CSM 工法在软土地区深基坑承压水控制中的应用

随着城市地下空间开发的不断发展，基坑工程也不断向着更深、更大方向发展，施工场地环境条件和工程地质条件越来越复杂，环境保护要求高，给基坑工程的设计和施工带来很大的难度。

深基坑开挖过程中人工降低地下水位，特别是抽降承压水，将对周围一定范围的地面沉降，严重时会引起周边管线或邻近建构筑物的破坏。上海软土地区深大基坑承压水控制措施中，根据场地周边环境因素和水文地质条件，在有条件隔断承压水含水层时，较多采用落底式止水帷幕的方式，以控制基坑抽降承压水对周边环境的不利影响。常用的落底式止水帷幕为地下连续墙、超深三轴水泥土搅拌桩、TRD工法等厚度水泥土搅拌墙等，在一些基坑工程实践中取得了良好的效果。

CSM（Cutter Soil Mixing）工法是一种新型、高效、环保的等厚度水泥搅拌墙施工技术，又叫双轮铣深层搅拌技术。该技术是由德国宝峨公司开发，2011年左右引入国内的。近年来，随着建筑行业不断发展，超深基坑越来越多，环保要求也日益严格，传统的水泥土搅拌墙施工工艺暴露出一些缺陷和矛盾。比如，传统三轴搅拌桩虽然经济性强，但施工深度受限制（一般不超过30m），垂直度、止水效果与成墙品质等施工质量并非最理想；TRD工艺美中不足，如基坑形状不规则时，转角施工困难，面对更坚硬的复杂地层时，存在施工效率低等难题；在某些对造价严格限制的工程中，TRD单价显得过高。CSM工法作为TRD的补充和完善，大面积普及后有望替代三轴搅拌桩。

本文以前滩33-01地块项目为例，针对场地存在深厚的承压水含水层、周边环境复杂、承压水控制难度高的特点，在上海地区首次采用50m深的CSM工法等厚度水泥土搅拌墙作为落底式止水帷幕，隔断承压水含水层。通过本工程的成功实施，证明了CSM工法落底式止水帷幕的施工质量可靠，可以有效保护基坑及周边环境的安全，为在软土地区进一步推广应用提供了一定的参考。

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1 工程概况

本项目位于上海前滩国际商务区，地块东邻东育路，西接前茂路，南至高青西路，北侧为海阳西路。地下室为地下3层，基坑形状较规则，呈梯形，基坑开挖面积约1.4万m2，周长460 m，基坑开挖深度14.45～19.35 m。

1.1 周边环境条件

本项目周边环境复杂，除西侧为规划道路外，其余3条道路均已施工完成，其下分布有大量市政管线，包括大直径的给水管、燃气管、集中供能管、雨水管、污水管等，距离地下室最近仅3.5 m。场地北侧25-02地块（地下4层，基坑挖深约20 m）以及西侧34-01地块（地下3层，基坑挖深约15 m），正在进行桩基施工，与本基坑工程存在交叉施工的影响。周边环境情况如图1所示。

1.2 水文地质概况

根据岩土工程勘察报告，本工程基坑施工影响范围内的土层为上海地区比较典型的软土地层，土层分布相对稳定，各土层物理力学指标见表1。

本场地浅部地下水属潜水类型，受大气降水及地表迳流补给。勘察期间所测得的地下水稳定水位埋深一般为0.90～2.45m。

本场地内位于第⑤2层、⑦层、第⑨层土中的地下水属于承压水。对本工程有影响的承压含水层为：微承压水含水层——第⑤2层砂质粉土，埋深约18 m，层厚约12 m，其下是上海地区传统的第一承压含水层——第⑦层粉砂，埋深约29 m，层厚约17 m，二者之间联通，详见图2。勘探期间实测稳定水位埋深在5.16～5.38 m，本工程基坑开挖时，存在承压水突涌的问题。

考虑前滩地区较多基坑同时开挖，承压水抽取相互影响显著，导致周边道路沉降明显，因此，需要采取安全可靠的承压水控制措施，以确保基坑及周边环境的安全。

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2.1 主要技术难点

（1）本项目周边环境复杂，市政管线密集，且西侧和北侧场地基坑与本项目存在交叉施工影响。因此如何控制基坑施工引起的周边环境影响，保证周边保护对象的变形在安全范围之内，是制约本工程基坑围护设计成败的关键因素。

（2）本项目场地内存在深厚的承压水含水层（第⑤2层砂质粉土与第⑦层粉砂连通），总厚度约为30 m，埋深约18 m。基坑开挖期间需要抽降承压水，如何减小基坑降压对周边环境的影响，是本工程基坑设计和施工需要重点考虑的问题。

