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​CSM工艺施工质量控制

CSM工法 2020年9月3日 项敏 266






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CSM工艺施工质量控制




摘  要

摘要:简述CSM(双轮铣)工艺的原理及其较于传统深层搅拌法的优点,结合日照市付疃拦河闸除险加固工程,依据工程实际情况,提出了在复杂地质环境下保证CSM工艺施工质量的控制要点和施工过程中的一些意外事故及其处理方法,希望对以后类似的水利工程施工提供一定的参考。

 

关键词:CSM(双轮铣)工艺;深层搅拌法;除险加固;施工质量控制

 



前  言


截至2017年,全国已建成103878座流量超过5m3/s的水闸,大中型病险水闸已超过2600余座,水闸运行多年后,因坝体、坝基不均匀的沉降,需对水闸除险加固,对地基防渗进行处理。水闸可以排水和挡水,具有供水、防洪的功能,对改善水环境起非常重要的作用,因此对这些病险水闸除险加固对国计民生有重大意义。目前国内相关的水闸除险加固工程方案设计非常多,为后续水闸除险加固工程提供了很好的参考,一般修建地下止水幕墙作为地下基础的防渗。这类工程的施工方法主要有以下3种:深层搅拌法、预应力高强度混凝土管桩以及高压旋喷防渗技术,因深层水泥搅拌桩法相比其余两种工艺具有工程造价适中、施工简单、质量有保证等优点,是目前使用最为广泛的方法,但其主要适用于软基加固、处理淤泥,不适用于岩层或者承载力要求高的地基。目前对于复杂地质条件下的施工方法主要有CSM(双轮铣)施工工艺,该工艺可以解决部分地区复杂地质条件下采用传统深层搅拌桩工艺无法对地下连续墙施工的问题。CSM工艺对水利工程施工具有非常重要的意义,为确保该工艺施工质量,因此有必要对其施工控制要点进行研究。

 

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CSM (双轮铣)工艺 


CSM工艺将液压铣槽机和深层搅拌技术进行了有效的结合,是岩土工程施工工艺的一大进步。该设备通过两组铣轮旋转将泥浆与施工现场的土体进行搅动,形成矩形槽段的土体。该工艺设备和原理如图1—2所示。

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图1工艺设备

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图2工艺原理


对比深层搅拌技术,CSM工艺在施工中有以下5个优点:


(1)设备占地较小,移动灵活,施工的速度较快。


(2)削铣能力极强,最大削铣强度可达到140MPa,可以削铣坚硬的地层(卵砾石地层、岩层),满足复杂环境施工需求。


(3)削铣精度很高,在铣头内部安装垂直度的监测装置,通过信息化系统对其进行控制,可以保证施工的质量。


(4)可满足大深度的施工,双轮铣的设备主要有导杆式和悬吊式,最大削铣深度分别可达45m和65m,远远优于传统的深层搅拌技术。


(5)成墙质量高,墙体强度达1~5MPa,并可以灵活设定劲性材料插入间距。


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CSM工法坝基铣削式防渗墙


2.1 工程概况

日照市付疃拦河闸位于日照经济开发区西部,奎山街道办事处西南、牟家小庄村东北的付疃河上(付疃河桩号12+280)。原付疃拦河闸是一座蓄水灌溉、兼顾生态环境的大(2)型水闸,该闸于1992年建成。本次对该水闸的除险施工的内容包含:拆除原拦河闸,在原址改建为橡胶坝及调节闸,上游为浆砌石及钢筋混凝土铺盖,下游为钢筋混凝土消力池和海漫,上下游主河槽的护砌,管理设施并对右岸的水闸进行改造等。工程等别为Ⅱ等,工程规模为大(2)型,主要建筑物的级别为2级,次要建筑物的级别为3级,临时建筑的级别为5级。


