CSM工法在上海地區(qū)深基坑圍護止水帷幕中實踐探究

蔡 雷 波

(1.上海久事置業(yè)有限公司，上?！?01400;　2.上海市非開挖建造工程技術研究中心,上?！?00433)

0　引言

隨著上海地區(qū)城市建設的發(fā)展，特別是公共服務、商業(yè)辦公類項目在開發(fā)過程中對地下空間開發(fā)的需求日益加強，地下兩層以上的深基坑項目日益增多。當前上海地區(qū)類似地下2層深基坑工程設計選型多采用鉆孔灌注樁擋土與水泥土攪拌樁止水方式。作為止水帷幕，兩軸攪拌樁的缺點為成樁質量不理想，垂直度差，單排攪拌樁需要較大的搭接長度且效果不理想，更多情況下需要雙排攪拌樁；三軸攪拌樁采用旋切成樁，但成樁質量也隨著土性變化而有所區(qū)別，攪拌不均勻，泛漿多，在砂性土層中容易滲漏；而CSM工法，銑削式攪拌成墻，在整個墻身攪拌范圍內將土體與水泥攪拌均勻一致，墻身質量好，且可在砂礫層等堅硬土層中施工，優(yōu)勢不言而喻。引入CSM工法，替代傳統(tǒng)水泥土攪拌樁止水帷幕，縮短了施工工期，提高了施工效率，降低了工程造價。

1　項目概況

本項目位于上海市閔行區(qū)，基坑面積約1.2萬m2，地下室兩層結構，基坑開挖深度為11.65 m～12.45 m，基坑安全等級為一級，基坑的環(huán)境保護等級為二級，基坑原圍護結構設計方式為鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁止水、豎向設兩道支撐，現(xiàn)采用CSM工法替代原圍護結構中三軸攪拌樁止水，CSM工法止水帷幕標高同三軸攪拌樁止水。基坑圍護結構設計使用年限2年。基坑平面布置圖見圖1。

圍護基坑工程周邊環(huán)境復雜，地下水位高，對止水要求高。西側城市交通主干道，常年重型車輛往來，且臨近一側存在大量市政綜合管線；東、南、北側均為規(guī)劃道路，東側在建項目，地下室二層已完成主體結構并封頂，相鄰地下室邊線距離約20 m；南側在建項目，地下室兩層正進行地下二層結構施工中，相鄰地下室邊線距離約12 m?？紤]項目圍護成本降低、工期節(jié)約、CSM工法優(yōu)點及相關專家意見，擬采用CSM工法止水帷幕。

1.1　CSM工法簡述及優(yōu)點

CSM工法為深層攪拌施工技術的創(chuàng)新方法，通俗稱水泥土攪拌墻技術，又稱雙輪銑深層攪拌技術(Cutter Soil Mixing)，通過對原土層與水泥漿攪拌形成水泥土墻體，具有良好止水性能，適用于深基坑圍護止水帷幕的施工。

1.1.1CSM工法工藝流程

CSM工法工藝類似于兩軸、三軸深層攪拌樁施工工藝，區(qū)別在于CSM工法設備通過鉆桿端部一對銑輪及銑齒縱向旋轉銑削拌合水泥土，一次性成墻，見圖2。

1.1.2CSM工法優(yōu)點

1)CSM工法相較于三軸深層攪拌樁顯著特點是墻體接縫明顯減少，抗?jié)B性能好，見圖3。

2)CSM工法水泥土攪拌墻施工質量易于得到控制。銑削速度、掘進深度、垂直精度、噴漿量等均可以通過電腦監(jiān)測控制。

3)CSM工法一次性成墻，工效高，快于傳統(tǒng)施工工藝，大量節(jié)約施工工期，見表1。

表1　CSM工法施工參數(shù)

施工工藝水灰比水泥摻入量/%下沉速度/m·s-1提升速度/m·s-1CSM工法宜1.5≥150.50.5～1850三軸攪拌樁1.5～2.0200.5～0.81～2700兩軸攪拌樁0.5～0.613≤1≤0.5

2　CSM工法試驗及檢測

2.1　CSM工法水泥土墻試驗目的

CSM工法的首次運用，需要進行水泥土墻試驗，通過CSM工法水泥土墻試驗明確CSM工藝在該基坑項目的適用性，確定CSM工藝的施工參數(shù)包括下沉及提升速度、水泥摻量、水灰比、施工工序以及成墻質量等施工質量控制標準，以期指導后續(xù)水泥土攪拌墻的施工。

2.2　CSM工法水泥土墻試驗情況

1)實施方案。依據(jù)設計要求:CSM工法水泥土墻試驗不少于3幅，以調整并確定各項施工參數(shù)。選取項目基坑西側三軸攪拌樁原位置處進行5幅水泥土攪拌墻試驗，搭接長度依據(jù)專家意見，其中3幅(C1,C4,C5)尺寸2 800×700×19 500，2幅(C2,C3)2 800×700×35 000，如圖4所示，施工順序由北向南即：C1,C3,C2,C5,C4。CSM工法水泥土墻試驗相關基本設計參數(shù)指標如表1所示，且采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥漿泵送壓力大于0.3 MPa，泵送流量恒定，空氣壓力控制為0.4 MPa～0.5 MPa，水泥土墻身垂直度控制0.5%以內等。

