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CSM 等厚度水泥土搅拌墙在长江漫滩地质上的应用

CSM工法 2020年3月26日 项敏 362




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《CSM等厚度水泥土搅拌墙在长江漫滩地质上的应用》

南京江北新区中心区地下空间一期CSM工法案例







摘  要




摘要:CSM 工法源于深基坑工程。随着对该工法认识的逐步深入和施工工艺、施工设备的逐渐成熟,CSM 等厚度水泥土搅拌墙被广泛应用于城市深基坑防渗墙领域。由此,本文首先分析 CSM 工法的原理,然后探讨 研究的工程概况及工程地质条件,接着探讨 CSM 水泥墙施工方法,最后提出 CSM 水泥墙质量控制措施。 


关键词:CSM 功法;深基坑;深层搅拌;铣进搅拌








引  言




随着国内建设不断发展,城市地下空间的规模越来越大,基坑开挖深度越来越大,深基坑围护结构对现有施工工艺和施工设备提出了新的挑战。CSM 工法源于深基 坑工程。随着对该工法认识的逐步深入和施工工艺、施工设备的逐渐成熟,CSM 等厚度水泥土搅拌墙广泛应用于城市深基坑防渗墙领域。






CSM工法原理


CSM 是 Cutter Soil Mixing(铣削深层搅拌技术)的缩写,现已成为一种新型工法的名称。其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,也是通过对施工现场原位土体与水泥浆进行搅拌,形成防渗墙、挡土墙、地基加固等工程。CSM 工法与传统深层搅拌工法的相异之处在于使用两组铣轮以水平轴向旋转搅拌方式,形成矩形槽段的改良土体,而非以单轴或多轴搅拌钻具垂直旋转,形成圆形的改良柱体。该工法形成了导杆式、悬吊式两种机型。该工法的原理是在钻具底端配置两个铣轮,铣轮经由特制机架与凯式钻杆连接或钢丝绳悬挂,并由在防水齿轮箱内的马达驱动。当铣轮旋转深入地层削掘与破坏土体时,注入水泥浆,强制性搅拌已松化的土体。





工程概况及工程地质条件


南京江北新区中心区地下空间一期建设工程是国家 级新区江北新区的核心项目,包含 12 个地块以及地块之 间道路用地,占地面积 29.66hm2。其中一区 3 段南北方向长度 262m,东西方向长度 136m,基坑总面积 35 632㎡,基坑周长总延长米 660m,基坑开挖深度 18.9~30.56m。基坑周边采用地下连续墙作为围护结构,基坑内部高差区域设置高差支护,其中 5#、8#地块与 4 号线中央商务区站高差区域采用 ∅ 1000@1200 灌注桩排桩结合800mm 厚 CSM 等厚度水泥墙搅拌墙作为高差围护结构。CSM 水泥墙单幅强度为 2.8m,幅间咬合搭接不小于 0.4m,槽段深 44.76m,实搅深度 29.56m,基坑剖面图见图 1。 


CSM 等厚度水泥土搅拌墙在长江漫滩地质上的应用



工程地质及水文条件


本工程位于长江边上,距离长江最近距离约 750m, 地貌类型属于长江漫滩平原地貌,工程地质分区属长江 漫滩平原工程地质区。这一地区广泛分布第四系松散沉 积物,近地表主要为新近沉积的软土,且厚度较大,下部 为河床相砂性土,地下水丰富,且多为承压水,工程地质 条件非常复杂。场区地表普遍分布人工填土,浅部为全新统冲淤积黏土、粉质黏土、淤泥质粉质黏土(混夹粉土、 粉砂)、粉质黏土(混夹粉土、粉砂),中部为全新统冲积粉 细砂、中粗砂及上更新统冲洪积卵砾石,下伏基岩为白垩系浦口组泥质砂岩、砂质泥岩。岩面位置较深,一般埋深 在 59.8~67.0m。






