雙輪銑深層攪拌水泥土地下連續(xù)墻的應用

□文/鄭習羽 于永廣

雙輪銑深層攪拌水泥土地下連續(xù)墻的應用

□文/鄭習羽 于永廣

文章首先對雙輪銑深層攪拌水泥土地下連續(xù)墻（CSM）工法概念、發(fā)展、工藝流程及性能特點進行介紹，再通過對天津地鐵建設(shè)中對雙輪銑深層攪拌水泥土地下連續(xù)墻工法的應用實例情況的介紹，提出了天津地鐵將來更好的應用雙輪銑深層攪拌水泥土地下連續(xù)墻工法的前景。

雙輪銑；深層攪拌；水泥土；地下連續(xù)墻；地鐵；CSM

面對天津地區(qū)多水、復雜的地質(zhì)條件，超大、超深地下工程仍采用傳統(tǒng)施工工藝和技術(shù)設(shè)備已無法滿足安全高效的要求，所以必須尋求更好的施工工法。

1　雙輪銑深層攪拌水泥土地下連續(xù)墻（CSM）工法

1.1概念

雙輪銑深層攪拌水泥土地下連續(xù)墻（簡稱CSM）工法是一種創(chuàng)新性深層攪拌施工方法，是結(jié)合現(xiàn)有液壓銑槽機和深層攪拌技術(shù)進行創(chuàng)新的巖土工程施工新技術(shù)。即通過兩個銑輪繞水平軸旋轉(zhuǎn)切削破碎原位土體，注入水泥漿液充分攪拌形成均勻的水泥土墻體，可用作防滲墻、擋土墻或?qū)Φ貙舆M行加固處理。與傳統(tǒng)深層攪拌工法的不同之處在于以兩組銑輪繞水平軸向旋轉(zhuǎn)攪拌方式，形成矩形加固墻體，而非以單軸或多軸攪拌頭繞豎直軸旋轉(zhuǎn)，形成圓柱形的咬合加固墻體。

1.2工藝流程

1）CSM工法墻定位放樣。

2）預挖導溝，一般導溝寬1.0～1.5m，深0.8～1.0m。

3）CSM工法設(shè)備就位，銑頭與槽段位置對正。

4）銑輪下沉注水切銑原位土體至設(shè)計深度。

5）銑輪提升注水泥漿同步攪拌成墻。

6）鉆桿清洗，廢泥漿收集，集中外運。

7）移動至下一槽段位置，重復上述6個步驟。

1.3性能特點

1）具有高削掘性能，地層適應性強。雙輪銑深層攪拌銑頭具有高達100kN·m的扭矩，導桿采用卷揚加壓系統(tǒng)，銑頭的刀具采用合金材料，400 kW的動力保障，可以削掘卵礫石、密實的粉土、砂土等硬地層，也可切削強度在15 MPa以下軟巖及各種土層。天津地區(qū)（除薊縣山區(qū)）50m埋深以內(nèi)地層強度僅需發(fā)揮雙輪銑深攪系統(tǒng)約1/10的切削性能，其針對天津地區(qū)“鐵板砂層”的切削功效較傳統(tǒng)設(shè)備高5～8倍（雙輪銑深攪800mm厚墻體，單槽截面積為2.08～2.16m2，切削下沉速度為15～20cm/min），切削粘性土層時高2～4倍（確保均勻度，切削下沉速度為55～100cm/min）。

2）施工期間對周邊環(huán)境影響小，不會引起周邊地面沉降。

3）掘削深度、掘削速度、銑輪旋轉(zhuǎn)速度、水泥漿液的注入量和壓力、垂直度等數(shù)據(jù)通過銑頭內(nèi)部的傳感器實時采集，顯示在操作室的監(jiān)視面板上且采集的數(shù)據(jù)可以存儲在電腦內(nèi)。通過對其分析可對施工過程和參數(shù)進行控制和管理，確保施工質(zhì)量，提高管理效率。尤其是可以有效解決天津地區(qū)48.5m范圍內(nèi)承壓、微承壓水的止水問題。

