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，上海　201400;　2.上海市非開挖建造工程技術(shù)研究中心,上海　200433)

0　引言

隨著上海地區(qū)城市建設(shè)的發(fā)展，特別是公共服務(wù)、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(shè)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(zhì)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(zhì)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(nèi)將土體與水泥攪拌均勻一致，墻身質(zhì)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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)設(shè)計方式為鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁止水、豎向設(shè)兩道支撐，現(xiàn)采用CSM工法替代原圍護結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)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(fù)雜，地下水位高，對止水要求高。西側(cè)城市交通主干道，常年重型車輛往來，且臨近一側(cè)存在大量市政綜合管線；東、南、北側(cè)均為規(guī)劃道路，東側(cè)在建項目，地下室二層已完成主體結(jié)構(gòu)并封頂，相鄰地下室邊線距離約20 m；南側(cè)在建項目，地下室兩層正進行地下二層結(jié)構(gòu)施工中，相鄰地下室邊線距離約12 m。考慮項目圍護成本降低、工期節(jié)約、CSM工法優(yōu)點及相關(guān)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(shù)的創(chuàng)新方法，通俗稱水泥土攪拌墻技術(shù)，又稱雙輪銑深層攪拌技術(shù)(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(shè)備通過鉆桿端部一對銑輪及銑齒縱向旋轉(zhuǎn)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(zhì)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?zāi)康?/h3>

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(zhì)量等施工質(zhì)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(shè)計要求:CSM工法水泥土墻試驗不少于3幅，以調(diào)整并確定各項施工參數(shù)。選取項目基坑西側(cè)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(guān)基本設(shè)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(nèi)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(nèi)及基坑底部以上軟土層攪拌墻內(nèi)。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(cè)限抗壓強度檢測，其強度滿足設(shè)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(shè)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(chǔ)底板50%，因主樓設(shè)計方案調(diào)整停工，2016年9月復(fù)工，2016年12月完成基礎(chǔ)底板，2017年3月因主樓設(shè)計方案再次調(diào)整而停工，2017年12月復(fù)工，截至2018年1月底地下室結(jié)構(gòu)30%出±0.000。

3.1　CSM工法及相關(guān)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(shè)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(nèi)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(cè)搭接施工即按C1,C2,C3順序施工，而往復(fù)雙側(cè)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(cè)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(fù)供應(yīng)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(jié)構(gòu)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。可以說明圍護結(jié)構(gòu)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(yù)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(chǔ)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(jié)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(shè)計的使用期限2年，地下室結(jié)構(gòu)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(shù)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(shè)計方案選擇與后續(xù)施工具有一定的借鑒作用。