CSM水泥墙施工工艺



CSM 等厚度水泥土搅拌墙施工工艺流程具体为:

施工准备→测量放线→开挖沟槽→CSM设备就位→向下铣进搅拌→提升喷浆搅拌→二次搅拌至设计墙底→二次提升喷浆搅拌→清洗铣头、浆管→移机到下一槽段。





CSM水泥墙施工方法


施工准备 


施工准备主要包括以下几方面:

①CSM 设备进场及报验,原材料进场、取样试验及报验;

②施工道路、风水电 系统及制浆系统完善等;

③施工前对班组应做好技术交 底工作;

④准备好相关施工过程中的记录表格等。 


测量放线 


根据设计图纸提供的坐标 ,采用全站仪逐一进行 CSM 水泥墙槽段放样,并用红色油漆做标记,验收合格后方可施工。水泥墙体厚度偏差不得超过 20mm,平面偏差不大于 2cm。 


开挖沟槽 


水泥墙导沟采用反铲进行开挖,沟槽宽度 1.0m,深度 1.2m,开挖沟槽的土体应及时处理。同时,在沟槽一侧铺设钢板,以保证设备能正常就位施工。为了保证工期,确保白天和雨天成墙正常进行,在场地内空旷地方设置临时堆土场,用于临时堆放沟槽开挖土,夜间装车外运。 


CSM 主机就位 


由施工人员统一指挥桩机就位,CSM 主机铣头与槽 段位置校正。移动前应注意四周情况,若发现有杂物应 及时清理。CSM 主机就位后检查定位情况,若出现偏差应及时纠正。工法机应平稳停放,采用全站仪或线锤进 行观测,保证主机的垂直度。水泥土搅拌墙的定位偏差 应小于 50mm,成墙后水平偏位不得超过 20mm,深度不得 小于设计墙深,墙身垂直度偏差不得超过 1/250。 


铣进搅拌及提升喷浆 


首先开动主机,缓慢下降铣头进行掘进搅拌,待铣头 进入土层后开启空压机,注水至桩机铣头,钻头喷水铣削搅拌至黏土层或粉土粉砂互层面。铣头穿过黏土层或粉土粉砂互层面后停止注水,并开始输送膨润土浆液至桩 机铣头,下沉搅拌至设计墙底。铣头铣至设计墙底后,停止输送膨润土浆,并开始输送水泥浆至桩机铣头,搅拌并提升至地面。 


清洗铣头、浆管 


待 CSM 工法机铣头提出槽段后,人工采用高压清洗机清洗铣头,并清洗压浆管道及其他所用机具。同时,将 CSM 水泥墙成墙施工过程中置换出来的废泥浆采用反铲进行收集,自卸车装车运至临时堆土场晾晒,晒干后集中外运。 


移机到下一槽段 


CSM 工法机铣头及管道等机具冲洗干净后,将钻机移位至下一个槽段。



CSM 等厚度水泥土搅拌墙在长江漫滩地质上的应用

CSM 等厚度水泥土搅拌墙在长江漫滩地质上的应用






CSM 水泥墙质量控制措施


第一,控制好向下铣削垂直度,施工过程中引孔垂直度误差严格控制在 1/250 内。CSM 工法机铣头在沟槽定位好,利用激光经纬仪把控水泥墙中心线,把墙体中心线 偏差严格控制在 2cm 以内。在成墙过程中,若出现明显偏斜,即垂直度超出设计要求,要及时调整钻杆垂直度, 从而调整水泥墙垂直度,以控制成墙的垂直度。 


第二,控制好水泥浆掺入量和水灰比。水泥掺入量和水灰比直接影响水泥土搅拌墙成墙的强度,因此,在向上铣削注浆过程中,要严格把控水泥掺入量和水灰比。在施工现场,施工员应及时对制浆后台水泥掺入操作系 统进行督检,质量员应定时抽检水泥浆的密度,确保水泥浆掺入量和水灰比满足设计指标、施工方案要求。 


