CSM工法等厚度水泥土搅拌墙在紧邻既有建筑深基坑工程中的应用

邵 鲁（中铁十四局集团有限公司，山东 济南 250000）

为满足城市建设与发展需求，各地提出了城市更新工程，但在工程实施中发现，现有建筑物周围的市政设施如建（构）筑物、管线等，不仅加剧了深基坑工程施工难度，还会使施工现场面临复杂的环境条件。随着我国城市地下空间的发展和基坑开挖深度的日益加大，在施工中出现的压力突涌问题日益突出。坑内压力水位下降，易引起附近压力水位的波动，从而对周围环境产生不良影响[1]。如何降低或解决井下承压水对施工周围环境的影响，是目前急需解决的问题。下述将以某市政工程项目临建深基坑项目为例，对此展开研究。

1 概况与施工场地条件

1.1 概况

某市政工程项目临建深基坑项目的占地面积为54145.23m2，对应结构的地下占地面积为40125.69m2。该工程项目地下层数为3 层，结构为多栋高层住宅建筑，建筑层数为12、20、34、32、40。建筑基础采用筏板+钢筋混凝土灌注桩。

主体建筑由框架结构组成，最大高度32.9m，最大跨度31.9m，最大宽度36.4m，底板以下均为土层，与建筑间无刚性连接点、无松散层、无空腔，整体状况良好。

基坑南侧距离50m 位置为河道，北侧距离50m 为已经投入使用的地铁隧道，基坑形状近似矩形。该建筑工程项目深基坑设计现状见表1。

表1 深基坑设计现状

对应工程的基坑支护、止水帷幕设计示意图见图1。

图1 基坑支护、止水帷幕设计示意图

1.2 场地水文地质条件

根据施工现场勘查，场地整体为北高南低的特殊地形，作业区域呈弧形走势。场地中心高程7.4m，地下中心高程7.7m 和地底下1.7m 处均与城市规划道路相交（平面呈“Y”字形）。场地上的道路均采用水泥碎石路面施工[2]。由于既有建筑拆迁改造需要，场地内原有地下管线较多，现对建筑进行加固与拆迁改造需要。因此，本工程紧邻既有建筑施工场地，采用混凝土浇筑搅拌墙形式满足地基与基础的要求。施工场地水文地质条件见表2。

表2 施工场地水文地质条件

2 紧邻既有建筑深基坑施工

2.1 深基坑围护结构设计

考虑到此次施工项目场地空间狭小，且工期较为紧张，周围存在紧邻的既有建筑结构，因此，为了在保障既有建筑不被破坏且不受影响的情况下，提高工程质量，缩短工期，引入CSM工法对其进行深基坑施工[3]。结合该项目施工需要，围护结构采用规格为810mm 的CSM 工法桩作为围护结构。在CSM 工法桩中，水泥掺量占比为两成，桩结构长度为15.2m，内部嵌有规格为H560×250×12×21 的钢结构。针对紧邻既有建筑的钢结构，将其间距设置为0.55m，长度为15m；针对非紧邻既有建筑的钢结构，将其间距设置为1.3m，长度为12.6m。在深基坑内部设置一个具有双轴结构的搅拌桩裙边加固结构，并且在区域没有完成地下结构施工前，不得将这一加固结构拔出。深基坑采用“井”字形结构，采用钢筋混凝土支护结构[4]。在基坑紧邻既有建筑物的区域范围内，采用H400×400×13×21的斜拉式穿墙换撑。

2.2 基于等厚度水泥土搅拌墙的支撑体系设计

针对紧邻既有建筑深基坑施工区域，基于等厚度水泥土搅拌墙，在基坑的纵向设置对撑、角撑结合边桁架结构的4 个临时水平支撑体系。图2 为基于等厚度水泥土搅拌墙的支撑体系基本结构示意图。

按照图2 所示内容设置支撑体系，针对各个钢结构，将其间隔距离设置为900mm，要求选用规格为H700×300×13×24的“H”形钢结构。水泥土搅拌墙的厚度设置相同，均为850mm。

图2 基于等厚度水泥土搅拌墙的支撑体系结构图

2.3 紧邻既有建筑保护措施

鉴于紧邻既有建筑不能采用桩基支承等自身强化技术措施来改善其抗非均匀变形的能力，因此，应从“源头”入手，采取有针对性的设计和施工技术措施，以减小基坑本身的变形。在上述围护结构设计思路基础上，选择具有良好止水效果和对周围土体影响的CSM工法新技术，针对一般地区沉降速率控制在50.5cm/min～80.5cm/min 范围内，提升速率控制在80.5cm/min～100.5cm/min 范围内。在紧邻既有建筑区域内，沉降速率控制在30.5cm/min～50.5cm/min 范围内，提升速率控制在50.5cm/min～100.5cm/min范围内，以此减小对围护桩施工的负面影响[5]。在紧邻既有建筑物的区域，采用插入式钢柱间隔进行加密，在混凝土搅拌桩基础上，对被动区进行加固，采取适当的土方开挖方案，减少土方开挖过程中的变形。支撑体系采用“井”字形结构，增加内部支撑系统的整体刚度，并以此有效地克服土方开挖对紧邻既有建筑的不利影响。采用静压剪断水平支护，避免使用机械镐头机或爆破拆除，以减小因支撑引起的周围土体振动。为了提高基坑的抗压强度，在基坑开挖之前，采用止水帷幕隔开开挖区域的沙质土壤。