4）高攪拌性能。雙輪銑深層攪拌銑頭由多排刀具組成，土體通過銑輪高速旋轉(zhuǎn)被削掘，同時削掘過程中注入高壓空氣，使其具有非常優(yōu)良的攪拌混合性能。

5）高削掘精度，確保成墻連續(xù)、無縫。雙輪銑深層攪拌銑頭內(nèi)部安裝垂直度監(jiān)測裝置，可以實時采集數(shù)據(jù)并輸出至操作室的監(jiān)視器上，操作人員通過對其分析可以進行實時修正，確保成墻連續(xù)、無縫，形成超深連續(xù)無縫水泥土墻。

6）可完成較大深度的施工。目前，導桿式雙輪銑深層攪拌設(shè)備可以削掘攪拌深度達48.50m，懸吊式雙輪銑深層攪拌設(shè)備削掘攪拌深度可達65m。

7）可任意設(shè)定插入勁性材料的間距。雙輪銑深層攪拌工法形成的水泥土地下連續(xù)墻為等厚連續(xù)墻，作為擋土結(jié)構(gòu)應根據(jù)受力需要插入相關(guān)材料，如型鋼、鋼柱、鋼筋混凝土樁、組合結(jié)構(gòu)等，其間隔可根據(jù)需要任意設(shè)置，使受力和止水統(tǒng)籌兼顧。

8）分槽段精確咬合連接，可沿折線施工，具有較強靈活性。在擁擠的城市中，施工場地越來越局促。支護墻體的平面布置受到多種邊界條件制約，往往輪廓很不規(guī)則。雙輪銑深攪工法可較好地應用于此類施工場地，不僅靈活而且可靠。

9）可繞即有地下管線施工。目前，最大可繞直徑為2000mm管線施工。

2　CSM在天津地鐵的應用

2.1CSM工法在地鐵基坑工程中作止水帷幕

天津地鐵2號線長虹公園站4號出入口止水帷幕工程位于天津市南開區(qū)紅旗路與黃河道交口，止水帷幕深度分別為38.6m和45.1m，基地位于51和61粉質(zhì)粘土上。設(shè)計采用P.O42.5水泥，1.0水灰比。雙輪銑切削注漿攪拌，在18m以下水泥摻入比為18%，18m以上8%；單槽段水泥土墻尺寸為2.8m×0.8m；槽段間套銑寬度為200mm；向下切銑速度＜1m/min；向上切銑速度＜2m/min；銑輪厚度（成墻厚度）800mm。

由于4號出入口止水帷幕工程深度大，超過了常用三軸攪拌樁的施工范圍，原計劃使用素地下連續(xù)墻（無鋼筋籠）的形式，采用雙輪銑深攪工法后，首次嘗試了大深度使用水泥土攪拌墻做止水帷幕，收到了良好的預期效果。通過現(xiàn)場開挖驗證水泥土連續(xù)墻整體性良好，止水效果優(yōu)?，F(xiàn)場抽芯水泥土強度試驗結(jié)果顯示（115d齡期），水泥摻量8%的水泥土平均強度為1.95 MPa，水泥摻量18%的水泥土平均強度為4.7 MPa。

2.2CSM工法作擋土止水墻及地下連續(xù)墻施工槽壁保護

地鐵5號線津塘路站位于河東區(qū)紅星路與前進街交口處、東風立交橋南側(cè)，車站主體長176.3m，車站采用明挖法施工，為地下兩層三跨矩形框架結(jié)構(gòu)。車站基坑標準段開挖深度20.981～21.260m，小里程端頭井處開挖深度約22.645～22.678m，大里程端頭井處開挖深度約22.964～22.997m?；訃o結(jié)構(gòu)采用1.00m厚地下連續(xù)墻，靠近橋樁一側(cè)采用1.2m厚地下連續(xù)墻，在緊鄰東風立交橋一側(cè)采用雙輪銑深攪水泥土墻（CSM）內(nèi)插H型鋼形成雙輪銑深攪隔離保護墻加固地下連續(xù)墻槽壁，內(nèi)插型鋼用于車站頂板施工的淺部基坑開挖支護，從而減少地下連續(xù)墻成槽施工引起東風立交橋的沉降變形。

