新型CSM技术在复杂条件下防渗墙施工中的应用

新型CSM技术在复杂条件下防渗墙施工中的应用

李磊

浙江交工集团股份有限公司浙江杭州310051

摘要：介绍了新型CSM技术在城际铁路附属配套工程基坑防渗墙施工中的应用情况。对液压铣轮机刀盘结构进行了优化，将刀盘最外侧的平滑边缘做成锯齿形，中间两侧刀盘的边缘增加了齿块；将液压铣槽机的铣轮与凯式方形导杆相连接，采用履带底盘获取动力或安装独立动力站的方式，形成一套完整的CSM地下连续墙或防渗墙成槽施工设备，同时改进了施工工艺，在工程应用中取得了良好的技术经济效益。

关键词：双轮铣技术，防渗墙，地下连续墙，刀盘结构

ApplicationofNewCSMTechnologyforConstructionofCutoffWallinComplexEnvironment

Lilei

（ZhejiangCommunicationConstructionGroupLimitedCompany，Hangzhou310051，China）

Abstract：ThispaperintroducestheapplicationofnewCSMtechnologyinthefoundationpitcutoffwallconstructionoftheauxiliaryprojectofintercityrailway.ThestructureofcutterheadinHydraulicmillisoptimized.Maketheoutermostsmoothedgeofthecutterheadserrated，andaddtoothblockstothemiddletwosidesofthecutterhead.ThemillingwheelofthehydraulicgroovemillingmachineisconnectedwithKaysquareguidebar.AcompletesetofCSMdiaphragmwallorcutoffwallgroovingconstructionequipmentisformedbyusingcaterpillarbaseplatetoobtainpowerorinstallingindependentpowerstation，andmeanwhile，theconstructiontechnologyisimprovedandgoodtechnicalandeconomicbenefitsareobtainedintheprojectapplication.

Keyword：CSMtechnology；cutoffwall；diaphragmwall；cutterheadstructure.

1前言

CSM（CutterSoilMixing）是铣削深层搅拌技术的缩写，它源于德国的水泥土地下连续墙施工方法[1]，近几年获得了越来越多的应用[2，6]。传统的CSM技术应用于复杂地质条件下还存在一些不足，比如当遇到弱风化的地质岩层，会加快刀盘磨损，增加了刀盘、刀头的掉落概率；当遇到厚砾石层时，则增加了孔壁坍塌的风险，不但影响了施工质量，同时也影响效率，增加施工成本。2004年法国地基建筑公司对液压铣槽机设备进行了技术创新，形成了新型CSM地下连续墙施工工法。新型CSM技术可以有效克服传统工法的不足，施工质量、工效得到提高，在超深基坑等复杂施工条件下也有良好的适应性。城际交通工程深基坑防渗墙施工作业的各项技术指标往往高于其它工程，同时在地层构造复杂、工作面受限、工期紧等多种复杂因素叠加影响下，选择一种合理的施工方法至关重要。杭州至富阳城际铁路附属配套工程基坑防渗墙采用了新型CSM技术施工，同时对液压铣轮机刀盘结构进行了优化，改进了施工工艺，取得了良好的技术经济效益。

2工程概况

工程属于杭州至富阳城际铁路附属配套工程，基坑起讫里程为K15+571～K17+130，基坑开挖深度为0.8m～13.1m，局部深14.27m，开挖宽度为24m～45.56m。隧道基坑采用明挖顺作法施工，由于不同里程地质条件存在差异，基坑围护结构分别采用了1000mm@750咬合桩桩、墙厚800~1000mmCSM工法、1000mm@1200排桩+CSM工法止水等三种形式。第一道支撑为800*900mm钢筋混凝土支撑，第二、三、四道为Φ609、t=16mm的钢管支撑。主线基坑围护结构见如1所示。