第三,向下铣削成槽和向上铣削喷浆搅拌成墙的施 工质量控制。采用一次注浆施工工艺,CSM 工法机铣头 定位好后,开动工法机铣头正转向下进行铣削。对于黏土层地层,注水进行铣削搅拌;对于砂层或粉土粉砂互层 面地层,注膨润土浆进行铣削搅拌。在该过程中,要控制好水及膨润土浆的注入量,避免注入量过大或过小,影响后期向上铣削浆成墙的强度。CSM 工法机向下铣削过程应不间断供气,气体压控在0.75~1.05MPa。向下铣削时,铣轮的转速为 22~28r/min。根据地质勘察资料中槽段各层软硬土的情况,较软地层转数宜取大值,较硬地层转速宜取小值。CSM工法机铣削下沉速度宜控制在50cm/min左右,第一次成槽下沉至设计墙底时,应停留在墙底搅拌喷 浆5 ~ 8min后再进行提升,并对墙底以上10 ~ 15m进行复搅。当砂层、砂软石层较厚时, 应对该地层复搅一次,并适当提高水泥掺入量。搅拌均匀后,反转双轮向上铣削进行喷浆施工,控制铣轮转速在27~32r/min,提升速度为25~30cm/min。在墙底砂层、砂软石层位置控制好向上的铣削喷浆速度,铣削速度 不可过快,否则会使局部产生真空,导致水泥墙的墙壁坍塌,严重影响成墙强度。 


第四,控制好注浆流量和总量。根据工法机铣头转速和整体铣削量,注浆流量宜控制在130~150L/min,注浆压力控制在 2.0MPa。施工过程中,通过 CSM 工法机操作室 LCD 监视器监控铣削过程中注入浆液的流量和总量 ,保证水泥浆注入总量不少于施工方案要求的注入量。同时,应控制好浆液存放的有效时间和温度,浆液温度应控制在 10~45℃,存放时间不宜超过 3h。当水泥浆存放超时,或已经发生离析,均作废浆处理。 


第五,控制好水泥墙搭接长度。CSM 工法机铣头沿 墙体中心线平行移动到下一幅槽段定位后,要控制好搭接长度 ,CSM 等厚度水泥土搅拌墙的 搭接长度宜为400mm,拐角或转角位置的搅拌墙搭接长度应适当加长, 以保证水泥土搅拌墙的止水效果。







结  论


CSM 等厚度水泥土搅拌墙就地切削土体,使土体与水泥浆液充分搅拌混合形成水泥墙,并用低压持续注入 的水泥浆液置换处于流动状态的水泥土,保持地下水泥土总量平衡。该工法无须挖槽或钻孔,不存在槽(孔)壁坍塌现象,极大地减少了对邻近土体的扰动,降低了对邻近地面、道路、建筑物及地下设施的危害。本文涉及的 CSM 施工原理、施工工艺及施工方法及质量控制措施等内容,为 CSM 等厚度水泥土搅拌墙施工技术进一步推广提供借鉴经验。



CSM 等厚度水泥土搅拌墙在长江漫滩地质上的应用


CSM 等厚度水泥土搅拌墙在长江漫滩地质上的应用


CSM 等厚度水泥土搅拌墙在长江漫滩地质上的应用


CSM 等厚度水泥土搅拌墙在长江漫滩地质上的应用


南京地下空间项目





南京江北新区中心区地下空间






来源:《河南科技》、中国葛洲坝集团

编辑整理:项 敏
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CSM工法


CSM 等厚度水泥土搅拌墙在长江漫滩地质上的应用




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。


CSM 等厚度水泥土搅拌墙在长江漫滩地质上的应用

导杆式 CSM工法主机

CSM 等厚度水泥土搅拌墙在长江漫滩地质上的应用

悬吊式  CSM工法主机



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原文始发于微信公众号(CSM工法):CSM 等厚度水泥土搅拌墙在长江漫滩地质上的应用