CSM工法在上海地区深基坑围护止水帷幕中实践探究

蔡 雷 波

(1.上海久事置业有限公司，上海　201400;　2.上海市非开挖建造工程技术研究中心,上海　200433)

0　引言

随着上海地区城市建设的发展，特别是公共服务、商业办公类项目在开发过程中对地下空间开发的需求日益加强，地下两层以上的深基坑项目日益增多。当前上海地区类似地下2层深基坑工程设计选型多采用钻孔灌注桩挡土与水泥土搅拌桩止水方式。作为止水帷幕，两轴搅拌桩的缺点为成桩质量不理想，垂直度差，单排搅拌桩需要较大的搭接长度且效果不理想，更多情况下需要双排搅拌桩；三轴搅拌桩采用旋切成桩，但成桩质量也随着土性变化而有所区别，搅拌不均匀，泛浆多，在砂性土层中容易渗漏；而CSM工法，铣削式搅拌成墙，在整个墙身搅拌范围内将土体与水泥搅拌均匀一致，墙身质量好，且可在砂砾层等坚硬土层中施工，优势不言而喻。引入CSM工法，替代传统水泥土搅拌桩止水帷幕，缩短了施工工期，提高了施工效率，降低了工程造价。

1　项目概况

本项目位于上海市闵行区，基坑面积约1.2万m2，地下室两层结构，基坑开挖深度为11.65 m～12.45 m，基坑安全等级为一级，基坑的环境保护等级为二级，基坑原围护结构设计方式为钻孔灌注桩+三轴搅拌桩止水、竖向设两道支撑，现采用CSM工法替代原围护结构中三轴搅拌桩止水，CSM工法止水帷幕标高同三轴搅拌桩止水。基坑围护结构设计使用年限2年。基坑平面布置图见图1。

围护基坑工程周边环境复杂，地下水位高，对止水要求高。西侧城市交通主干道，常年重型车辆往来，且临近一侧存在大量市政综合管线；东、南、北侧均为规划道路，东侧在建项目，地下室二层已完成主体结构并封顶，相邻地下室边线距离约20 m；南侧在建项目，地下室两层正进行地下二层结构施工中，相邻地下室边线距离约12 m。考虑项目围护成本降低、工期节约、CSM工法优点及相关专家意见，拟采用CSM工法止水帷幕。

1.1　CSM工法简述及优点

CSM工法为深层搅拌施工技术的创新方法，通俗称水泥土搅拌墙技术，又称双轮铣深层搅拌技术(Cutter Soil Mixing)，通过对原土层与水泥浆搅拌形成水泥土墙体，具有良好止水性能，适用于深基坑围护止水帷幕的施工。

1.1.1CSM工法工艺流程

CSM工法工艺类似于两轴、三轴深层搅拌桩施工工艺，区别在于CSM工法设备通过钻杆端部一对铣轮及铣齿纵向旋转铣削拌合水泥土，一次性成墙，见图2。

1.1.2CSM工法优点

1)CSM工法相较于三轴深层搅拌桩显著特点是墙体接缝明显减少，抗渗性能好，见图3。

2)CSM工法水泥土搅拌墙施工质量易于得到控制。铣削速度、掘进深度、垂直精度、喷浆量等均可以通过电脑监测控制。

3)CSM工法一次性成墙，工效高，快于传统施工工艺，大量节约施工工期，见表1。

表1　CSM工法施工参数

施工工艺水灰比水泥掺入量/%下沉速度/m·s-1提升速度/m·s-1CSM工法宜1.5≥150.50.5～1850三轴搅拌桩1.5～2.0200.5～0.81～2700两轴搅拌桩0.5～0.613≤1≤0.5

2　CSM工法试验及检测

2.1　CSM工法水泥土墙试验目的

CSM工法的首次运用，需要进行水泥土墙试验，通过CSM工法水泥土墙试验明确CSM工艺在该基坑项目的适用性，确定CSM工艺的施工参数包括下沉及提升速度、水泥掺量、水灰比、施工工序以及成墙质量等施工质量控制标准，以期指导后续水泥土搅拌墙的施工。

2.2　CSM工法水泥土墙试验情况

1)实施方案。依据设计要求:CSM工法水泥土墙试验不少于3幅，以调整并确定各项施工参数。选取项目基坑西侧三轴搅拌桩原位置处进行5幅水泥土搅拌墙试验，搭接长度依据专家意见，其中3幅(C1,C4,C5)尺寸2 800×700×19 500，2幅(C2,C3)2 800×700×35 000，如图4所示，施工顺序由北向南即：C1,C3,C2,C5,C4。CSM工法水泥土墙试验相关基本设计参数指标如表1所示，且采用42.5级普通硅酸盐水泥，水泥浆泵送压力大于0.3 MPa，泵送流量恒定，空气压力控制为0.4 MPa～0.5 MPa，水泥土墙身垂直度控制0.5%以内等。