場地埋深65.00m深度范圍內(nèi)，有雜填土、素填土、粉質(zhì)粘土、粉土；涵蓋潛水含水層、第一承壓水層、第二承壓水層。設(shè)計采用P.O42.5水泥，0.8水灰比。雙輪銑切削注漿攪拌，水泥摻入比20%；單槽段水泥土墻尺寸為2.8m×0.8m；槽段間套銑寬度為200mm；向下切銑速度＜1.2m/min；向上切銑速度＜1.8m/min；銑輪厚度（成墻厚度）800mm；雙輪銑深攪墻底埋深34.0m。內(nèi)插12.0m長，H 700mm×300mm×13mm×24mm型鋼，型鋼中心距600mm。

在緊鄰東風立交橋一側(cè)采用雙輪銑深攪水泥土墻（CSM）內(nèi)插H型鋼形成隔離保護墻，減小地下連續(xù)墻成槽施工對周邊環(huán)境的影響程度。同時雙輪銑深攪墻在地下連續(xù)墻成槽過程中亦起到垂直度導向作用。由于施工控制的好，雙輪銑深攪墻垂直度偏差控制在1/500以內(nèi)，型鋼順利插入，地下連續(xù)墻施工過程中，東風立交橋運營正常，沒有產(chǎn)生變形。

在施工過程中，取得了不同墻體、不同深度的原位水泥土漿液試樣并將試樣置于水下進行養(yǎng)護28d后進行無側(cè)限抗壓強度試驗，得到水泥摻入比為20%的墻體強度最小可達到3 MPa。雙輪銑深攪水泥土墻體的強度在深度上無顯著差異，可以忽略地層及深度因素對雙輪銑深攪墻體強度的影響。

3　結(jié)語

1）雙輪銑深攪在地鐵基坑工程中作止水帷幕殼體。地鐵站點宜整體考慮止水帷幕設(shè)計施工，將出入口、風道等附屬設(shè)施與主體結(jié)構(gòu)進行整體止水封閉，從而減少止水帷幕的銜接點，進而可大幅降低地下水滲漏風險。主體結(jié)構(gòu)、附屬結(jié)構(gòu)等可在封閉的高質(zhì)量止水帷幕“殼體”內(nèi)施工。若因道路交通、管線切改、拆遷等原因需分期分段施工，可采用CSM工法實施止水“殼體”的無縫對接。

2）雙輪銑深攪在地鐵基坑工程中作進出洞加固。當?shù)罔F隧道埋深＞25m時，其進出洞加固工法采用常規(guī)方法的質(zhì)量保障度及風險控制度相對大幅降低，采用一種可靠的工藝改善常規(guī)工法顯得尤為重要，雙輪銑深攪工藝可以解決此類問題。

3）雙輪銑深攪在地鐵工程中可作基坑臨時支護結(jié)構(gòu)或與主體結(jié)構(gòu)一體化。雙輪銑深攪工法具有施工期間對周邊環(huán)境影響小、墻體無縫連續(xù)、施工速度快、綠色環(huán)保等特點。在雙輪銑深攪地下連續(xù)墻內(nèi)插入型鋼或混凝土樁可作為基坑臨時支護體系，甚至可以與內(nèi)襯鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)一起受力或單獨作為主體結(jié)構(gòu)的外墻參與受力。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.03.015

□于永廣/天津城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資集團有限公司。

□TU476+.3

□C

□1008-3197（2015）03-40-02

□2015-02-10

□鄭習羽/女，1975年出生，高級工程師，碩士，天津軌道交通集團有限公司，從事技術(shù)管理工作。