CSM工法等厚度水泥土攪拌墻在緊鄰既有建筑深基坑工程中的應用

邵 魯（中鐵十四局集團有限公司，山東 濟南 250000）

為滿足城市建設與發展需求，各地提出了城市更新工程，但在工程實施中發現，現有建筑物周圍的市政設施如建（構）筑物、管線等，不僅加劇了深基坑工程施工難度，還會使施工現場面臨復雜的環境條件。隨著我國城市地下空間的發展和基坑開挖深度的日益加大，在施工中出現的壓力突涌問題日益突出。坑內壓力水位下降，易引起附近壓力水位的波動，從而對周圍環境產生不良影響[1]。如何降低或解決井下承壓水對施工周圍環境的影響，是目前急需解決的問題。下述將以某市政工程項目臨建深基坑項目為例，對此展開研究。

1 概況與施工場地條件

1.1 概況

某市政工程項目臨建深基坑項目的占地面積為54145.23m2，對應結構的地下占地面積為40125.69m2。該工程項目地下層數為3 層，結構為多棟高層住宅建筑，建筑層數為12、20、34、32、40。建筑基礎采用筏板+鋼筋混凝土灌注樁。

主體建筑由框架結構組成，最大高度32.9m，最大跨度31.9m，最大寬度36.4m，底板以下均為土層，與建筑間無剛性連接點、無松散層、無空腔，整體狀況良好。

基坑南側距離50m 位置為河道，北側距離50m 為已經投入使用的地鐵隧道，基坑形狀近似矩形。該建筑工程項目深基坑設計現狀見表1。

表1 深基坑設計現狀

對應工程的基坑支護、止水帷幕設計示意圖見圖1。

圖1 基坑支護、止水帷幕設計示意圖

1.2 場地水文地質條件

根據施工現場勘查，場地整體為北高南低的特殊地形，作業區域呈弧形走勢。場地中心高程7.4m，地下中心高程7.7m 和地底下1.7m 處均與城市規劃道路相交（平面呈“Y”字形）。場地上的道路均采用水泥碎石路面施工[2]。由于既有建筑拆遷改造需要，場地內原有地下管線較多，現對建筑進行加固與拆遷改造需要。因此，本工程緊鄰既有建筑施工場地，采用混凝土澆筑攪拌墻形式滿足地基與基礎的要求。施工場地水文地質條件見表2。

表2 施工場地水文地質條件

2 緊鄰既有建筑深基坑施工

2.1 深基坑圍護結構設計

考慮到此次施工項目場地空間狹小，且工期較為緊張，周圍存在緊鄰的既有建筑結構，因此，為了在保障既有建筑不被破壞且不受影響的情況下，提高工程質量，縮短工期，引入CSM工法對其進行深基坑施工[3]。結合該項目施工需要，圍護結構采用規格為810mm 的CSM 工法樁作為圍護結構。在CSM 工法樁中，水泥摻量占比為兩成，樁結構長度為15.2m，內部嵌有規格為H560×250×12×21 的鋼結構。針對緊鄰既有建筑的鋼結構，將其間距設置為0.55m，長度為15m；針對非緊鄰既有建筑的鋼結構，將其間距設置為1.3m，長度為12.6m。在深基坑內部設置一個具有雙軸結構的攪拌樁裙邊加固結構，并且在區域沒有完成地下結構施工前，不得將這一加固結構拔出。深基坑采用“井”字形結構，采用鋼筋混凝土支護結構[4]。在基坑緊鄰既有建筑物的區域范圍內，采用H400×400×13×21的斜拉式穿墻換撐。

2.2 基于等厚度水泥土攪拌墻的支撐體系設計

針對緊鄰既有建筑深基坑施工區域，基于等厚度水泥土攪拌墻，在基坑的縱向設置對撐、角撐結合邊桁架結構的4 個臨時水平支撐體系。圖2 為基于等厚度水泥土攪拌墻的支撐體系基本結構示意圖。

按照圖2 所示內容設置支撐體系，針對各個鋼結構，將其間隔距離設置為900mm，要求選用規格為H700×300×13×24的“H”形鋼結構。水泥土攪拌墻的厚度設置相同，均為850mm。

圖2 基于等厚度水泥土攪拌墻的支撐體系結構圖

2.3 緊鄰既有建筑保護措施

鑒于緊鄰既有建筑不能采用樁基支承等自身強化技術措施來改善其抗非均勻變形的能力，因此，應從“源頭”入手，采取有針對性的設計和施工技術措施，以減小基坑本身的變形。在上述圍護結構設計思路基礎上，選擇具有良好止水效果和對周圍土體影響的CSM工法新技術，針對一般地區沉降速率控制在50.5cm/min～80.5cm/min 范圍內，提升速率控制在80.5cm/min～100.5cm/min 范圍內。在緊鄰既有建筑區域內，沉降速率控制在30.5cm/min～50.5cm/min 范圍內，提升速率控制在50.5cm/min～100.5cm/min范圍內，以此減小對圍護樁施工的負面影響[5]。在緊鄰既有建筑物的區域，采用插入式鋼柱間隔進行加密，在混凝土攪拌樁基礎上，對被動區進行加固，采取適當的土方開挖方案，減少土方開挖過程中的變形。支撐體系采用“井”字形結構，增加內部支撐系統的整體剛度，并以此有效地克服土方開挖對緊鄰既有建筑的不利影響。采用靜壓剪斷水平支護，避免使用機械鎬頭機或爆破拆除，以減小因支撐引起的周圍土體振動。為了提高基坑的抗壓強度，在基坑開挖之前，采用止水帷幕隔開開挖區域的沙質土壤。

