CSM止水帷幕施工工艺研究

李健鹏

【摘要】：CSM工法止水帷幕具有施工效率高，地层环境适应范围大，垂直度控制精度高，减少材料浪费及环境污染等优点。结合海口市国兴路的一个采用CSM工法止水帷幕的基坑项目，对CSM工法止水帷幕的施工工艺及施工要点进行了分析。
【关键词】：CSM；止水帷幕；施工工艺
本工程位于海口市美兰区国兴大道北侧。地貌类型为海成一级阶地地貌。拟建1座44层（200m）塔楼、3层裙楼及3层整体地下室。
根据钻探揭露，场地1100m深度范围内，划分为6个工程地质层及1个工程地质亚层。
①层杂填土、②层粉质黏土、③层粗砂、④层淤泥质黏土、⑤层粗砂、⑥层粉质黏土、⑥1层贝壳碎屑砾砂。②，④，⑥层为弱透水层，其余为强透水层，地下水赋存于①，③，⑤，⑥1层中。
设计采用700mm厚CSM（也称双轮铣）形成等厚度全封闭止水水泥土搅拌墙。每墙幅长2800mm，宽700mm，搭接300mm。桩长30.3～38.0m，且进入地下粉质黏土层（弱透水层）≥25m。
将配置好的水泥浆和施工现场的原位土体一起进行搅拌，从而形成一个整体，该技术可用于防渗墙、挡土墙（可插入型钢）等水泥土墙，也可用于土体加固、地质改良和土壤修复等各种工程。CSM工法相较于其他深层搅拌工艺，优势在于能适应更多的地层环境，坚硬的地层环境也可以进行切铣。双轮铣深层搅拌法和传统深层搅拌法相比较，双轮铣是水平轴向旋转搅拌形成的矩形槽段，单轴和多轴搅拌是钻具垂直旋转形成的圆柱体，双轮铣工法对土体的搅拌更均匀及充分（见表1）。

表1 CSM与其他深层搅拌桩型的比较
设备掘进通过铣轮的刀片旋转进行切割搅拌，然后通过导杆进行控制下沉和提升，同时控制施工角度和深度。
CSM工法有单、双两种注浆模式，本工程使用单注浆模式，在切割搅拌的过程中，将高压气体、固化剂和添加剂（水泥和膨润土）通过供气和注浆系统同时注入槽内。注浆量为总注浆量的70～80％，铣轮一直下降到设计规定的深度值。然后，两个铣轮反向旋转，通过导杆缓慢向上提起铣轮，然后通过供气和注浆管道系统向槽内注入气体和凝固液体。将注浆总量的20％～30％的水泥浆液注入沟槽中，形成地基土、固化剂、水、添加剂等组成的混合物（见图1）。

图1 CSM工艺原理
施工场地周边紧挨居民区，地下管线较多，为了减少对地基的扰动，所以选择对场地影响最小的双轮铣设备进行止水帷幕施工。双轮铣深搅设备主要具备以下特点。
1）设备能施工的深度范围深，分为导杆式和悬吊式两种机型，导杆式施工深度可达45m，悬吊式施工深度可达65m。
2）施工工艺可以实现无缝连接，墙体连续完整，工艺参数可以得到有效保障，质量可靠。
3）设备的工作效率很高，铣头往返一次即可成墙，施工效率远大于其他同类型设备。
4）设备对地层适应范围大，从软土到岩土都可以进行施工，解决了同类型设备不能在坚硬的地层施工的问题；源于双轮铣技术，该工法具有一定的入岩能力，能够截断地下水通过墙底风化岩进行渗透的途径。
5）设备采用电子触摸屏，各功能部分设置大量传感器，施工过程中利用信息系统实时控制施工质量。
6）施工过程中几乎无振动，采用原位搅拌，对周边建筑物基础扰动小。
7）施工产生的废土废料少，噪声污染小，节材、节地、环保，符合基础施工技术发展的趋势。
8）履带底盘可以让设备的作业角度进行全方位灵活的调整，可以贴着已有的构筑物进行施工，可实现零间隙施工。
9）设备的重量接近200t，对地面承载力要求较高。
10）设备施工时主机及其附属设施平面布置（见图2）。

图2 设备施工时主机及其附属设施平面布置
施工工艺如图3所示。

图3 工艺流程
1）施工准备
由于设备对承载力有要求，地面要平整并且压实，清除地上、地下障碍物，工作面不小于7m，当地面过于松软时，应采取措施防止机械失稳，并准备足够的水泥。
根据施工图进行定位，标出墙体位置，每隔50m设一个高程控制桩，并做好明显标志。
设备进场后先进行组装和调试工作；制浆、灌浆、造气设备安装；水路、电路、气路连接；设备调试、试运行。
施工的墙体上方要先挖沟，沟的作用是防止多余的浆液溢出污染场地，同时起到回浆补给的作用，宽深大约一米五左右，长度超前设备作业点十米左右，铺设钢板来平衡设备对地基的压力。
2）钻机就位
设备在就位之前要重新对墙体的定位进行复核，钻头和墙体的中心线要保持一致，偏差不超过20mm，设备的垂直度要重新校准，每幅墙施工前要进行测量，墙体定位偏差不大于50mm，成墙深度要达到要求，垂直度偏差不得大于1／50。钻头下放至设计标高深度后，再次检查调整钻杆垂直度。采用跳挖的方式进行施工，是为了避免连续施工的新筑墙体在搅动时，会影响到刚施工完成墙体的内部，影响墙体质量；相邻的墙体之间搭接紧密，形成完整连续等厚的CSM止水帷幕墙。
3）水泥浆制备及注入
制浆设备应同时组装。调试完毕后，按预定的水泥浆配合比设定，启动电源，根据搅拌量自动给水给灰。水泥浆生产完毕后，按施工需求进行泵浆施工。水泥浆应随伴随用。水泥浆的主要原料是水泥。选用普通硅酸盐水泥和自来水，水泥标号为42.5。水泥材料进场应取样送检，复验合格后才可以使用。严格控制水灰比和水泥含量。水泥浆的水灰比为1.2。CSM搅拌墙每立方米水泥用量为450kg（约25％）。拌浆及注浆量以每钻的加固土体方量换算。水泥浆制作工艺流程如图4所示。

