CSM工法施工的水泥土攪拌墻在基坑加固止水工程中的應用及效果研究

摘要：文章以北京市昌平區某住宅項目中的深基坑支護工程為實例，首先介紹采用CSM（雙輪銑深攪）工法施工的水泥土攪拌墻的技術要求及作業條件；其次提出具體的施工方案及工藝；最后通過強度試驗、滲透性試驗、水壓力監測等手段，驗證CSM工法施工的水泥攪拌墻在北京地區深基坑支護工程中應用的可行性和可靠性，并探討了CSM工法施工的水泥土攪拌墻的應用前景。

關鍵詞：CSM工法；水泥攪拌墻；基坑加固；止水帷幕" ；防滲墻 ； 基坑圍護

中圖分類號：TU753" " " " "文獻標識碼：A" " " "文章編號：1674-0688（2024）02-0109-05

0 引言

隨著國內基坑工程向地下空間的進一步開發和國家對地下水保護政策的加強，近年來深基坑工程止水帷幕的應用逐漸增多。傳統基坑止水帷幕施工工藝如SMW（三軸攪拌樁）工法、TRD（水泥加固土連續墻）工法在施工深度控制、地質條件適應性、施工效率、環保要求等各個方面均存在一定的問題，行業需要探索新的工藝和工法，以適應國內深基坑工程止水帷幕、圍護結構等施工的需要。CSM（雙輪銑深攪）工法是一種新型、高效、環保的等厚度水泥土攪拌墻施工技術，它結合了現有液壓銑槽機和深層攪拌技術的優點，并在此基礎上進行了創新。CSM工法目前在國外已有廣泛應用，國內也出現了一些工程案例，但相關研究文獻較少。邱紅臣等［1］研究國產XCM80雙輪銑削攪拌機的相關參數和性能，總結相關施工裝備的技術創新情況，驗證其在工程應用中的可靠性。李國斌等［2］結合失敗案例，分析探討雙輪銑深層攪拌水泥土施工技術的優點和不適用情形并提出解決方法。牛潔雯等［3］結合施工實踐，從雙輪銑深攪工藝、施工方法、質量控制、工藝優勢等方面詳細介紹CSM技術。本文在上述研究的基礎上，結合工程實例，通過技術分析、測量監測、試驗驗證等手段，研究采用CSM工法施工水泥土攪拌墻的效率和可靠性，為下一步的技術推廣和工程應用提供理論基礎。

1 項目簡介

1.1 工程概況

本基坑支護工程位于北京市昌平區東小口鎮地鐵8號線車輛段東南角，回南北路以北，科星西路以西，地鐵8號線平西府站以東，為公共租賃住房項目。場地西側為在建的BS-3停車樓，北側為公園悅府小區配套公建，東側為公園悅府小區的主入口。

擬建基坑東西凈長209.5 m，南北凈寬28.4 m，面積約5 950 m2。基坑支護為臨時結構，施工完成后使用年限為1年。開挖深度標準段為16.135 m，局部加深最深為17.635 m，基坑側壁安全等級為一級。結構施工過程中基坑周邊2～4 m的范圍內最大荷載為30 kPa，嚴禁超限堆載，基坑肥槽為0.8 m。

基坑采用“止水帷幕+樁撐”體系，止水帷幕采用CSM工法施工，水泥土攪拌墻設計厚度為700 mm，最大設計深度為28 m，支護樁采用鉆孔灌注樁，基本參數為[?]1 000@1 500*25.5 m，支護樁和冠梁混凝土強度等級均為C25，冠梁位于地面以下500 mm處，在冠梁迎土側設置240 mm厚、1 000 mm高的M20水泥砂漿磚砌擋土墻，擋土墻設置構造柱及壓頂梁。深基坑支護工程圍護結構剖面圖見圖1。

1.2 水文地質情況

本場地屬于北運河水系，擬建場地內無地表水。根據相關巖土工程勘察報告，場地內第一層潛水初見水位埋深為6.00～6.30 m，初見水位高程為33.47～34.30 m；穩定水位埋深為4.60～4.90 m，穩定水位高程為34.87～35.70 m；主要含水層為②黏質粉土-砂質粉土，年變化幅度一般為1.00～2.00 m。第二層承壓水初見水位埋深為10.30～10.50 m，初見水位高程為29.47～29.80 m；穩定水位埋深為5.20～5.30 m，穩定水位高程為34.57～35.00 m；承壓水頭高度為5.1～5.2 m；主要含水層為④層細砂。第三層承壓水初見水位埋深為15.80～15.90 m，初見水位高程為23.97～24.40 m；穩定水位埋深為6.10～6.20 m，穩定水位高程為33.67～34.10 m；承壓水頭高度為9.7 m；主要含水層為⑥層細砂。

