地基處理技術(shù)第六章

第六章深層攪拌法

圖6-1深層攪拌法示意圖一、概述深層攪拌法又稱DMM(DeepMixingMethod)工法，它是通過特制機(jī)械一—各種深層攪拌機(jī)，沿深度將固化劑(水泥漿，或水泥粉或石灰粉，外加一定的摻合劑)與地基土強(qiáng)制就地攪拌，利用固化劑和地基土發(fā)生一系列物理、化學(xué)反應(yīng)，使形成具有整體性、水穩(wěn)性好和較高強(qiáng)度的水泥土樁或水泥土塊體，與天然地基形成復(fù)合地基。

2/2/20231地基處理技術(shù)第六章深層攪拌法

1954年深層攪拌法的概念形成于美國，美國首先研制成功水泥深層攪拌法，制成的水泥土樁稱為就地攪拌樁(Mixed-in-placePile)。隨后日本從美國引進(jìn)水泥深層攪拌法，1967年日本和瑞典開始研制噴石灰粉深層攪拌施工方法(dryjetmixingtechnology，即DJM法)，并獲得成功，于70年代應(yīng)用于工程實(shí)踐。我國于1977年由冶金部建筑研究總院和交通部水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計院引進(jìn)、開發(fā)水泥深層攪拌法,制成了雙攪拌軸、中心管輸漿陸上型深層攪拌機(jī)，于1980年正式應(yīng)用于工程實(shí)踐。1980年天津市機(jī)械化施工公司與交通部一航局引進(jìn)開發(fā)成功單攪拌軸、葉片輸漿型深層攪拌機(jī)。1983年浙江大學(xué)土木工程學(xué)系會同聯(lián)營單位開發(fā)成功DSJ型單軸噴漿水泥深層攪拌機(jī)。1983年鐵道部第四勘測設(shè)計院開始進(jìn)行噴石灰粉深層攪拌法研究，并獲得成功。2/2/20232地基處理技術(shù)第六章深層攪拌法1.分類根據(jù)深層攪拌法所用材料及施工工法的不同，可將其按以下幾個角度進(jìn)行分類：（1）固化劑狀態(tài)①濕法:固化劑以泥漿狀與原位土拌和來加固土體；②干法:固化劑以干粉狀與原位土拌和來加固土體。（2）攪拌能來源①與原位土拌和依靠攪拌機(jī)械中攪拌頭的旋轉(zhuǎn)能來完成；②與原位土拌和依靠高壓噴射頭所提供的能量完成。（3）固化劑種類濕法作業(yè)的固化劑包括水泥、水、黏土、石膏、粉煤灰及其它外加劑。對于干法作業(yè)，固化劑包括水泥、生石灰或兩者的混合物。2/2/20233地基處理技術(shù)第六章深層攪拌法2.特點(diǎn)在地基加固過程中無振動、無噪音，對環(huán)境無污染；對地基土無側(cè)向擠壓，對鄰近建筑物影響很小；可按建筑物要求作成柱狀、壁狀、格子狀和塊狀等加固形狀；可有效提高地基強(qiáng)度(當(dāng)水泥摻量為8%和10%時，加固體強(qiáng)度分別為0.24和0.65MPa，而天然軟土地基強(qiáng)度僅0.006MPa)；同時施工期較短，造價低廉，效益顯著。2/2/20234地基處理技術(shù)第六章深層攪拌法3.深層攪拌法適用條件深層攪拌法適于加固較深較厚的淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土和含水量較高、且地基承載力不大于120kPa的黏性土地基，對超軟土效果更為顯著。當(dāng)用于處理泥炭土或地下水具有侵蝕性時，宜通過試驗(yàn)確定其適用性，冬季施工時應(yīng)注意負(fù)溫對處理效果的影響。2/2/20235地基處理技術(shù)第六章深層攪拌法二、加固地基機(jī)理