2.4 基于CSM工法的承壓水處理與隔水帷幕設計

完成對緊鄰既有建筑保護措施的實施后，還需要結合CSM工法完成承壓水處理和隔水帷幕的設計與施工。施工現場有存在黏土缺失的情況，并且微承壓含水層和地下水相連通[6]。結合該工程項目施工區域地質調查和抽水實驗，提出了一種復合承壓含水層的方案。在保證承壓水穩定性的前提下，在深基坑開挖到基底時，水頭的深度不得大于12.3m。由于深層土壤是很厚的砂層，且砂層和粉砂是相通的，所以不設置隔離的承壓水。為此，采取懸垂式隔水簾，加大坑內、外承壓水的繞流通道，避免井下壓力對基坑外壓力產生影響[7]。同時，為降低井下壓力水抽提對周邊環境的影響，應嚴格按照要求進行降水。從經濟性和懸垂隔水效果的角度出發，將抽水試驗與下水井布置相結合，設計規格為37m 的減壓井，其中減壓井的濾頭主要位于砂層。分析比較降壓井下不同深度的懸掛式隔水簾的厚度，最后得出降壓井8m深、45m的懸垂式隔水簾深度和6m的高度。

懸掛隔水帷幕可以分為兩種，一種是超深井連續墻，另一種是水泥混凝土混合墻。從對周圍環境的影響及經濟分析來看，如果采用超深的地下連續墻，則深部墻體的接縫仍然是較弱的，因此，必須采取大口徑的旋噴樁進行加固[8]。綜合分析，采用三軸水水泥土混合樁作隔水帷幕，但由于施工設備的功率有限，在30m以上的深度難以進行。針對這一問題，引入三軸水泥土攪拌樁作為隔水帷幕，通過加長轉桿施工，其深度能夠達到40m以上。

在該工程項目中，由于土體地質情況比較復雜，存在著早期拔樁、既有雙軸水泥漿攪拌樁等地下障礙。同時，基坑的形狀也是不規則的，而且有很多的轉角。因此，在較復雜的地層中，采用CSM工法對等厚混凝土墻體進行施工，該方法的適用性較強。CSM 工法等厚的水泥層，采用P.O42.5 普通硅酸鹽水泥，厚度700m。其他參數設定時，應以22%以下的水泥、1∶5的水灰比、2800mm的單面墻體、溝槽部分至少300mm的接縫。圖3為基于CSM工法的雙側搭接套銑施工成墻示意圖。

圖3 基于CSM工法的雙側搭接套銑施工成墻示意圖

3 實證分析

按照提出的方法，設計深基坑水泥土攪拌墻，根據工程標準，對其展開施工。

施工中，為避免現場作業對周圍環境造成影響，且考慮到深基坑東側施工會受到地下埋設變壓器的影響，因此，在施工期間必須做好變壓器防護，并將此位置的防滲帷幕調整為其他工法樁，根據施工現場的實際情況，適當降低施工高度，并在施工過程中切斷變壓器電源，在現場做好相應的應急措施。如果由于施工布置的原因造成了攪拌墻的施工滯后，那么在攪拌墻完成后需要在接口部位增設CSM工法樁進行封堵。

為確保工程施工的規范性，應從下述兩個方面，規范現場施工行為：

（1）在CSM水力研磨混合機組裝完畢和移動后，利用經緯儀分別對樁機立柱導向架的垂直度進行校正。在施工期間，采用安裝銑削機內傾角測量裝置的方式，對墻體進行嚴密控制；

（2）做好對施工中水泥摻入量的控制，準確把控水泥水灰比設計，并添加一定量的水泥混合料，確保生產出合格的水泥砂漿。

完成設計與施工后，對不同結構層的土方開挖進行側移量記錄，記錄結果見圖4。

圖4 不同結構層的土方開挖側移量記錄結果

4 結語

（1）根據圖4不同結構層的土方開挖側移量記錄結果可知，此次驗收的首層土方開挖、第二層土方開挖、第三層土方開挖最大側移量為30mm，說明設計的工程在完成施工后，止水幕墻的封閉性良好，可以在實際投入使用后起到較好的隔水效果，并有效地控制了基坑內部結構的變形。

（2）經過本次研究與論證，驗證了設計的攪拌墻在工程中應用的可行性與有效性。同時，該工程采取較合理和較有效的方案有效地保證了基坑工程質量和安全。對鄰近既有建筑深基坑施工工程中其他技術條件相同、施工難度較大、施工費用較高的施工方案可以提供參考與借鑒。