2 技術要求及作業條件

2.1 技術要求

本項目要求止水帷幕的厚度不小于700 mm，幅間咬合搭接不小于300 mm，底邊最大埋深為28 m；止水帷幕28 d齡期無側限抗壓強度不小于0.8 MPa，止水效果滲透系數不大于1.0×10-7 cm/s。水泥為強度等級不低于P.042.5級的普通硅酸鹽水泥，止水帷幕漿液水泥用量不小于580 kg/m3，穩定液膨潤土用量不小于50 kg/m3。

2.2 作業條件分析

（1）場地作業空間不足，設備選型需考慮作業條件的限制。基坑西側緊鄰在建BS-3停車樓，基坑支護結構距離BS-3結構外皮2.3 m，基坑北側為地鐵8號線區間正線隧道，基坑支護結構外邊線距離地鐵區間正線圍護結構3.5 m。施工設備地上作業空間小，對地下連續墻定位及控制精度要求高，施工要求嚴格控制對地層的擾動。

（2）水文地質條件差，基坑施工對止水帷幕的止水效果要求高。基坑所在場地的地下水位較高，穩定地下水位埋深約4.6 m，承壓水水位埋深約16 m，基坑最大開挖深度為17.635 m，坑底進入地下承壓水位約1.6 m，地下水頭壓力較大。場地內潛水、承壓水含水層主要是黏土層和砂層，土層自穩能力差，因此基坑施工對止水帷幕的止水效果要求高。

（3）施工工藝及設備選型需要綜合考慮施工效率、控制精度、施工質量、環保等要求，需要與業主、設計方及設備廠家一起進行方案比選，綜合確定具備最優效益的方案。

3 施工方案及工藝

3.1 方案確定與設備選型

經與各參建方進行多次溝通和方案比選，基坑止水帷幕施工方案最終確定為采用CSM工法施工的700 mm厚水泥土攪拌墻。設備選型采用TX-10/55型液壓銑削攪拌鉆機，主機及相關配套設備規格型號見表1。

3.2 工藝流程及技術要點

CSM工法施工的水泥土攪拌墻的工藝流程如圖2所示。

3.2.1 測量放線

根據本工程的施工總平面軸線控制網，選用極坐標法進行建筑物定位放線測量，測量要點如下。

（1）為便于施工測量，根據甲方移交的測量控制點坐標，在場地內布設下一級測量的控制樁點和控制線，形成測量控制網。測量儀器選擇全站儀，測量精度控制在±2 mm內。

（2）測量控制點應設置在堅實不變形的地基上，同時避開各類地下管線，盡量遠離坑洞、料場及臨時設施，測量控制點應采用混凝土結構或加鋼護筒保護。

（3）在水泥土攪拌墻外1.0 m或1.5 m處設一道控制線，作為泥漿溝、墻體位置的控制依據。

（4）測量完成的坐標點位，只有經總包單位、監理單位查驗合格后，才能進行下一道工序。

（5）在施工區域內設置3個高程控制點，施工前先復測高程控制點，確定無誤后方可使用。基坑挖土成型后以及整個基礎結構施工完畢后，應分別復核校正。

3.2.2 場地平整及開挖導槽

根據設計點位要求，在地面放樣并定位導槽開挖輪廓線，將導槽開挖作業范圍內的場地進行平整或硬化，硬化范圍根據機械設備需要的作業空間綜合考慮后確定，總體不小于10㎡。設備行走和作業范圍內的場地地基的堅實程度必須滿足作業要求，避免因地基沉降而導致設備傾斜、傾覆，必要時可提前進行混凝土硬化或在地面鋪設厚鋼板。導槽機械開挖前，地面以下0.6 m范圍內采用人工配合風鎬等設備的方式進行清理，避免損壞地下管線。導槽寬度為1 m，深度為1.5～2 m。

3.2.3 設備就位

將設備銑頭定位在設計標線上，偏差控制在±3 cm范圍內，垂直度控制在3‰范圍內。通過在導桿上的標示刻度控制銑頭下沉深度，通過樁中心線和樁邊線2根固定線控制樁軸線。

