▍摘 要‍

摘要：传统的三轴搅拌桩基坑止水帷幕存在遇硬夹层易变形开叉或难穿透、垂直精度差、搅拌盲区大等问题，特别是复杂地层情况，其止水效果难以保证。为解决传统的三轴搅拌桩止水帷幕存在的上述问题，文章介绍了新型CSM双轮铣搅墙的工艺，描述了其特点及其与传统三轴搅拌桩的对比，并结合广州市两个地层条件及位置相近的基坑支护止水帷幕工程实例，对比了两种工艺实际的止水效果。证明了CSM双轮铣搅墙在止水效果、效率损耗等方面的优越性，尽管其整体造价比三轴搅拌桩稍高，但其强大的铣切搅拌能力，良好的止水效果，特别是对砂层下直接为强风化岩层等复杂岩土地层的适用性，使其在实际应用中可以取得较好的综合效益，为其他类似基坑支护止水帷幕工程提供参考。

关键词：CSM双轮铣搅墙；基坑支护；止水帷幕

▍1 概 述 

CSM双轮铣搅拌技术是Cutter Soil Mixing的缩写，双轮铣搅拌工法源于德国双轮切铣成槽技术，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，在累积了连续墙成槽设备“双轮铣槽机”和使用经验的基础上，新的深层搅拌技术“双轮铣深层搅拌墙”施工设备和技术在2004年由法国发明。通过双轮铣轮对现场原位土体与注入的水泥浆进行切割与搅拌，形成水泥土的防渗墙、挡土墙，并对地层进行加固改良，可以用于防渗墙、挡土墙、地基加固等工程。CSM工法对地层的适应性更高，可以切削搅拌如卵砾石地层、岩层的较坚硬地层、深厚砂层、砂层后直接入岩、岩面起伏大等复杂地质，具有更广泛的地层适应性；成墙质量好，防渗效果好，具有更大的施工深度，与常规的三轴搅拌桩工艺相比，在城市建设基坑中的地下防渗止水帷幕等施工领域有更好的发展应用前景。

 ▍2 双轮铣深搅设备（CSM）特点

设备成桩深度大，最大深度80 m，远大于常规的三轴搅拌设备；设备成桩尺寸、深度、注浆量、垂直度等参数控制精度高，可保证施工质量，工艺没有“冷缝”概念，可实现无缝连接，形成无缝墙体；设备功效高，原材料（水泥等）利用率高；设备对地层的适应性强，从软土到岩石地层均可实施切削搅拌；设备的自动化程度高，触摸屏控制系统，各功能部位设置大量传感器，信息化系统控制，施工过程中实时控制施工质量；施工过程中几乎无振动；履带式主机底盘，可360°旋转施工，便于转角施工。可紧邻已有建构筑物施工，可实现零间隙施工；成墙厚度现有0.7 m、1.0 m、1.2 m三种规格，可以插入大型号型钢。机器及成墙体如图1所示。

▍3 工艺特点及与三轴搅拌桩的对比

3.1搅拌方式不同

CSM双轮铣深层搅拌工法与常规使用的三轴深层搅拌桩工法相异之处在于使用两组铣轮以垂直旋转搅拌方式，形成矩形槽段的改良土体，而三轴或多轴搅拌钻具以水平轴向旋转形成圆形的改良柱体，三轴搅拌的接头多，如图2所示。

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CSM双轮铣搅刀片以垂直旋转的方式决定了对土体的搅拌更均匀、更充分、土体对水泥浆更好的包裹，两个铣轮由液压系统直接驱动可以提供更大的铣削动力，并且CSM双轮铣搅墙的接头少，如图3所示。

