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CSM工法的设备和技术简介

CSM工法 2020年11月23日 项敏 132



CSM工法介绍




CSM工法的设备和技术简介




摘  要


摘要:CSM是Cutter Soil Mixing (铣削深层搅拌技术)的缩写,现已成为了一种工法的名称,施工设备和技术是2004年由法国地基建筑公司(Soletanche Bachy)为主发明的,它是应用原有的液压铣槽机的设备结合深层搅拌技术进行创新的地下连续墙或防渗墙施工设备,结合了液压铣槽机的设备技术特点和深层搅拌技术的应用领域,将设备应用到更为复杂的地质条件中。


关键词:CSM 地下连续墙 施工 设备和技术


液压铣槽机(俗称双轮铣)是由法国地基建筑公司发明,于1973年应用于法国里昂市的一个地铁车站的地下连续墙施工,是迄今为止技术最为先进的地下连续墙施工设备。国内至今也在十多个工程项目中使用液压铣槽机。国内最厚的地下连续墙就是采用液压铣槽机施工完成的,厚度达到1.5m。但液压铣槽机施工存在的主要问题是设备的施工成本高,配套设备多,只适用于大型的工程项目。


多头深层搅拌设备由日本发明,分为三头和五头的深层搅拌设备居多,在软土地基中应用非常多,主要用于地基加固、防渗墙施工,临时基坑支护等等。在江南地区采用多头深层搅拌插入H型钢作为浅基坑的临时支护的实例非常多。但多适用于松软地基,如果地质条件比较复杂,则难以施工。同时,钻杆的旋转动力来源顶部,钻杆承受的扭矩大,钻杆损耗多。


CSM设备则是将液压铣槽机的技术加以引申,应用于更广泛的领域。将液压铣槽机的铣轮与凯式方形导杆相连接,将该设备加装在适当改造的旋挖钻机、履带式起重机或履带式深层搅拌钻机等设备上。将铣轮驱动所需的液压系统和注浆用的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。可以以较低的价格完成设备的配置。当然,也可以采用全新的CSM成槽设备,而不是附加在其他设备上。看一看CSM设备的照片(图一),以明了该成槽设备的各个主要组成部分。


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图一、安装在旋挖钻机上的CSM地连墙成槽机



CSM地连墙成槽设备的主要工作部分是位于下部的铣轮和与其相连方形导杆,由液压马达通过减速器驱动,可以同步旋转也可以单独旋转,转速可调整。详见图二和图三。


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图二、CSM成槽机的铣轮



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图三、导杆部分图示


根据CSM成槽机的技术特点,方形的凯式导杆的尺寸是 600 mm X 300 mm,主要具有以下功能:

  • 传递向下的由钻机桅杆给出的推进力到底部的铣轮; 

  • 确保铣轮成槽的垂直度;

  • 垂直轴向的方位导向; 

  • 保护内部的液压油管和电缆。




CSM成槽机的主要技术性能


CSM成槽机可以装备两种不同扭矩的液压铣轮,分别是HT 5000和 HT 8000两种铣轮,扭矩分别为50 KNm@ 320 bar 和80 KNm@ 320 bar。最大转速为50 RPM @ 500 l/min。HT 5000铣轮的成槽厚度为450mm ~ 1000mm,HT 8000铣轮的成槽厚度为800mm ~ 1500mm。一次成槽的长度为2800mm 或2400mm。成槽的深度取决于配套的凯式方形导杆的长度,通常成槽深度不超过30m(取决于配套的导杆的长度)。


CSM成槽机都配备了先进的LCD监视器。实时显示施工过程中的多项技术参数,清晰明了。特别是可以实时显示成槽过程中的垂直精度(包括前后和左右的偏差),能够有效地保障施工质量。也会实时显示成槽和上提过程中注入浆液的总量,保证成槽成过程中施工安全和注浆过程的质量。LCD监视器显示信息参考图四。


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图四、LCD监视器显示的信息



CSM设备的施工工艺


CSM成槽机的施工工艺过程与深层搅拌技术非常相似,主要分为下钻成槽和上提成墙两个主要部分。同时分一、二序槽施工成墙。


在下钻成槽的过程中,两个铣轮相对旋转,铣削地层。同时通过凯式方形导杆施加向下的推进力,向下深入切削。在这个过程中,通过注浆管路系统同时向槽内注入膨润土泥浆或水泥(或水泥-膨润土)浆液。直至要求的深度。成槽的过程到此完成。


在上提成墙的过程中,两个铣轮依然旋转,通过凯式方形导杆向上慢慢提起铣轮。在上提过程中,通过注浆管路系统向槽内注入水泥(或水泥-膨润土)浆液,并与槽内的渣土向混合。


CSM成槽机的施工工艺如图五所示:

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下钻成槽                       上提成墙

图五、CSM成槽机的施工工艺


CSM成槽技术的施工过程中的实际效果和最终成型的墙体可以参考图六。

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注浆           铣削             成型墙体

图六、实际效果和最终成型墙体


CSM成槽技术在成槽过程中不同于抓斗,不会形成抓取出来的渣土,最终渣土会在槽内和注入的水泥浆液混合,共同构成地下连续墙墙体。但CSM成槽设备在下钻成槽过程中会产生一定的废浆,主要是注入的膨润土泥浆和槽内的渣土相混合,产生的废浆量约为成槽方量的10~20%,需要对这一部分的废浆进行处理。通常可以采用泥浆净化机进行筛分分离,达到净化膨润土泥浆的目的,或是用沉淀池进行沉淀,也可以加入固化剂进行固化以方便处理。