2.2 技术要求

液压铣削深搅地下连续墙单幅宽2.80m,墙厚70cm,28d的抗压强度不小于2.0MPa,渗透系数小于1×10-6cm/s,掺入水泥采用P.O 42.5,水泥掺入量和水灰比具体在施工前根据实验确定。保证铣削深度不超过设计深度±0.1m范围,定位偏差在±5cm范围内,墙体的垂直度在3‰范围内。

 

2.3 CSM工艺流程

该工艺流程图如图3所示,主要包括平整场地、放样接高、开沟铺板、设备定位、削铣喷浆搅拌、回转喷浆提升、钻机移位等。

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2.4 CSM施工顺序

双轮铣深层搅拌技术拟按顺槽式施工,即按顺序施工1、2、3……,依次类推,单幅长度为2.8m,搭接长度一般为0.25m,单幅有效长度为2.55m,顺槽式施工的优点是:减少在砂层施工时槽孔坍塌抱钻现象;单幅桩之间的搭接长短易于控制。

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2.5 CSM施工准备

(1)水泥制浆站的布设:根据双轮铣工艺的施工要求,拟计划在截渗墙施工平台后面,沿截渗墙轴线每200m处布设一个泥浆搅拌后台区,供浆系统分别向左右100m方向供应水泥浆,泥浆搅拌后台区随着施工进度随机移动。为了保证输浆压力能够满足设计的要求,应当避免输浆管路过长,应在供浆系统200m范围内距离主机100~200m附近布设一套泥浆中转系统,即达到供浆压力又避免泥浆搅拌后台区移位造成工期耽误,如图5所示。

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图5 CSM工艺设备平面布置图


(2)供水、供浆管路以及供电线路的布设:根据现场条件,施工设备及制浆用水采用潜水泵从河中抽取供给,集中供水管路布置至水泥浆搅拌站,在埋管穿越道路时应防止其被重型机械所破坏,在防渗墙施工轴线下游侧布置供浆的管路。


(3)清场备料:将施工场地进行平整、压实,防止地表过软导致机械行走时失稳;作业面不小于15m,处理地基并备足外加剂和水泥。


(4)测量放线:施工前,先根据业主提供的坐标基准点,按设计图纸计算出防渗墙轴线各角点坐标,利用测量仪器进行精确放样,并对坐标进行复核,每隔50m设置1个高程控制桩,并做好明显标志。


(5)安装调试:支撑移动机和主机就位;架设桩架;安装好制浆、注浆和制气的设备;接通水路、电路和气路;运转试车。


(6)开沟铺板:利用挖机沿防渗墙轴线平行方向开挖沟槽满足工作的需求,并开挖深0.5~1.0m、宽1~1.5m的沟槽用以保证余浆存放和补充回浆;长度需超前主机作业处10m,并在其上铺箱型钢板,保证主机对地基的压力均衡。


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CSM工艺质量控制要点


3.1 铣头定位

保证双轮铣设备的铣头定位处于墙体的中心线上,误差不超过±5cm。


3.2 凯丽杆垂直精度

为保证凯利杆系统的垂直度,需采取经纬仪对桩架的垂直度进行初始零点校准,由辅机的垂直度来控制;通过铣头两侧的2块导向板以及前后的4块纠偏板共同调整钢索吊挂系统。操作员可以通过控制铣头的姿态来调整槽形的垂直度,墙体的垂直度一般控制在3‰范围内。由值班班长统一对桩机进行指挥,在移动桩机前需觉察各个方位的情况,若发现有障碍物应立即移除,在移动结束后应立即检查定位情况,检查并桩机是否平稳。


3.3 喷浆、搅拌成桩

(1)水泥拟采用P.O 42.5普通的硅酸盐水泥,水泥浆液的水灰比应控制在0.8~1.2,水泥掺入比根据地层情况经试验确定,初步参数为15%~20%,注浆压力为2.0~3.0MPa(根据现场的情况及时调整)。保证施工质量的关键在于通过加强对水灰比和水泥的控制,保证成墙的强度和均匀性。