2)漿液試塊及取芯檢測。漿液試塊強度檢測用于測定CSM墻身強度，位置在靠近基坑底部以上1 m范圍內及基坑底部以上軟土層攪拌墻內。在水泥土墻試驗段縱向2個位置處分別取3組漿液試塊，分類別進行標準養(yǎng)護，進行28 d無側限抗壓強度檢測，其強度滿足設計要求0.8 MPa。

鉆孔取芯檢測，分別于C1,C2,C3,C4,C5及搭接中心位置處鉆孔取芯共9組，檢查芯材顏色變化、長度、水泥土拌合的均勻性等，色澤勻稱，未發(fā)現(xiàn)斷層并經(jīng)檢測單位強度檢測后符合要求。取芯后鉆孔處須注漿填充。

2.3　CSM工法水泥土墻試驗情況分析及施工參數(shù)確定

CSM工法水泥土墻試驗是成功的，驗證了設計要求及在項目中的適用性，同時依據(jù)水泥土墻試驗數(shù)據(jù)記錄亦明確了基坑圍護項目后續(xù)CSM工法水泥土墻止水帷幕施工的控制性指標,詳見表2。

表2　CSM施工參數(shù)控制性指標

3　圍護基坑施工簡介

CSM工法水泥土墻試驗于2014年9月開始，2015年3月正式開始基坑圍護施工，2016年3月澆筑完基礎底板50%，因主樓設計方案調整停工，2016年9月復工，2016年12月完成基礎底板，2017年3月因主樓設計方案再次調整而停工，2017年12月復工，截至2018年1月底地下室結構30%出±0.000。

3.1　CSM工法及相關圍護施工順序

CSM工法水泥土墻施工從水泥土墻試驗C1位置處順時針開始，剩余共計171幅，總方量6 536 m3，一臺CSM工法設備，平均7幅/d，歷時一個月完成所有外圍水泥土墻止水帷幕。CSM工法水泥土墻開始施工7 d后旋即開始鉆孔灌注樁施工，CSM工法水泥土墻全部完成后開始外圍擋土兩軸攪拌樁施工，外圍攪拌樁施工完成后開始坑內加固，圍護基坑最后階段開始壓密注漿施工，見圖5。

3.2　CSM工法成水泥土墻施工順序

CSM工法按施工深度及施工難易程度，水泥土墻施工順序分為順槽單側搭接施工即按C1,C2,C3順序施工，而往復雙側搭接施工即按C1,C3,C2順序施工。本圍護基坑水泥土墻深度小于20 m，采用順槽式單側搭接施工成墻，見圖6。

3.3　CSM工法施工特殊情況處理

CSM工法水泥土施工時須要嚴格按照水泥土墻試驗已確定的工藝參數(shù)標準及施工方案，確保CSM工法水泥土攪拌墻，但工程現(xiàn)場不可避免出現(xiàn)一些特殊情況。

1)供漿中斷，供漿一旦中斷，將銑頭掘進至停供點以下0.5 m，待恢復供應時再提升。因故停機超過30 min時，對泵體和輸漿管路妥善清洗。

2)與原CSM工法水泥土墻搭接，后續(xù)CSM工法水泥土墻為了更好的與已施工完成的CSM工法水泥土墻形成良好的止水效果，其與原CSM工法水泥土墻搭接25 cm。

3)雨季施工，盡可能避開大雨天施工，如遇銑削下沉噴漿或銑削提升噴漿施工時，待該幅水泥土墻施工作業(yè)完成后，再暫停施工。

4　CSM工法對周邊環(huán)境影響分析

圍護結構施工5個多月期間周邊綜合管線累計最大垂直位移變形值為-8.6 mm，電信管線及信息管線水平位移累計最大變形值為2 mm，周邊房屋沉降為0，沒有出現(xiàn)周邊綜合地下管線垂直位移變化速率超過±2 mm/d及累計變化量為10 mm/d情況發(fā)生?？梢哉f明圍護結構的施工包括CSM工法施工對周邊環(huán)境的影響很小。土方開挖前，經(jīng)15 d預降水，未發(fā)現(xiàn)基坑外地下水位降低、周邊管線變化及建筑物沉降的異常情況，土方開挖后至基礎底板澆筑完成后，期間未發(fā)現(xiàn)基坑圍護滲漏(見圖7)。

5　結語

1)目前該圍護基坑項目經(jīng)歷過較長時間的施工，超過了圍護設計的使用期限2年，地下室結構基本完成，期間經(jīng)監(jiān)測單位監(jiān)測，基坑未發(fā)現(xiàn)滲漏、安全可靠。

2)與三軸攪拌樁在止水帷幕方面相比較，CSM工法在降低成本和施工技術上均占有較大的優(yōu)勢，項目成本得到較大節(jié)約，其在項目上的成功實踐運用，取得了良好的社會及經(jīng)濟效益，對今后上海地區(qū)類似基坑項目的設計方案選擇與后續(xù)施工具有一定的借鑒作用。