（一）水泥土加固機(jī)理水泥加固土由于水泥用量很少，水泥水化反應(yīng)完全是在土的圍繞下產(chǎn)生的，凝結(jié)速度比在混凝土緩慢。水泥與軟黏土拌和后，水泥礦物和土中的水分發(fā)生強(qiáng)烈的水解和水化反應(yīng)，同時從溶液中分解出氫氧化鈣生成硅酸三鈣(3Ca0.SiO2、硅酸二鈣(2Ca0.Si02)、鋁酸三鈣(3Ca0.Al203)、鐵鋁酸四鈣(4Ca0.Al203.Fe203)、硫酸鈣(CaS04)等水化物，有的自身繼續(xù)硬化形成水泥石骨架，有的則因有活性土進(jìn)行了離子交換和硬凝反應(yīng)和碳酸化作用等，使土顆粒固結(jié)、結(jié)團(tuán)，顆粒間形成堅(jiān)固的連結(jié)，并具有一定強(qiáng)度。深層攪拌法加固地基主要利用水泥土具有較高的強(qiáng)度、模量和小的滲透系數(shù)，具有很好的隔水性等能力。在我國工程中主要應(yīng)用于：1.形成水泥土樁復(fù)合地基，提高地基承載力和改善地基變形特性；2.形成水泥土支擋結(jié)構(gòu)；3.形成水泥土防滲帷幕。2/2/20236地基處理技術(shù)第六章深層攪拌法（二）石灰土加固機(jī)理

在軟土中加入生石灰，生石灰和土中的水分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成熟石灰，水分被吸收，起到了膠結(jié)作用，并產(chǎn)生熱量，同時體積膨脹了1-2倍，促進(jìn)周圍土體的固結(jié)。拌入石灰后軟土物理性能起了變化，加灰后軟土液性指數(shù)隨含水量增加呈線性遞減，含水量小于50%的土加灰后，液性指數(shù)從原來流態(tài)進(jìn)入半固態(tài)或固態(tài)，在穩(wěn)定壓力下壓縮量隨石灰粉含量增加而遞減，壓縮量減小達(dá)1/3，提高石灰柱體的強(qiáng)度。拌入石灰后增加軟黏土的滲透性，石灰柱在不同類型軟土中起到排水作用。2/2/20237地基處理技術(shù)第六章深層攪拌法

三、設(shè)計計算

（一）設(shè)計前收集的資料

深層攪拌設(shè)計前必須進(jìn)行室內(nèi)加固試驗(yàn)，針對現(xiàn)場地基土性質(zhì)，選擇合適的固化劑及外摻劑，為設(shè)計提供各種配比的強(qiáng)度參數(shù)。加固土強(qiáng)度特征值宜取90d齡期試塊的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。

深層攪拌法處理軟土的固化劑可選用水泥，也可選用其它有效的固化材料。固化劑的摻入量宜為被加固土重的7%～15%。外摻劑可根據(jù)工程需要選用具有早強(qiáng)、緩凝、減水、節(jié)約水泥等性能的材料，但應(yīng)避免污染環(huán)境。2/2/20238地基處理技術(shù)第六章深層攪拌法

（二）復(fù)合地基的設(shè)計計算

攪拌樁復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)通過現(xiàn)場復(fù)合地基荷載試驗(yàn)確定，也可按下式計算：fsp,k=m·Rkd/Ap+β·(1-m)fs,k

(6-1)式中fsp,k—復(fù)合地基的承載力特征值；m—面積置換率；Ap—樁的截面積；fs,k—樁間天然地基土承載力特征值；β—樁間土承載力折減系數(shù)，當(dāng)樁端土為軟土?xí)r，可取0.5～1.0，當(dāng)樁端土為硬土?xí)r，可取0.1～0.4，當(dāng)不考慮樁間土的作用時，可取0；Rkd——單樁豎向承載力特征值，應(yīng)通過現(xiàn)場單樁荷載試驗(yàn)確定。2/2/20239地基處理技術(shù)第六章深層攪拌法單樁豎向承載力特征值也可按下列二式計算，取其中較小值：Rkd=η·fcu,k·Ap

(6-2)Rkd=qs·Up·l+α·Ap·qp

(6-3)

式中：fcu,k—與攪拌樁身加固土配比相同的室內(nèi)加固土試塊（邊長為70.7m的立方體，也可采用邊長為50mm的立方體）的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值；η—強(qiáng)度折減系數(shù)，可取0.35～0.50；qs—樁周土的平均摩擦力，對淤泥可取5～8KPa，對淤泥質(zhì)土可取8～12KPa，對黏性土可取12～15kPa；Up—樁周長；l—樁長；qp—樁端天然地基土的承載力特征值；α—樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)，可取0.4～0.6。2/2/202310地基處理技術(shù)第六章深層攪拌法（三）深層攪拌樁平面布置深層攪拌樁平面布置可根據(jù)上部建筑對變形的要求，采用柱狀、壁狀、格狀、塊狀等處理形式?？芍辉诨A(chǔ)范圍內(nèi)布樁。柱狀處理可采用正方形或等邊三角形布樁形式，其樁數(shù)可按下式計算：n=m·A/Ap(6-4)式中n—樁數(shù)；A—基礎(chǔ)底面積。（四）下臥層強(qiáng)度及其它驗(yàn)算當(dāng)攪拌樁處理范圍以下存在軟弱下臥層時，可按國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GBJ7-89的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行下臥層強(qiáng)度驗(yàn)算。深層攪拌壁狀處理用于地下?lián)跬两Y(jié)構(gòu)時，可按重力式擋土墻設(shè)計。為了加強(qiáng)其整體性，相鄰樁搭接寬度宜大于100mm。2/2/202311地基處理技術(shù)第六章深層攪拌法

