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双轮铣深搅(CSM)工法在深厚软土覆盖层锚碇 基础中的应用

CSM工法 2024年3月23日 项敏 83


摘 要


摘要:以张靖皋长江大桥北航道桥南锚碇项目为例,开展了双轮铣深搅(CSM)工法与传统的三轴搅拌桩等技术的比选,并在锚碇现场进行试桩试验,分析了CSM工法搅拌桩在深厚软土覆盖层中的成桩效果,归纳总结搅拌桩施工过程中常见质量通病原因和预防措施。

 

关键词:CSM工法槽壁加固;施工工艺;应用分析

 

0 引 言


地连墙由于具有良好的结构稳定性及止水特性,被广泛地应用于基坑、地下结构等工程。地连墙在地质情况好的地层中成槽,槽壁能够保持自稳,地连墙的设计厚度和质量也有所保证。但地连墙在软土中成槽时,由于软土各方面性能均较差,会导致槽壁向槽内移位,最终导致出现墙体厚度小于设计值或墙体出现夹泥等现象。为避免上述情况发生,在软弱土层中地连墙开槽前,会先对槽壁土体进行加固。传统的三轴搅拌桩采用旋切成桩,成桩质量与土层性质关联性较大,搅拌不均匀且返浆多,在砂性地层易渗漏;CSM工法为铣削搅拌成墙工法,铣头在铣削下沉和上提过程中均喷射水泥浆液,切削土体与水泥浆液均匀搅拌,成墙质量好。采用CSM工法进行地连墙槽壁加固,代替传统的三轴搅拌桩槽壁加固方式,可以缩短施工工期,提高地连墙施工质量。


1 工程概况


北航道桥南锚碇位于长江江心冲积岛上,软弱覆盖层以粉质黏土为主,强度和地基摩擦系数低,塑性差,承压水水头高。为保证地连墙施工质量满足设计要求,需要对槽壁进行加固施工。


北航道桥南锚碇基础采用外径90 m、墙厚1.5 m的圆形地连墙+环形钢筋混凝土内衬支护结构。基础高度为21 m,下设0.3 m厚素混凝土垫层,基坑开挖深度21.3 m,底标高为-18.8 m。基底以下有人工处理地基,人工处理地基底标高为-46.8 m,位于密实粉砂⑦5层。地连墙底标高为-51.8 m,嵌固深度为32 m。逆作法分层开挖基坑土和施工内衬,基础顶面以下0~7 m深度内衬厚1.5 m,分层施工高度为3 m+2 m+2 m;7~14 m深度内衬厚2.0 m,分层施工高度为2 m+2.5 m+2.5 m;14~21.3 m深度内衬厚2.5 m,分层施工高度为2.5 m+2.5 m+2.3 m。基础设置7 m厚顶板、7 m厚底板和7 m高混凝土填芯,为提高基底应力分布的均匀性,在基础前半部填芯设置32个6 m×6 m空仓。北航道桥南锚碇效果图如图1所示。


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1.1工程水文地质情况

北航道桥南锚碇处于区域地质构造活动影响相对稳定地带。南锚碇地处Ⅵ区,根据《公路桥梁抗震设计规范》(JTG/T 2231-01—2020)规定,Ⅶ度以下地区即Ⅵ度区的公路桥梁可不考虑砂土液化影响。南锚碇区位地质主要为粉质黏土、粉砂及填土,基础地质剖面如图2所示。

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锚碇区位于长江入海口北岸,地区气候温和,雨水充沛,日照充足,雨热同季;地表水体与地下水的水力联系较好,在丰水期对地下水有补给作用,对区域地下水的补给起了重要的作用。场地内地下水位较高,埋深不足2 m,且周围河流沟渠较多,水系发达。承压水含水层厚度大、渗透性好、补给条件好,且隔水层厚度较薄且不均匀。抽水试验显示南锚碇区域承压水顶板埋深43.8~50.5 m,承压水层厚度超过60 m、渗透性好、补给条件好,且隔水层厚度较薄且不均匀。


1.2项目特点


(1)槽壁加固的垂直度和有效的水泥掺量以及地连墙平面位置尺寸的控制,是该项目施工管控的重点。


(2)槽壁加固与导墙施工在施工过程中存在交叉作业,机械设备的调用过程会对施工人员造成安全隐患,确保施工过程中的安全也是该项目的控制重点。


2 CSM工法简介


2.1 CSM工法流程

CSM双轮铣深搅工法的施工原理是铣削机在掘进注浆、供气、铣、削和搅拌的过程中,两个铣轮相对相向旋转,通过凯氏方形导杆施加向下的推进力,向下掘进切削地层,直至要求的设计深度。此后,两个铣轮作相反方向的相向旋转,通过凯氏方形导杆向上慢慢提起铣轮,并通过供气、注浆管路系统再向槽内分别注入气体和固化液,并与槽内的基土相混合,从而形成由基土、固化剂、水、添加剂等形成的混合物。CSM工法施工流程如图3所示。