图4 水泥浆制作工艺流程
4）铣轮下沉切割搅拌到设计深度
注浆和掘进同时进行。根据设计要求，下沉速度在0.5～0.8m／min，提升速度0.8～1.0m／min，施工过程中泵送压力＞0.5～3MPa，空压机送风0.4～0.5MPa且泵送流量要求恒定。下钻过程泵入所掺水泥总量的70％（见图5）。

图5 铣轮下钻和提升搅拌示意
5）铣轮提升注浆完成墙
钻到墙体底部深度的时候，铣轮刀片反向开始旋转，然后进行提升，气体和固化液通过供气和注浆管道系统注入槽内，提钻过程泵入所掺水泥总量的30％，将水泥浆液与基土进行混合，形成一个整体（见图5）。
1）将钻头控制在定位测量的墙体中心线上。偏差控制在±5cm以内。
2）为了墙体之间连接不错缝，就要控制设备的施工角度一致，墙的垂直度偏差不得超过0.5％。用经纬仪对导杆垂直度进行初始零点校准。当铣刀轮下沉到设计深度时，应再次检查并调整导杆的垂直度。
3）为了墙体能够挡住地下水，就要保证深度满足要求，并且在平面上整体连续，利用导杆上刻出来的刻度线来观察钻杆深入深度，通过墙体中心线和设备两端的吊锤来控制墙体轴线。
4）为了保证墙体的连续完整，就要控制切割搅拌的速度，铣削速度约为0.5～0.8m／min，下沉到设计深度后，继续进行搅拌约10s，再提升至墙底深度以上2～3m范围内。之后，缓慢提升钻头，提升速度不宜过快，控制在0.8～1.0m／min范围内，以免形成真空负压，孔壁坍塌，造成墙体空隙。
5）墙体的整体强度保持均匀，就要注入与搅拌速度相匹配的浆液量，施工中采用无级调速电机、自动瞬时流量计、累积流量计控制灌浆量，开挖时按规定一次完成灌浆。如发生堵管、断浆现象，应立即停止泵送，找出原因进行修复，排除问题后再开挖拌合。停机半小时以上时，泵体、泥浆管路应妥善清洗。
6）气体供应由阀门和气压表控制。全程气体不得间断。
7）为了保证墙体的厚度和尺寸满足要求，就要对铣轮的磨损情况进行监控，定期进行测量，磨损达到1cm就要进行修复。
8）应严格控制连续墙内灌浆的均匀性和连续性。
9）水泥浆的配合比应严格按设计要求控制，并采用比重计或其他方法进行检测和控制。为防止浆液离析，浆液必须搅拌30s后才能倒入储浆系统。抽查浆液配比，监督浆液质量储存时间，水泥要随拌随用，并对搅拌机、料斗内的水泥浆进行连续搅拌。施工水泥浆经过严格过滤，砂浆搅拌机与集料斗之间设滤网。储浆有效时间应符合下列要求：①气温低于10℃，不宜超过5h。②气温高于10℃，不宜超过3h。③温度应在5～40℃，超出范围的应丢弃。如果泥浆储存时间超过上述规定的有效时间，则应废弃处理。
5 安全注意事项1）机械设备的操作人员必须持证。各种机械设备应专供专用。电动机等运转部件应设防护罩。
2）场地一定要保证平整，压实。必要时铺设钢板或路基箱，支撑点受力均匀。钻机各种管接头密封良好，无漏油、漏气、漏水现象。
3）在下沉和提升过程中，当载荷过大超过预定值时，要减慢速度。如果发生卡钻的情况，要采取措施提出钻头避免埋置。施工过程中出现异常现象，应立即停机检查，排除故障后方可进行作业。
4）CSM钻机施工作业时周边2m不得站人。CSM钻机的组装和拆卸及施工移位，应按照安全技术措施作业。
6 结语CSM止水帷幕施工过程中通过设备上的高精度垂直传感器将数据传导到电脑上，对垂直度可以做到动态的监控，然后通过设备的触摸屏对垂直度进行调整；也通过电脑对水泥浆液的注入量可以做到准确的把控，避免材料的浪费；同时利用现场的原位土体作为建筑材料，减少了弃土；对于地基的扰动小，也没有噪声污染。通过智能化和信息化的手段来保证施工的质量，同时也做到了节能环保，绿色发展，将材料的浪费和环境的污染减到最小，CSM止水帷幕满足未来建筑行业发展的需求。
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