3.2.4 水泥漿液配制

漿液配制采用強度等級不低于P.042.5級的普通硅酸鹽水泥，等厚度水泥土攪拌墻水泥漿液的水泥用量不小于580 kg/m3，穩定液膨潤土用量不小于50 kg/m3，水泥漿的水灰比控制在0.8～2.0。為防止漿液離析，放漿前必須攪拌30 s后再倒入存漿桶；漿液性能試驗指標為比重、黏度、穩定性以及初凝和終凝時間。凝固體的物理性能試驗指標為抗壓、抗折強度。現場質檢員對水泥漿液進行比重檢驗，監督漿液質量和存放時間，水泥漿液隨配隨用，攪拌機和料斗中的水泥漿液需不斷攪動。施工中使用的水泥漿液需經過嚴格過濾，過濾方法為在灰漿攪拌機與集料斗之間設置過濾網。漿液存放的有效時間應符合以下規定：當氣溫在10 oC以下時，不宜超過5 h；當氣溫在10 oC以上時，不宜超過3 h；漿液溫度控制在5～40 oC，超出規定應廢棄。

3.2.5 銑削下鉆攪拌

開動設備，緩慢下降銑頭使其與地基土體接觸，按規定要求注漿、供氣。將銑輪的旋轉速度控制在25～30 r/min，銑頭下沉速度控制在0.2～1.0 m/min。銑頭掘進至設計深度時，在墻底深度以上2～3 m的范圍保持10 s左右，并且重復提升1～2次，重復提升的作用是清除墻體沉渣，保持墻底槽體的輪廓。在攪拌狀態下，將銑輪速度控制在20～27 r/min，緩慢提升銑頭，提升速度控制在1.0～1.5 m/min；注意避免在銑頭提升過程中形成真空負壓，使孔壁坍陷，影響墻體質量。

3.2.6 提鉆噴漿攪拌成墻

當銑頭即將鉆進至設計深度時，應放慢轉進速度，加強測量，到達預定深度后，準備提鉆。提鉆時應保持噴漿，漿液水灰比需滿足設計要求，提鉆速度不應大于0.5 m/min，確保水泥土攪拌均勻和成墻效果達到要求。

3.2.7 墻體連接

每幅墻體之間的連接咬合是地下連續墻施工的關鍵工序，必須保證連接處的墻體攪拌充分、均勻。墻體之間咬合帶搭接長度不小于300 mm，轉角處搭接為500～800 mm，嚴格控制上下幅墻體之間的連接質量。根據本項目的水泥土攪拌墻的布置，按一個起點連續施工至終點的順序成槽，與地鐵相鄰段成槽時，采用跳打施工，其他部分可采用連續施工，每幅槽段的搭接時間不超過48 h，以免出現冷縫。墻體連接布置圖如圖3所示。

3.2.8 場地清理

當銑削刀具提離地面一定距離后（一般為3 m以上），將余料導回至溝槽內補充填墻料。多余的混合料需及時清理至指定地點存放或外運，避免在場地內凝結而影響下一循環的施工。

4 施工效果分析

4.1 水泥土攪拌漿液試塊強度試驗

按照預先設定的試驗方案，在銑削式水泥土攪拌墻的長度方向取3個位置（墻體頂部、底部和中部）的漿液制作試塊，每個位置制作3組水泥土試塊，每組有3個抗壓試件，分類別進行標準養護，然后進行28 d無側限抗壓強度檢測，試塊的強度指標為1.03～1.26 MPa，滿足設計方案中強度≥0.8 MPa的要求。

4.2 水泥土攪拌墻原位鉆孔取芯強度試驗

水泥土攪拌墻成墻后，按照實驗方案對墻體進行取芯試驗。首先對需要取芯的位置進行編號分組，分2組進行現場取芯，第一組在成墻并養護28 d時取芯，共取3組，每組3個試件；第二組在成墻并養護45 d時取芯，共取3組，每組3個試件。檢查試件的顏色、長度、水泥土拌合的均勻性等，未發現斷層且芯材色澤勻稱，經檢測，成墻28 d和成墻45 d時墻身取芯部位的無側限抗壓強度代表值分別為0.93～1.31 MPa和0.97～3.55 MPa，均滿足設計強度要求。

