深層搅拌法(手册).doc

第五章 深层搅拌法 第一节 概述 深层搅拌法是利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，在地层深处，边钻进边喷射固化剂，经钻头旋转搅拌，使喷入土层中的固化剂与土体充分拌合在一起，形成抗压强度比天然土体强度高，并具有整体性和抗水性的桩柱体。搅拌桩柱体和桩周围土体可构成复合地基，也可相割搭接排成一列，形成连续墙体，还可相割搭接成多排墙。在水利水电工程中，深层搅拌法主要用于在水工建筑物地基中形成复合地基 、在堤坝及其地基中形成连续的防渗墙。 深层搅拌形成的桩体的直径一般为200 mm～800 mm，形成的连续墙的厚度一般为120 mm～300 mm。加固深度一般大于5.0m，国内最大加固深度已达27m，国外最大加固深度可达60m。 1 发展历史 深层搅拌法分为石灰系搅拌法和水泥系搅拌法。石灰系搅拌法于1967年由瑞典人提出，1974年将石灰粉体喷射搅拌桩用于路基和深基坑边坡支护。同期，日本于1967年开始研制石灰搅拌施工机械，1974年开始在软土地基加固工程中应用。我国于1983年初开始进行粉体喷射搅拌法加固软土的试验研究，并于1984年7月在广东省用于加固软土地基。水泥系深层搅拌法于20世纪50年代初始于美国， 1974年日本开发研制成功水泥搅拌固化法（CMC），用于加固堆场地基，深度达32m。近年来研制出各种深层搅拌机械，用于防波堤、码头岸壁及高速公路高填方下的深厚软土地基加固工程。我国于1977年10月开始进行水泥系搅拌法的室内试验和机械研制工作，于1978年末制造出第一台深层搅拌桩机及其配套设备，1980年首次在上海应用并获得成功。水利工程中的应用始于1995年，最初主要是闸基、泵站地基用深层搅拌桩构成复合地基，1996年用于沂沭河拦河坝坝基防渗，效果较好，当时为单头深层搅拌桩。为了降低造价，提高工效，水利部淮委基础公司于1997年发明了多头小直径深层搅拌截渗技术，而后由北京振冲江河截渗公司 编写：刘保平、刘勇、万隆 审稿： 研制出不同规格的多头深层搅拌施工设备。这一技术进步推动了深层搅拌法在水利工程中的应用。目前深层搅拌法已广泛用于我国大江大河大湖的堤坝防渗工程，仅2000年上半年，应用在长江堤防上的截渗墙面积就达98万m2。 2 深层搅拌的分类 （1）按使用水泥的不同物理状态，分为浆体和粉体深层搅拌桩两类。我国以水泥浆体深层搅拌桩应用较广，粉体深层搅拌桩宜用于含水量大于3０％的土体。 （2）按深层搅拌机械具有的搅拌头数，分为单头、双头和多头深层搅拌桩。目前国内一机最多有六头，国外已有一机8头。 （3）根据桩体内是否有加筋材料，分为加筋和非加筋桩。加筋材料一般采用毛竹、钢筋或轻型角钢等，以增强其劲性。日本的SMW工法在深层搅拌桩中插入H型钢。 本章主要叙述以水泥浆为固化剂的非加筋深层搅拌桩和防渗墙的施工，在施工中使用单头、双头和多头搅拌桩机。 3 加固原理 3. 1水泥土的固化机理 土体中喷入水泥浆再经搅拌拌和后，水泥和土有以下物理化学反应：(1)水泥的水解和水化反应；(2)离子交换与团粒化反应；(3)硬凝反应；(4)碳酸化反应。水化反应减少了软土中的含水量，增加颗粒之间的粘结力；离子交换与团粒化作用可以形成坚固的联合体；硬凝反应又能增加水泥土的强度和足够的水稳定性；碳酸化反应还能进一步提高水泥土的强度。 在水泥土浆被搅拌达到流态的情况下，若保持孔口微微翻浆，则可形成密实的水泥土桩，而且水泥土浆在自重作用下可渗透填充被加固土体周围一定距离土层中的裂隙，在土层中形成大于搅拌桩径的影响区。 3. 2 物理力学特性 3.2.1无侧限抗压强度 一般来说，水泥土的无侧限抗压强度在０.3～4.0 ＭＰa之间，比天然软土强度提高数十倍到数百倍，在砂层可高达５.０ＭＰa以上的，它受许多因素影响。 (1)土质。一般地说，初始性质较好的土，加固后强度增量较大，初始性质较差的土，加固后强度增量较小。水泥土的强度与土的含砂量有关，当含砂量为40%～60%时，加固土强度达最大值。在加固软粘土时，若在固化剂中掺加适量的细砂，既可提高加固土的强度，又可节约水泥用量。 （2）龄期。水泥土的抗压强度随其加固龄期而增长。我国《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-91）规定，取90d龄期试块的无侧限抗压强度为加固土强度标准值。一般情况下，7d、28d、90d的水泥土强度之间有如下近似关系：qu(28d)≈1.49qu(7d)；qu(90d)1.97qu(7d)；qu(90d)1.32qu(28d)。 （3）水泥掺入比。水泥掺入比通常指水泥掺入重量与被加固土天然湿容重的比（％）。 在实际应用中，当水泥掺入比小于７％时，加固效果往往不能满足工程要求，而当掺入比大于１５％时，加固费用偏高。因此，我国《建筑地基处理技