四、設(shè)備和機(jī)具設(shè)備和機(jī)具主要包括：深層攪拌機(jī)、起重機(jī)、水泥制配系統(tǒng)、粉體制配系統(tǒng)、導(dǎo)向設(shè)備及提升速度測量設(shè)備、攪拌鉆頭等。（一）深層攪拌機(jī)目前國內(nèi)外使用的深層攪拌機(jī)可分為動力頭式和轉(zhuǎn)盤式兩大類。也可按照陸上作業(yè)還是水上作業(yè)、噴漿型還是噴粉型，以及攪拌軸數(shù)量等來分類。目前我國常用的陸上作業(yè)深層攪拌機(jī)技術(shù)參數(shù)如表6-1所示。噴漿型深層攪拌機(jī)以DSJ一Ⅱ型單軸深層攪拌機(jī)為例，攪拌機(jī)主要由變速器、旋轉(zhuǎn)接頭、攪拌軸、攪拌鉆頭、卷揚(yáng)機(jī)等部位組成。噴粉型深層攪拌機(jī)以PH一5型為例，攪拌機(jī)主要由步履底盤、井架、傳動裝置、變速箱、液壓系統(tǒng)、攪拌鉆頭等部件組成。2/2/202312地基處理技術(shù)第六章深層攪拌法

表6-1我國常用深層攪拌機(jī)主要技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)SJB-ⅠSJB-ⅡSJB-22DSJB-37DDSJ-ⅡPH-5電機(jī)功率/kW2×302×40222×18.522、3037鉆頭直徑/mm2×7002×700600700500500攪拌軸數(shù)/個22111、21攪拌轉(zhuǎn)速/r/min434346455971.3～24.4額定扭矩/kN·m2×6.42×8.54.567.5

2.9～8.6最大施工深度/m121815182220一次處理面積/m20.710.710.2830.483

0.20噴注介質(zhì)漿液漿液粉漿兩用粉漿兩用漿液噴粉2/2/202313地基處理技術(shù)第六章深層攪拌法（二）粉體發(fā)送器這是一種定時定量發(fā)送粉體材料的設(shè)備，其結(jié)構(gòu)及工作原理以YP—1型粉體發(fā)送器為例

圖6-2粉體發(fā)送器1-空氣壓縮機(jī)；2-節(jié)流閥；3-流量計；4-氣水分離器；5-安全閥；6-管道壓力表；7-灰罐壓力表；8-灰罐；9-發(fā)送器轉(zhuǎn)鼓最大送粉量100kg/min；最大儲料量2000kg；送粉管管徑50mm；最大送粉壓力0.50MPa；

2/2/202314地基處理技術(shù)第六章深層攪拌法（三）攪拌鉆頭為完成攪拌任務(wù)，對攪拌鉆頭提出如下要求：1.鉆頭回轉(zhuǎn)給進(jìn)時能夠?qū)⑼翑囁?，回轉(zhuǎn)提升時能夠?qū)⑼翂好埽?.提供較多的攪拌次數(shù)，保證灰土攪拌均勻；3.鉆頭在回轉(zhuǎn)和提升時阻力較少。目前有螺旋式、耙式及綜合式等三類鉆頭，可根據(jù)施工實(shí)際需要選用。2/2/202315地基處理技術(shù)第六章深層攪拌法五、施工工藝

（一）深層攪拌法的施工工藝流程如圖6-3所示。

（a）（b）（c）（d）（e）圖6-3深層攪拌法的施工工藝流程(ａ)-定位；(ｂ)-噴漿(粉)攪拌下沉；(ｃ)-攪拌上升；（d）-重復(fù)噴漿(粉)攪拌下沉；(ｅ)-重復(fù)攪拌上升(完畢)2/2/202316地基處理技術(shù)第六章深層攪拌法