本工程建筑场地土类型为以中软土为主，局部中硬士，场地地下水位较高。明挖暗埋段基坑开挖主要土层为①0碎石填土、①1杂填土、①2素填土、①3淤泥质填土、⑨2粉质粘土、⑨4圆砾、⑨4-1含砂粉质粘土、⑨4-2粘土混圆砾、⑨4-3圆砾混粘土、⑾1含砾粉质粘土、⑾3a含粘性土角砾、⑾3b含粘性土碎石、⑾3夹粉质粘土、⒂1含砾粉质粘土、⒂2含粘性土碎石、（22）b-1全风化泥质粉砂岩、（31）a-1全风化粉砂岩。基坑开挖土层主要为①0碎石填土、①1杂填土、①2素填土、①3淤泥质填土、⑾3a含粘性土角砾、⑾3b含粘性土碎石、⑾3夹粉质粘土。

图1基坑围护结构

3工艺原理与技术改进

3.1工艺原理

CSM双轮铣水泥土防渗墙是将液压双轮铣槽机和传统深层搅拌技术相结合，由两个铣轮相向旋转，铣削地层，同时通过凯氏方形导杆施加向下的推进力，向下掘进切削。在此过程中，通过供气、注浆系统同时向槽内分别注入高压气体、水泥浆，其注浆量为总注浆量的70～80%，直至达到要求的设计深度。此后，两个铣轮作相反方向的旋转，通过凯氏方形导杆向上慢慢提起铣轮，并通过供气、注浆管路系统再向槽内分别注入高压气体和水泥浆，注浆量为总注浆量的20～30%。水泥浆与槽内基土混合，形成由基土、水泥、水、添加剂等形成的混合物，水泥固化后形成具有一定强度的水泥土墙。

3.2技术改进

（1）刀盘结构改进

为提高铣轮的切削速度，减少岩石对刀盘的磨损，克服铣轮外两侧刀盘、刀头脱落等通病，首先优化了刀盘结构，将刀盘最外侧的平滑边缘做成锯齿形，焊接8-9颗牙齿，牙齿比最外侧刀盘面高出1.5cm，比边缘突出1.5cm，如图2所示；然后在中间两侧刀盘的边缘增加齿块，每道边缘增加2个齿块，齿块长为10cm、宽为6cm，间距为10cm，如图3所示；最后在外两侧刀盘与轮圈面的根部增加焊接接触面，防止刀盘从根部断裂。

图2外两侧刀盘加工图3内两侧刀盘加工

（2）施工顺序与槽段搭接

防渗墙施工顺序见图4所示。图4中所示的阴影部分为重复套钻，保证墙体的连续性和接头的施工质量，以达到止水的作用。

图4顺槽式单孔全套打复搅式套叠形

将单幅槽段搭接工序进行改进，每幅槽段长为2.8m，在完成作业后的第二天，要对前一天施工的水泥土墙墙身进行铣削咬合，以保证搭接效果。止水墙要求咬合搭接0.25-0.4m，基坑转角处的两幅墙应在同一天完成，并要求90︒咬合搭接，搭接长度不少于40cm。

（3）设备集成

本工程所采用的新型CSM设备是将液压铣槽机的铣轮与凯式方形导杆相连接，并将该设备加装在改造过的旋挖钻机、履带式起重机或履带式深层搅拌钻机等设备上，将铣轮驱动液压系统和注浆管路安装在凯式方形导杆内。采用履带底盘获取动力或安装独立动力站的方式，形成一套完整的CSM地下连续墙或防渗墙成槽施工设备，其设备技术参数如表1所示。