2.4 基于CSM工法的承压水处理与隔水帷幕设计

完成对紧邻既有建筑保护措施的实施后，还需要结合CSM工法完成承压水处理和隔水帷幕的设计与施工。施工现场有存在黏土缺失的情况，并且微承压含水层和地下水相连通[6]。结合该工程项目施工区域地质调查和抽水实验，提出了一种复合承压含水层的方案。在保证承压水稳定性的前提下，在深基坑开挖到基底时，水头的深度不得大于12.3m。由于深层土壤是很厚的砂层，且砂层和粉砂是相通的，所以不设置隔离的承压水。为此，采取悬垂式隔水帘，加大坑内、外承压水的绕流通道，避免井下压力对基坑外压力产生影响[7]。同时，为降低井下压力水抽提对周边环境的影响，应严格按照要求进行降水。从经济性和悬垂隔水效果的角度出发，将抽水试验与下水井布置相结合，设计规格为37m 的减压井，其中减压井的滤头主要位于砂层。分析比较降压井下不同深度的悬挂式隔水帘的厚度，最后得出降压井8m深、45m的悬垂式隔水帘深度和6m的高度。

悬挂隔水帷幕可以分为两种，一种是超深井连续墙，另一种是水泥混凝土混合墙。从对周围环境的影响及经济分析来看，如果采用超深的地下连续墙，则深部墙体的接缝仍然是较弱的，因此，必须采取大口径的旋喷桩进行加固[8]。综合分析，采用三轴水水泥土混合桩作隔水帷幕，但由于施工设备的功率有限，在30m以上的深度难以进行。针对这一问题，引入三轴水泥土搅拌桩作为隔水帷幕，通过加长转杆施工，其深度能够达到40m以上。

在该工程项目中，由于土体地质情况比较复杂，存在着早期拔桩、既有双轴水泥浆搅拌桩等地下障碍。同时，基坑的形状也是不规则的，而且有很多的转角。因此，在较复杂的地层中，采用CSM工法对等厚混凝土墙体进行施工，该方法的适用性较强。CSM 工法等厚的水泥层，采用P.O42.5 普通硅酸盐水泥，厚度700m。其他参数设定时，应以22%以下的水泥、1∶5的水灰比、2800mm的单面墙体、沟槽部分至少300mm的接缝。图3为基于CSM工法的双侧搭接套铣施工成墙示意图。

图3 基于CSM工法的双侧搭接套铣施工成墙示意图

3 实证分析

按照提出的方法，设计深基坑水泥土搅拌墙，根据工程标准，对其展开施工。

施工中，为避免现场作业对周围环境造成影响，且考虑到深基坑东侧施工会受到地下埋设变压器的影响，因此，在施工期间必须做好变压器防护，并将此位置的防渗帷幕调整为其他工法桩，根据施工现场的实际情况，适当降低施工高度，并在施工过程中切断变压器电源，在现场做好相应的应急措施。如果由于施工布置的原因造成了搅拌墙的施工滞后，那么在搅拌墙完成后需要在接口部位增设CSM工法桩进行封堵。

为确保工程施工的规范性，应从下述两个方面，规范现场施工行为：

（1）在CSM水力研磨混合机组装完毕和移动后，利用经纬仪分别对桩机立柱导向架的垂直度进行校正。在施工期间，采用安装铣削机内倾角测量装置的方式，对墙体进行严密控制；

（2）做好对施工中水泥掺入量的控制，准确把控水泥水灰比设计，并添加一定量的水泥混合料，确保生产出合格的水泥砂浆。

完成设计与施工后，对不同结构层的土方开挖进行侧移量记录，记录结果见图4。

图4 不同结构层的土方开挖侧移量记录结果

4 结语

（1）根据图4不同结构层的土方开挖侧移量记录结果可知，此次验收的首层土方开挖、第二层土方开挖、第三层土方开挖最大侧移量为30mm，说明设计的工程在完成施工后，止水幕墙的封闭性良好，可以在实际投入使用后起到较好的隔水效果，并有效地控制了基坑内部结构的变形。

（2）经过本次研究与论证，验证了设计的搅拌墙在工程中应用的可行性与有效性。同时，该工程采取较合理和较有效的方案有效地保证了基坑工程质量和安全。对邻近既有建筑深基坑施工工程中其他技术条件相同、施工难度较大、施工费用较高的施工方案可以提供参考与借鉴。