2.2 基坑围护设计方案

按上海市工程建设规范《基坑工程技术规范》，本基坑工程安全等级应为一级，环境保护等级为二级。

本次基坑设计方案采用钻孔灌注桩+止水帷幕作为周边围护结构，坑内设置三道钢筋混凝土水平支撑，见图3。

2.3 承压水控制措施

本工程基坑开挖时，存在严重的承压水突涌的问题。考虑前滩地区较多基坑同时开挖，承压水抽取相互影响显著，为了减少基坑降承压水对周边环境的不利影响，基坑围护在上海地区首次采用50m深CSM工法等厚度水泥土搅拌墙作为落底式止水帷幕，对⑤2层和⑦层承压水层完全隔断。该止水帷幕为目前上海地区已实施的最深CSM工法等厚度水泥土搅拌墙。CSM工法等厚度水泥土搅拌墙厚度为800 mm，采用P.O 42.5级普通硅酸盐水泥，水泥掺量不小于18%，水灰比1.5，单幅墙宽2800 mm，相邻幅墙体槽段搭接不小于400 mm，深度为49.5 m，深入⑧层粉质黏土层不少于2 m。墙体28 d无侧限抗压强度不小于0.8 MPa。由于本工程采用的CSM工法等厚度水泥土搅拌墙深度较大，为保证墙幅搭接质量，采用双侧搭接套铣施工成墙，详见图4。

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3.1 CSM工法等厚度水泥土搅拌墙施工及取芯试验

CSM工法等厚度水泥土搅拌墙施工过程顺利，施工设备在软土地区的地质条件下施工效率较高，下沉速度约0.5～0.8 m/min，提升速度约0.8～1.0 m/min，单台设备每天可成槽8幅左右。

▲取芯样品

CSM工法等厚度水泥土搅拌墙养护28d后，进行了钻孔取芯检测，共检测CSM工法等厚度水泥土搅拌墙10幅，墙身所取芯部位墙身无侧限抗压强度代表值范围在0.82～0.86 MPa，均不小于设计要求的0.8 MPa。编号C45的墙幅取芯检测结果详见图5。

3.2 基坑开挖前群井试抽水试验结果

本工程止水帷幕理论上隔断承压水基坑内外水力联系，在基坑开挖前，进行了群井试抽水试验，主要目的在于：检验降水方案的合理性；验证止水帷幕、承压含水层下相对隔水层的隔水性能；为止水—降水—回灌的基坑承压水治理方案的确定提供参考依据。

通过群井试抽水试验过程中，坑内水位观测井和坑外水位观测井的观测结果可知（图6），在坑内抽降承压水6 d后，坑内观测井的承压水水位最大降深约8.28 m，坑外观测井的承压水水位最大降深约1.1～2.0 m。CSM工法等厚度水泥土搅拌墙的止水效果可靠，有效的阻隔了基坑抽降承压水过程中，坑外承压水含水层对坑内的补给作用，减少了基坑降压对周边环境的不利影响。

3.3 基坑监测结果

图7反映了基坑施工过程中坑外潜水水位和承压水水位的变化情况。从监测结果可知，基坑施工期间，坑外潜水水位和承压水水位基本保持稳定，最大降深均在2m以内。

从基坑实施结果可知，CSM工法等厚度水泥土搅拌墙的止水效果可靠，有效的阻隔了坑内外水力联系，基坑内部抽降承压水对坑外的水位影响较小，在可控范围以内。在软土地区深大基坑中，采用CSM工法等厚度水泥土搅拌墙作为止水帷幕，来进行承压水控制，具有良好的工程应用前景。

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（1）本文以前滩33-01地块项目为例，针对场地周边环境复杂、水文地质情况复杂、与临近地块存在交叉施工影响等不利因素，采用了大直径钻孔灌注桩挡土+CSM工法等厚度水泥土搅拌墙落底式止水帷幕+三道钢筋混凝土水平支撑的围护形式，通过一系列安全可靠的技术措施，保证了本项目的顺利实施和周围环境的安全。

（2）本项目在上海软土地区首次采用50 m深的CSM工法等厚度水泥土搅拌墙落底式止水帷幕进行承压水控制，通过钻孔取芯结果，基坑开挖前的群井试抽水试验结果，以及基坑实施过程中的监测数据，验证了CSM工法等厚度水泥土搅拌墙施工质量可靠，止水效果良好，为该工法在深大基坑承压水控制中的进一步推广应用提供了良好的工程案例。