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2.2施工关键设备

该项目槽壁加固采用等厚度水泥搅拌墙,加固深度32 m,采用金泰SC55型铣削式双轮搅铣削机进行施工,设备参数见表1。


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2.3工法对比分析

传统的二轴搅拌桩工法虽成本较低,但其施工工效低,稳定性差;加固深度和宽难以达到设计要求,导致出现冷缝的情况增大,槽壁稳定性不佳。


三轴搅拌桩工法较二轴搅拌桩整体搅拌均匀,稳定性较好,但其遇到砂性地层时浆液容易离析,造成桩体强度降低;其施工时土体置换率较高,约占整个加固方量的1/4~1/3,浆液为碱性,对生态环境有较大影响。


CSM工法在施工时,铣头在铣削下沉和上提过程中均喷射水泥浆液,切削土体与水泥浆液均匀搅拌成墙,具有良好的止水和固壁效果,适用于地连墙成槽时的槽壁加固施工。CSM工法施工质量更容易控制,施工工效远高于传统工法,节省施工工期。


综合以上三种施工工法,CSM工法施工工效高,稳定性较好,有利于保护现场环境,综合比选,最终确定采用CSM工法进行项目槽壁加固施工。


3 CSM工法试验


CSM工法成墙试验在保证成墙质量的前提下,试桩采用控制变量法进行试验,旨在确定和优化施工参数,验证得出适合该项目的水泥有效掺量、水灰比、下钻(提钻)速度等参数。


3.1 CSM工法试验情况

采用CSM工法水泥搅拌墙进行4幅试成墙进行试验,以确定最终施工参数。选择在锚碇轻载环道处进行试验,搭接长度为27.5 cm,搅拌墙尺寸为2.8 m×0.7 m,墙身32 m。施工顺序为往复式双孔全套打复搅式标准形,如图4所示,即先施工1#、3#墙,再施工2#、4#墙。CSM工法试验墙采用控制变量法进行参数对比验证内容见表2。

双轮铣深搅(CSM)工法在深厚软土覆盖层锚碇 基础中的应用

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3.2 CSM工法试验墙芯样检测

墙身强度成墙后14 d进行现场钻取芯样强度试验的方法确定,采用绳索钻取芯样,钻头直径φ110。取芯处于槽壁加固中心位置、长边中心位置、接缝位置,如图5所示。芯沿墙体深度方向,每间隔5 m取样一组,每孔取芯数量3组,每组3件试块。以14 d桩体强度推28 d桩体强度是否≥0.8 MPa。

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芯样试块完整性高,无断桩,水泥含量高且搅拌均匀,经检测芯样28 d抗压强度满足设计要求,芯样渗透系数满足设计要求,芯样抗压强度统计表见表3。


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3.3 CSM工法搅拌桩施工参数

CSM工法试验桩经检测满足设计要求,可用于地连墙槽壁加固施工。CSM工法施工参数见表4

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4 CSM搅拌桩施工


4.1 CSM工法施工工效

锚区CSM工法双轮铣槽壁加固桩深度均为32 m,共计219幅,合计加固土13 735.7 m3,金泰SC55双轮搅在本项目软塑状态的粉质黏土层中施工效率约为20 m3/h。项目配置一台双轮搅,每天进行16 h作业,地下连续墙槽壁加固施工42 d完成。


4.2搅拌桩施工顺序

CSM工法搅拌桩施工顺序采用往复式双孔全套打复搅式标准形,搭接宽度分别为26.8 cm(内侧)和27.5 cm(外侧)。CSM工法搅拌桩成墙顺序如图7所示

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5 CSM工法搅拌桩质量通病及预防措施


CSM工法搅拌桩施工受地层变化、机械设备、作业人员、材料供应、周边环境或其它特殊情况等因素的影响,会产生常见的质量通病。CSM工法施工常见质量通病的预防措施详见表5。

双轮铣深搅(CSM)工法在深厚软土覆盖层锚碇 基础中的应用

 

6 结 语


在超厚软土覆盖层地区的地下连续墙工程中,采用CSM工法搅拌桩进行槽壁加固施工,能充分发挥其施工速度快、搅拌均匀、节省材料的优势,施工范围周边地层及结构物稳定,是一种安全可靠、节能环保的槽壁加固形式,具有推广意义。

 

来源:《城市道桥与防洪》

作者:魏豪

编辑整理:项敏
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⽔泥⼟铣削搅拌墙 CSM工法


双轮铣深搅(CSM)工法在深厚软土覆盖层锚碇 基础中的应用


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。

双轮铣深搅(CSM)工法在深厚软土覆盖层锚碇 基础中的应用

导杆式 CSM工法主机

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悬吊式  CSM工法主机




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