CSM成槽技术的墙体材料


CSM成槽设备在施工过程中,在下钻成槽中通常通过注浆系统注入膨润土泥浆,泥浆主要起到护壁,防止槽壁坍塌的作用。膨润土泥浆的配合比通常为 70~90 kg/m3(取决于膨润土的质量),泥浆密度约为1.05 kg/cm3,粘度要超过40 s(马氏漏斗粘度)。当膨润土泥浆和渣土在槽内混合后,其密度则升至1.5~2 kg/cm3。


在上提成墙中,则要通过注浆系统注入水泥(水泥-膨润土)浆液。可根据需要调配配比,统称是采用水泥浆液中加入少量的膨润土和缓凝剂。密度控制在1.7~1.8 kg/cm3左右。粘度在100s左右。在槽内与渣土混合后则密度会有所升高。最终成墙墙体的抗压强度可以达到Rc 28 = 4 ~ 12 Mpa。这主要是应用在支护为目的的墙体中。如果是做为以防渗为目的的防渗墙,则需要提高膨润土的添加量,降低水泥的添加量。墙体强度可以控制在1~2 Mpa,渗透系数可以达到1×10-8m/s。



CSM成槽机的施工效率


以法国地基建筑公司在法国Le Havre港工程实际作业为例,CSM成槽机的下钻成槽的效率是:在膨润土泥浆保护下,用50分钟完成厚度为500mm,长度为2.8m,深度为20m的地下连续墙的成槽;上体成墙的时间为30分钟(主要取决于注浆泵的排量)。也就是80分钟完成一个2.8m长,深20m的地连墙施工。施工功效远远高于其他成槽设备。实测记录资料见图七。


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图七、CSM成槽机的施工记录



CSM技术的主要应用


CSM地下连续墙成槽技术主要是结合了深层搅拌技术的特点,完成地下连续墙的施工。可以做为支护结构保护基坑开挖,CSM成墙后,在槽段内插入H型钢,来承受开挖过程的弯矩。待基坑内部结构施工完成后,再将H型钢用震动锤拔取出来,H型钢可以再重复使用,降低工程造价。具体施工工艺见图八。


CSM设备可以直接施工防渗墙,由于采用了铣轮铣削,可以将防渗墙直接嵌入基岩,达到整体防渗要求。采用的墙体材料和施工的手段都可以有效降低施工的成本,节约工程投资。并达到很高的防渗指标。


CSM也可以在成槽后插入钢筋笼,形成条形桩基础。

由于CSM设备也是刚刚开发出来,还有待于进一步拓展应用的领域,也需要进一步完善施工工艺,从而将该设备和技术有效的应用起来。


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CSM设备成墙/插入H型钢/作为支护墙使用/完成基坑内结构施工

图八、CSM作为支护墙施工的工艺





存在的问题


由于采用凯式方形导杆施加推进力,从而限制了CSM成槽机的成槽深度,现在多应用于20~30m深的支护墙和防渗墙的施工。超过40m的施工实例还很少。在CSM成槽机的成槽深度的瓶颈,也在实验采用其他非导杆的方式来实现。


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CSM成槽机配套在深层搅拌钻机上



文章来源于互联网

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⽔泥⼟铣削搅拌墙 CSM工法

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CSM工法 Cutter Soil Mixing (铣削深层搅拌技术)是一种创新性深层搅拌施工方法。此工艺源于德国宝峨公司双轮切铣技术,是结合现有液压铣槽机和深层搅拌技术进行创新的岩土工程施工新技术。通过对施工现场原位土体与水泥浆进行搅拌,可以用于防渗墙、挡土墙、地基加固等工程。与其他深层搅拌工艺比较,CSM工法对地层的适应性更高,可以切削坚硬地层(卵砾石地层、岩层)。


双轮铣深搅设备(CSM)特点

 

施工效率高

双轮铣拥有两个大扭矩齿轮箱,铣轮上切割齿布局设计合理、切削能力强、施工效率高;


地层适应范围更广

能够在坚硬的地层进行深层搅拌施工,克服了传统的多轴搅拌系统不能在坚硬地层施工的缺点;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;


墙体垂直度更好

双轮铣设备中具有高精度垂直度传感器,施工中可以通过电脑动态监测成槽的垂直度,利用双轮铣设备所配置的纠偏系统及时调整,确保墙体精度;


墙体质量更好

通过电脑控制水泥浆液注入量、水泥浆和土体混合均匀,从而墙体均匀度及质量好、材料利用率高,较其他搅拌工艺,可以节约材料;


施工过程更加环保

直接将原状地层做为建筑材料,弃土和弃浆量总量小,节能环保,符合基础施工技术发展的趋势;


施工阶段扰动低

施工阶段几乎没有震动,采用原位搅拌,对周边建筑物基础扰动小,可以贴近建筑物施工;

墙体的深度更大

导杆式双轮铣深搅设备,施工深度可达53m,

悬吊式双轮铣深搅设备,施工深度可达80m。


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导杆式 CSM工法主机

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悬吊式  CSM工法主机







来源:《水利建设与管理》

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