4.3 水泥土攪拌墻滲透性試驗

水泥土攪拌墻滲透性系數采用鉆孔注水試驗方法確定。選用上述2組取芯孔進行原位壓水試驗，測定墻體的滲透系數。每個孔位隔5 m進行一次壓水滲透性試驗，實測滲透系數均小于1.0×10-7 cm/s，滿足設計要求。

4.4 地層孔隙水壓力監測

基坑開挖階段，在基坑內、外側同時埋設孔隙水壓力監測計進行地層孔隙水壓力監測，基坑內側水壓監測計埋設深度分別為6 m、12 m、18 m，基坑外水壓監測計埋設深度分別為6 m、9 m、18 m、21 m。井點降水開啟后，基坑內的水壓變動明顯，基坑外側水壓基本不變，井點降水3～4 d后，基坑內側水壓為0 MPa，基坑外側水壓穩定不變。實際開挖記錄的基坑內情況為坑底無積水，止水帷幕止水效果良好。基坑水壓監測點布置平面圖如4所示。

以上試驗結果全部滿足設計要求，工程質量達標。在基坑開挖階段，坑內無積水，支護系統安全穩定，施工過程順利。

5 CSM工法施工的水泥土攪拌墻的應用前景

CSM工法施工的水泥土攪拌墻及其施工設備與傳統的SMW（三軸攪拌樁）、TRD（水泥加固土連續墻）相比有明顯優勢，彌補了國內目前水泥土深攪技術的不足，該工藝的推廣和應用前景廣泛。

（1）CSM工法控制精度高，CSM工法施工的攪拌墻質量可靠，沒有“冷縫”，連續墻體整體性好，抗滲能力強，目前其他成熟的工藝設備無法做到。

（2）CSM工法施工的地下連續墻的厚度可達0.7～1 m，國內已出現成墻厚度為1.5 m、墻幅寬2.8～3.0 m的施工記錄。設備主機采用履帶式或步履式底盤，液壓柴油驅動系統，可360°旋轉，應用靈活，便于轉角施工。

（3）該技術具有地層適應能力強、施工速度快、成墻質量高等優點，特別適合在復雜地層中使用，尤其適用于深度在80 m以內的深基坑工程，符合目前國內基礎設施建設的發展形勢。

（4）CSM水泥土攪拌墻可與“H”形鋼結合使用，代替傳統地下連續墻。基坑工程完成后可回收“H”形鋼重復使用，減少資源消耗，降低工程成本［4］。

（5）CSM工法應用于地下軌道交通工程的地鐵車站、換乘站、盾構進出洞的土體加固及基坑支護工程，能提高項目的施工效率，降低施工安全風險；該技術可拓展應用于防滲墻施工、地基土加固和改良等工程領域。

6 結語

本文通過對北京地區某深基坑支護工程中CSM工法施工的水泥土攪拌墻的應用及其效果進行分析，為下一步的技術推廣和工程應用積累經驗和提供理論支持。因為國內相關技術文獻較少，所以CSM工法相關技術的可靠性方面還需要更多的研究驗證，以推動其不斷走向成熟。將來可重點關注以下2個方面。

（1）CSM工法所需的鉆桿高度可達60 m以上，因此設備的穩定性較低，在市區、機場、軌道交通沿線等安全等級較高的地段施工時存在一定的安全隱患，而且其配套設備較多，不太適用于工程規模較小的項目施工。后續需要進一步研究設備整合優化的可能性，以提升設備對地上、地下環境的適應性。

（2）CSM工法適用于大多數地質情況，與國內現有的成熟技術相比具有較大優勢，但其施工設備在遇到巖石尤其是硬巖地層施工時，適應性問題還未得到完全解決，需要結合硬巖掘進的相關技術，進一步研究CSM工法施工設備對特殊地層的適應性。

7 參考文獻

［1］邱紅臣，閆志剛，蘇陳.CSM工法在上海地區超深攪拌墻工程中的應用［J］.建筑機械，2023（3）：65-68.

［2］李國斌.雙輪銑深層攪拌水泥土（CSM工法）施工技術研究探討［J］.福建建材，2017（2）：86-88.

［3］牛潔雯，程月紅，須立杰.CSM水泥土攪拌墻施工技術［J］.建筑施工，2017，39（9）：1318-1320，1329.

［4］吳海艷，林森斌.CSM工法在深基坑支護工程中的應用［J］.路基工程，2013（2）：168-173.