(2)浆液配制:水泥浆液的配置需严格按照预定的配合比,用比重计严格保证浆液的质量,并需质检员对其检验。保证浆液不能发生离析,放浆前一定要先搅拌30s,再将其倒入储存桶内;需对浆液各项性能进行试验,包含黏度、稳定性、比重、初凝时间、终凝时间等;凝固体的物理性能试验包括抗折及抗压强度。现场质检员需监督浆液质量的存放时间,水泥浆液随配随用,浆液存放的有效时间应符合以下规定:浆液的温度需控制在5~40℃以内,当地温度不超过10℃时,不要超过5h;当地温度超过10℃时,不要超过3h,超出规定应予以废弃。同时需不断搅拌料斗中的浆液,并在集料斗与灰浆搅拌机间安装合适的过滤网,过滤水泥浆液,如图6所示。

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图6 喷浆示意图


(3)搅拌成桩:开动钻机进行削铣和搅拌,缓慢降下铣头至其与土体相接触,并按照规程进行注浆、供气。控制铣轮的旋转速率为36r/min,铣进速率为0.5~0.7m/min。削铣达到风化岩范围时,对墙底风化岩处,适当重复提升2~3次,到达终孔深度时,继续延续喷浆10s,使水泥浆与底部风化岩完全拌合。根据搅拌程度控制铣轮速度在25~36r/min范围内变化,缓慢提升动力头,一般为0.7~1.0m/min;以避免造成真空负压,墙体空隙,如图7所示。

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图7 搅拌示意图


在喷浆、搅拌成桩过程中需格外注意以下几个方面:

(1)在施工过程中需保证现场压浆泵的流量、浆液配合比与设计一致,才能有效控制成桩质量。


(2)根据工程特点,双轮铣削钻头钻进过程中,注入高压气体及膨润土泥浆,达到护壁效果;提升时需注入配置好的水泥浆液,放慢提升速度,使水泥浆液与土体可以充分拌和,确保桩体的加固质量。


(3)水泥浆液制备系统每一个时间段内,需人工对灰浆比重进行抽查。半自动的拌浆系统将配好的水泥浆液运送到储浆罐,可为搅拌的设备持续供浆。


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特殊情况处理措施


(1)施工遇孤石、漂石等特殊情况无法达到设计深度,与设计不一致时,及时上报业主、监理,经各方共同研究后,采取必要的补救措施。


(2)在施工过程中,碰到断电或者其他特殊的情况导致机器停止运行、成墙工艺中断时,为防止出现不连续墙体,需将搅拌机缓缓降下直到停浆点以下0.5m处,待供浆恢复过后再继续工作;若停机时间过长,为防止浆液凝结堵塞管道,则需先拆

输浆的管道拆除、清理干净。


(3)在施工过程中,若出现管道堵塞,需立即停泵对其进行清理。待清理过后立马把搅拌钻机下降1.0m,然后继续注浆,过10~20s后缓缓向上搅拌,以防桩断裂。


(4)当双轮铣削搅拌提升过程中,如遇到较松散的砂层,易造成抱钻现象,可在钻进过程中适当增加膨润土用量,达到护壁效果。


(5)冬季施工加强输浆管及气管的保温措施,对施工用水安置锅炉进行加温,确保施工正常进行。



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结  语


CSM(双轮铣)工艺是深层搅拌工艺的一大创新,将液压铣槽机成功使用到搅拌墙的施工中,使深层搅拌技术在复杂地质条件下仍然可以顺利施工,同时在该工艺施工过程中工程人员重视施工质量控制要点,便可以有效的提高搅拌墙的施工质量和垂直精度。日照市付疃拦河闸除险加固工程对其成功的运用,也证明了该工艺具有优质安全的特点,具有非常大的推广价值。


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来源:《水利技术监督》

编辑整理:项 敏
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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




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