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3.2铣削搅拌能力大适用范围广

CSM双轮铣搅墙将液压铣槽机的铣轮与方形导杆相连接，将该设备加装在适当改造的旋挖钻机、履带式起重机或履带式深层搅拌钻机等设备上。将铣轮驱动所需的液压系统和注浆用的管路安装在凯式方形导杆内。CSM成槽技术在成槽过程中不同于抓斗，不会形成抓取出来的渣土，最终渣土会在槽内和注入的水泥浆液混合，共同构成地下连续墙墙体。通过液压系统直接驱动地下的铣轮旋转切削地层，液压系统可以为刀片式铣轮提供强大的铣削动力可以有效地切削硬地层，因此CSM双轮搅拌墙可以嵌入深厚砂层、卵砾石地层、较坚硬岩层等；通过方形导杆或钢丝绳悬吊装置通过液压驱动对导杆施加向下的推进力，向下深入切削，可实现更大深度的止水墙，导杆式施工深度可达50 m，悬吊式施工深度可达80 m；常规的三轴或多轴搅拌桩通过钻杆顶置驱动力直接使钻杆旋转实现切削搅拌，施工受设备的限制大，其深度一般在45 m以内。因此CSM双轮铣搅墙可实现更大的施工深度，对各种地层有更大的适用性，特别适用于砂层直接至强风化岩的基坑止水帷幕。

3.3垂直度好成墙质量高

通过双轮铣搅轮上安装的检测监控器可以从驾驶操作台中实时监控垂直度及深度，可知道X、Y两个方向的垂直度值从而可实时调节，保证施工止水墙体的垂直度和深度，垂直度可控制在0.3%内；常规的三轴或多轴搅拌桩只能通过调整钻杆的垂直度来控制搅拌桩墙的垂直度，且深度超过20 m后或遇到硬夹层时三根轴容易变形，造成桩开叉使墙体垂直度不能保证，不能实时监控不能纠偏调节，因此在深厚砂层的基坑止水帷幕中三轴搅拌需进行一根套打。设备的自动化程度高，触摸屏控制系统，各功能部位设置大量传感器，信息化系统控制，施工过程中实时控制施工质量；成桩直径、深度、注浆量、垂直度等参数控制精度高，可保证施工质量，没有“冷缝”概念，可实现无缝连接，形成无缝墙体。

3.4墙体的搅拌盲区小

CSM工法的铣轮结构及施工开挖后的成型墙体，如图4所示。

三轴搅拌桩的钻头及三轴钻头的盲区，如图5所示。

以上两种工艺的中间轴都是使用空气压缩机的空气来加强搅拌及用气举使废渣土排出，同时用压缩空气对盲区强制搅拌，以达到消除搅拌盲区。

从两种工艺的搅拌或铣削钻头可知，虽然中间有压缩空气体扰动气举来实现使盲区的土体与水泥浆的固结，减少未搅拌土的盲区，增强搅拌效果，但是因两种工艺的设备不同，CSM工艺的搅拌盲区小，而三轴搅拌的钻头盲区大。

▍4 工程实例及对比

以广州市海珠区两个相似地质条件的基坑为例，其分别采用传统三轴搅拌桩止水帷幕及CSM双轮铣搅墙止水帷幕，对两种工艺进行对比。

4.1三轴搅拌桩止水帷幕工程概况及设计施工参数

工程场地位于海珠区振兴大街北侧，基坑周长约455 m，基坑开挖深度为13.00～17.20 m。场地地层按地质成因分为第四系填土（Qml）、冲积土（Qal）及白垩系基岩（K），自上而下分别为素填土、冲填土、粉质黏土、中砂、淤泥、粉细砂、强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩、微风化泥质粉砂岩。

基坑止水帷幕采用φ850@600三轴搅拌桩，进入风化层不少于1.5 m，基坑止水及支护典型剖面如图6所示。

4.2 CSM双轮铣搅墙止水帷幕工程概况及设计施工参数

工程场地位于广州市海珠区大干围工业区，基坑支护总周长约640 m，基坑开挖深度为5.90～11.60 m。场地地层第四系覆盖层主要为人工填土层Q4ml、海陆交互沉积相粉质黏土和砂土层Q4mc，残积粉质黏土层Q4el，下伏基岩为上白垩系K的泥质粉砂岩。自上而下分别为人工填土、淤泥、粉质黏土、中粗砂、粉质黏土层（局部分布）、全风化泥质粉砂岩、强风化泥质粉砂岩、中等风化泥质粉砂岩、微风化泥质粉砂岩。