4、施工工艺流程与技术要点

4.1工艺流程

工艺流程包括清场备料→测量放线→开挖沟槽→安装调试→开沟铺板→移机定位→铣、削下沉搅拌、喷浆→回转提升喷浆→成墙移机→插入H型钢墙，工艺流程如图5所示。

表1双轮铣设备参数

图5工艺流程

4.2施工技术要点

（1）铣头准确定位：将双轮铣搅拌钻机的铣头定位于防渗墙中心线，偏差不超过±5cm。

（2）垂直度控制：采用全站仪对三支点墙架垂直度的初始零点进行校准，由支撑凯利杆的三支点辅机进行垂直度控制。

（3）铣削深度控制：控制铣削深度为防渗墙设计深度的±0.2m，通过在导杆上标示刻度来控制铣进的深度，通过墙中心线和墙边线两根固定线来控制墙体轴线。

（4）铣削速度控制：按地层类型和性质选择铣削控速，在软土地层中要小于30m/h。铣削达到设计深度后，用10s左右的时间将墙底上方2～3m范围内土体重复提升搅拌1次，此后提升动力头，提升速度控制在0.2~0.5m/min以内，以避免形成真空负压导致孔壁坍陷。

（5）水泥浆配比与注浆：采用普通硅酸盐水泥P.O42.5拌制水泥浆，水灰比为1.5︰1，水泥浆掺量为25%。注浆量的大小用自动瞬时流速计、累计流量计监控，注浆压力一般为2.0～2.5MPa。若中途出现堵管、断浆等现象，应立即停泵，查找原因并及时处理，待故障排除后再掘进搅拌。停机超过半小时，应对泵体和输浆管路妥善清洗。

（6）供气压力：压缩空气不得间断，控制气体压力范围在0.3～0.6MPa之间。

（7）泥浆配置：泥浆配合比见表2所示，粘度值要求28～35s，泥浆的密度主要根据最容易坍塌地层和地下水的埋藏情况确定，一般为1.05～1.08g/cm3。

表2常用泥浆配合比参考表

（8）插入型钢：型钢应在水泥土初凝前插入。插入前应校正位置，设立导向装置，以保证垂直度不大于1/200。插入过程中，必须吊直型钢，尽量靠自重压沉。若压沉无法到位，再开启振动下沉至标高。

5结论

（1）通过改进锯齿状刀盘，对中风化层的铣削速度比传统的CSM工法提高1倍以上。

（2）通过对各单幅墙搭接的铣削咬合工艺和时间等参数进行反复探索与实践，优化了新型CSM工法的施工工艺，与传统工艺相比，墙体抗变形能力与防渗性能表现突出。

（3）优化的三向垂直控制系统，提高了水泥土连续墙成墙的垂直度，确保连续墙的施工质量。同时利用设备自带的控制系统，可实时监测墙体垂直度，并自动控制连续下沉过程及其提升速度等参数，提高了施工的信息化程度。

（4）社会效益显著。实践表明，采用此项技术土体置换率为20%～30%，大大节约了堆放置换土的场地，也解决了土体外运难的问题。施工时噪声低、振动小，避免了对周边居民的干扰，同时，改进后设备的故障率明显降低，保证了项目工期。

（5）经济效益显著。经测算40幅连续墙施工成本，降低了28万元，整体可节约成本105万元。

参考文献：

[1]刘国彬，王卫东.基坑工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2015

[2]陆耀辉，肖博法.双轮铣搅拌墙在珠海地区深基坑中的应用[J].建筑施工，2019，41（2）：197-198

[3]易娟.CSM深搅水泥土墙在上海某深基坑项目中的应用（第二版）[J].施工技术，2018，47（增）：134-136

[4]俞栋，顾欢达，李翠.以某工程为例考察CSM墙在深基坑支护中的效用[J].江苏建筑，2018，（3）：79-74

[5]蔡雷波.CSM工法在上海地区深基坑围护止水帷幕中实践探究[J].山西建筑，2018，44（16）：34-35

[6]卢雄波，易嗣辰，万玮.超深双轮铣深层搅拌墙在软土地基中的应用[J].建筑施工，2018，40（10）：1683-1684

作者简介：李磊，男，湖南长沙人，1986，工程师。专业方向：主要从事公路、桥梁、地铁隧道工程等相关领域施工与研究，邮箱307308427@qq.com。