（二）攪拌方法可以選用以下3種攪拌方法：1.一噴二攪法指鉆頭預(yù)攪下沉到設(shè)計深度后，即噴漿攪拌提升至設(shè)計樁頂標(biāo)高，停止噴漿，然后重復(fù)攪拌下沉和攪拌提升成樁。2.二噴二攪法指鉆頭預(yù)攪下沉到設(shè)計深度后，即第一次噴漿攪拌提升至設(shè)計樁頂標(biāo)高，停止噴漿，然后重復(fù)攪拌下沉和第二次噴漿攪拌提升成樁。3.二噴三攪法在二噴二攪法的基礎(chǔ)上，增加第三次重復(fù)攪拌下沉和攪拌提升成樁。2/2/202317地基處理技術(shù)第六章深層攪拌法

（三）水泥漿注入量的控制為保證工程質(zhì)量，應(yīng)根據(jù)設(shè)計指標(biāo)和工程地質(zhì)勘察報告中的軟土重度按式(3-10)計算單樁水泥用量，并在施工中嚴(yán)格執(zhí)行:Ｃ=Ｌ·Ａ·γｓ·λｃ(6-5)式中:Ｃ—單樁水泥用量，kg；Ｌ—設(shè)計樁長，ｍ；Ａ—樁的斷面積，ｍ2；γｓ—軟土重度，查工程地質(zhì)勘察報告；λｃ—設(shè)計水泥摻入比，一般為加固土重的7～15%。根據(jù)單樁水泥用量和設(shè)計水灰比，按式(3-11)計算單樁水泥注入量:Ｖｃ=Ｃ/γｃ+Ｗ/γｗ(6-6)式中:Ｖｃ—單樁水泥漿注入量，Ｌ；Ｃ—單樁水泥用量，kg；γｃ—水泥重度；Ｗ—用水量，kg，Ｗ=ＣＲ(Ｒ為設(shè)計水灰比,一般為0.5～0.6)；γｗ—水的密度。2/2/202318地基處理技術(shù)第六章深層攪拌法（四）噴漿（粉）材料準(zhǔn)備1.漿液材料

（1）深層攪拌法加固軟黏土，宜選用525#以上的普硅水泥作為固化劑，水泥摻量根據(jù)加固強(qiáng)度，一般為加固土重的7%～15%，每一立方米摻加水泥量約為110-160kg。用公式表示為：摻入比（%）=水泥重/被加固的軟土重×100%。

（2）改善水泥土性質(zhì)和樁（墻）體強(qiáng)度，可選用木質(zhì)素磺酸鈣、石膏、氯化鈉、氯化鈣、硫酸鈉等外加劑，還可摻入不同比例的粉煤灰。

（3）深層攪拌以水泥作為固化劑，其配合比為水泥:砂=1:1～1:2，為增加水泥砂漿和易性能，利于用泵輸送，宜加入減水劑（木質(zhì)素磺酸鈣），摻入量為水泥用量的0.2%-0.25%，并加入硫酸鈉，摻入量為水泥用量的1%，以及加入石膏，摻入量為水泥用量的2%，水灰比為0.41～0.50。2/2/202319地基處理技術(shù)第六章深層攪拌法2.粉體材料

（1）粉體攪拌法目前主要使用的固化劑為石灰粉、水泥以及石膏及礦渣等，也可使用粉煤灰作摻和料。

（2）粉體生石灰樁技術(shù)要求：①石灰應(yīng)該是細(xì)磨的，在攪拌過程中，為防止樁體中石灰聚集，石灰最大粒徑應(yīng)小于2mm。②石灰應(yīng)盡量選取純凈無雜質(zhì)的，石灰中氧化鈣和氧化鎂含量至少應(yīng)為8.5%，其中氧化鈣含量最好不低于80%。③石灰的儲存期，不宜超過三個月。④石灰的液性指數(shù)不低于70%。

（3）石灰樁法（包括塊灰灌入法、粉灰攪拌法）常用摻合料是粉煤灰，也可摻入火山灰、鋼渣或黏土、采用摻合料后可防止石灰樁軟心。

（4）石灰加摻合料比例通常為15%～30%，加大摻合料比例，使樁身強(qiáng)度提高較大，粉體材料為生石灰粉摻入3%。

（5）摻粉煤灰必然減少樁身吸水量，若不追求石灰吸水脹發(fā)作用可增大粉煤灰摻量，最高摻量達(dá)80%-90%。

（6）摻入30%細(xì)磨石灰粉，提高流塑狀輕亞黏土地基的加固效果。2/2/202320地基處理技術(shù)第六章深層攪拌法(五)噴漿攪拌法施工要點(diǎn)1.深層攪拌法施工的場地應(yīng)事先平整，清除障礙物。

2.施工前應(yīng)標(biāo)定深層攪拌機(jī)械的灰漿泵輸漿量、灰漿經(jīng)輸漿管到達(dá)攪