基坑止水帷幕采用双轮铣搅水泥土墙，单幅墙宽2 800 mm，厚度700 mm，设计搭接400 mm，进入强风化层不少于2 m，基坑止水及支护典型剖面如图7所示。

4.3两种工艺止水效果对比

两个工程案例地层条件特点相同，地理位置相近，都是存在厚度较大的砂层，邻近珠江，并且场地都存在着缺乏全风化岩层，砂层下直接为强风化岩层的复杂地层情况。采用三轴搅拌桩止水帷幕的工程，由于三轴搅拌桩的钻头盲区较大，且只能依靠钻杆旋转实现切削搅拌，在砂层下直接为强风化岩层的复杂地层情况无法搅拌切削岩体，无法保证砂层和强风化岩连接的止水帷幕的连续性、整体性。该工程基坑在开挖中，在砂层中发生了严重的渗漏水，如图8所示，后续采取了增加相应的止水帷幕的补强措施及堵漏应急方案才保证了基坑止水效果和基坑的正常开挖。

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采用CSM双轮铣搅墙止水帷幕的工程，由于双轮铣具备强大的铣削功能，且搅拌盲区小，铣削能力大，对强风化岩体能铣削搅拌，可以很好的适应如砂层下直接为强风化岩层的复杂地层，可以保证止水帷幕的质量。该基坑在开挖后，未发生渗漏水，取得了良好的基坑止水效果，得到建设方和监督部门的高度赞赏，基坑开挖后现场如图9所示。

4.4两种工艺效率及损耗对比

三轴搅拌桩按单截面全孔套打，桩径0.85 m，每幅间距1.2 m；CSM双轮铣搅墙按墙宽0.7 m，每幅宽2.8 m，幅间搭接0.4 m，每幅间距2.4 m。CSM双轮铣搅搭接比例小于20%，但三轴搅拌桩的搭接比例高达33.3%。并且CSM双轮铣搅墙平面尺寸为长方形，可形成有效的止水断面，因此相较于三轴搅拌桩形成的圆形搭接平面更高效损耗更少。三轴搅拌桩与CSM双轮铣搅墙相应的损耗对比如图10所示。

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4.5两种工艺直接成本对比分析

以长300 m、深20 m的止水帷幕墙进行两种工艺的直接成本分析，工作量为：三轴搅拌桩共250幅，CSM双轮铣搅墙共125幅，水泥成本费用如表1所示。

人工机械费用如表2所示，其他费用如表3所示。‍

经过对比，CSM双轮铣搅墙的直接施工成本费用比三轴搅拌桩高约7%，但其水泥材料费少28%；因CSM工艺在房建中运用少，特别是设备数量南方地区比较少、在广州地区基本没有，单台设备价格比三轴搅拌机高，因此人工机械费和进退场费比三轴搅拌桩工艺要高花费要大，其费用要高1倍。

 ▍结 语

基坑止水效果的好坏将直接影响基坑的安全，关系工程能否正常进行；传统的三轴搅拌桩止水帷幕存在着垂直精度差、遇硬夹层易开叉致渗漏水、搅拌盲区大等影响止水帷幕止水质量的问题，特别针对于砂层下直接为强风化岩层等复杂地层情况，其止水效果难以保证。而新型CSM双轮铣搅墙止水帷幕工艺，其可通过检测监控器实时监控调节垂直度，具有搅拌盲区小，可提供强大的双轮铣削动力等特点，可以很好地解决传统三轴搅拌桩可能存在的质量问题，尤其对于砂层下直接为强风化岩层等复杂地层有很强的适用性。本文通过两个相关工程实例的对比，证明了CSM双轮铣搅墙止水帷幕工艺在止水效果、效率损耗等方面的优越性，虽然CSM双轮铣搅墙工艺由于人工机械费和进退场费较高，其整体造价比三轴搅拌桩稍高，但其良好的止水效果，特别是对复杂岩土地层的适用性，强大的铣切搅拌能力，使其在复杂地层情况下的基坑支护止水帷幕的应用中可以取得较好的综合效益。

来源：《广东土木与建筑》

作者：古伟斌

/ 扩展阅读 /

⽔泥⼟铣削搅拌墙 CSM工法

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。

导杆式 CSM工法主机

悬吊式  CSM工法主机

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