好的解決目前深基坑施工中存在的問題，極大的提高了地下工程施工的安全可靠性。根據(jù)國外的應用案例和國內(nèi)目前地下工程的開發(fā)情況，該工藝在以下方面具有廣泛的應用前景。

圖5 樁頂位移曲線圖

圖6 周邊道路沉降監(jiān)測值

(1)深度＞14 m超深基坑或城市中心周邊環(huán)境復雜、保護要求較高的止水帷幕工程，因其可靠的接頭處理方式和較高的垂直度，形成一種無縫的水泥土止水墻體，最大限度的避免了因地下水造成的安全和質(zhì)量事故。

(2)CSM工法+H型鋼代替?zhèn)鹘y(tǒng)連續(xù)墻，基坑工程完成后，可以回拔H型鋼重復利用，減少資源消耗，降低工程成本。

(3)地下軌道交通工程的地鐵車站、換乘站等的基坑支護工程擋土止水體系。

(4)地下軌道交通工程盾構(gòu)進出洞的加固，可以有效降低地鐵盾構(gòu)施工進出洞的風險。

(5)水利工程的防滲墻，因該工法使用建筑材料水泥單一廣泛，且施工深度較大，形成的墻體強度高，止水性能極佳，且可以有效節(jié)約資源，降低成本。

6 結(jié)語

(1)通過CSM工法在華潤紫陽里地下停車場項目超深基坑中的成功實施表明:CSM工法內(nèi)插型鋼，對周邊環(huán)境影響小，有利于保護周邊建筑及基礎設施，施工泥漿易處理，有利于城市環(huán)保，墻體無縫搭接成墻效果好，工期快，占地小，造價相對較低，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)地下連續(xù)墻工藝作為超深基坑的圍護結(jié)構(gòu)，安全可行，特別是結(jié)合天津軟土地區(qū)的地層特點，CSM工法作為一種新的工藝值得廣泛應用和大力推廣。

(2)CSM工法相比其它圍護結(jié)構(gòu)具有很多優(yōu)勢，如設備行走施工便利、垂直精度高、削銑能力強、防滲效果好、功效高、占地小、環(huán)保等優(yōu)點，對于目前天津地下空間的開發(fā)利用，是一種機遇、也是一種挑戰(zhàn)。

(3)CSM工法作圍護結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)分離，主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻可以施工外防水，與地下連續(xù)墻相比主體結(jié)構(gòu)整體性及防水性能均較好，可降低后期圍護成本。

(4)在國際上，CSM工法已經(jīng)是一種很成熟的工藝，各發(fā)達國家在積極提升、推廣該工藝的應用。在國內(nèi)，天津地區(qū)在CSM工法的引進走在前列，作為防滲墻和擋土墻成功實施了十幾個項目，取得了良好的效果。隨著CSM工法理論的完善和施工的創(chuàng)新發(fā)展，CSM工法憑借其獨特的優(yōu)勢，在軟土地區(qū)的地下空間資源開發(fā)中將發(fā)揮更大的作用。

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