2)浆液试块及取芯检测。浆液试块强度检测用于测定CSM墙身强度，位置在靠近基坑底部以上1 m范围内及基坑底部以上软土层搅拌墙内。在水泥土墙试验段纵向2个位置处分别取3组浆液试块，分类别进行标准养护，进行28 d无侧限抗压强度检测，其强度满足设计要求0.8 MPa。

钻孔取芯检测，分别于C1,C2,C3,C4,C5及搭接中心位置处钻孔取芯共9组，检查芯材颜色变化、长度、水泥土拌合的均匀性等，色泽匀称，未发现断层并经检测单位强度检测后符合要求。取芯后钻孔处须注浆填充。

2.3　CSM工法水泥土墙试验情况分析及施工参数确定

CSM工法水泥土墙试验是成功的，验证了设计要求及在项目中的适用性，同时依据水泥土墙试验数据记录亦明确了基坑围护项目后续CSM工法水泥土墙止水帷幕施工的控制性指标,详见表2。

表2　CSM施工参数控制性指标

3　围护基坑施工简介

CSM工法水泥土墙试验于2014年9月开始，2015年3月正式开始基坑围护施工，2016年3月浇筑完基础底板50%，因主楼设计方案调整停工，2016年9月复工，2016年12月完成基础底板，2017年3月因主楼设计方案再次调整而停工，2017年12月复工，截至2018年1月底地下室结构30%出±0.000。

3.1　CSM工法及相关围护施工顺序

CSM工法水泥土墙施工从水泥土墙试验C1位置处顺时针开始，剩余共计171幅，总方量6 536 m3，一台CSM工法设备，平均7幅/d，历时一个月完成所有外围水泥土墙止水帷幕。CSM工法水泥土墙开始施工7 d后旋即开始钻孔灌注桩施工，CSM工法水泥土墙全部完成后开始外围挡土两轴搅拌桩施工，外围搅拌桩施工完成后开始坑内加固，围护基坑最后阶段开始压密注浆施工，见图5。

3.2　CSM工法成水泥土墙施工顺序

CSM工法按施工深度及施工难易程度，水泥土墙施工顺序分为顺槽单侧搭接施工即按C1,C2,C3顺序施工，而往复双侧搭接施工即按C1,C3,C2顺序施工。本围护基坑水泥土墙深度小于20 m，采用顺槽式单侧搭接施工成墙，见图6。

3.3　CSM工法施工特殊情况处理

CSM工法水泥土施工时须要严格按照水泥土墙试验已确定的工艺参数标准及施工方案，确保CSM工法水泥土搅拌墙，但工程现场不可避免出现一些特殊情况。

1)供浆中断，供浆一旦中断，将铣头掘进至停供点以下0.5 m，待恢复供应时再提升。因故停机超过30 min时，对泵体和输浆管路妥善清洗。

2)与原CSM工法水泥土墙搭接，后续CSM工法水泥土墙为了更好的与已施工完成的CSM工法水泥土墙形成良好的止水效果，其与原CSM工法水泥土墙搭接25 cm。

3)雨季施工，尽可能避开大雨天施工，如遇铣削下沉喷浆或铣削提升喷浆施工时，待该幅水泥土墙施工作业完成后，再暂停施工。

4　CSM工法对周边环境影响分析

围护结构施工5个多月期间周边综合管线累计最大垂直位移变形值为-8.6 mm，电信管线及信息管线水平位移累计最大变形值为2 mm，周边房屋沉降为0，没有出现周边综合地下管线垂直位移变化速率超过±2 mm/d及累计变化量为10 mm/d情况发生。可以说明围护结构的施工包括CSM工法施工对周边环境的影响很小。土方开挖前，经15 d预降水，未发现基坑外地下水位降低、周边管线变化及建筑物沉降的异常情况，土方开挖后至基础底板浇筑完成后，期间未发现基坑围护渗漏(见图7)。

5　结语

1)目前该围护基坑项目经历过较长时间的施工，超过了围护设计的使用期限2年，地下室结构基本完成，期间经监测单位监测，基坑未发现渗漏、安全可靠。

2)与三轴搅拌桩在止水帷幕方面相比较，CSM工法在降低成本和施工技术上均占有较大的优势，项目成本得到较大节约，其在项目上的成功实践运用，取得了良好的社会及经济效益，对今后上海地区类似基坑项目的设计方案选择与后续施工具有一定的借鉴作用。