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，它是通過特制機械一—各種深層攪拌機，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)與地基土強制就地攪拌，利用固化劑和地基土發(fā)生一系列物理、化學反應，使形成具有整體性、水穩(wěn)性好和較高強度的水泥土樁或水泥土塊體，與天然地基形成復合地基。

2/2/20231地基處理技術第六章深層攪拌法

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年代應用于工程實踐。我國于1977年由冶金部建筑研究總院和交通部水運規(guī)劃設計院引進、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，于1980年正式應用于工程實踐。1980年天津市機械化施工公司與交通部一航局引進開發(fā)成功單攪拌軸、葉片輸漿型深層攪拌機。1983年浙江大學土木工程學系會同聯(lián)營單位開發(fā)成功DSJ型單軸噴漿水泥深層攪拌機。1983年鐵道部第四勘測設計院開始進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械中攪拌頭的旋轉能來完成；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地基處理技術第六章深層攪拌法2.特點在地基加固過程中無振動、無噪音，對環(huán)境無污染；對地基土無側向擠壓，對鄰近建筑物影響很?。豢砂唇ㄖ镆笞鞒芍鶢?、壁狀、格子狀和塊狀等加固形狀；可有效提高地基強度(當水泥摻量為8%和10%時，加固體強度分別為0.24和0.65MPa，而天然軟土地基強度僅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。當用于處理泥炭土或地下水具有侵蝕性時，宜通過試驗確定其適用性，冬季施工時應注意負溫對處理效果的影響。2/2/20235地基處理技術第六章深層攪拌法二、加固地基機理

（一）水泥土加固機理水泥加固土由于水泥用量很少，水泥水化反應完全是在土的圍繞下產(chǎn)生的，凝結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)生強烈的水解和水化反應，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行了離子交換和硬凝反應和碳酸化作用等，使土顆粒固結、結團，顆粒間形成堅固的連結，并具有一定強度。深層攪拌法加固地基主要利用水泥土具有較高的強度、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用于：1.形成水泥土樁復合地基，提高地基承載力和改善地基變形特性；2.形成水泥土支擋結構；3.形成水泥土防滲帷幕。2/2/20236地基處理技術第六章深層攪拌法（二）石灰土加固機理

在軟土中加入生石灰，生石灰和土中的水分發(fā)生化學反應生成熟石灰，水分被吸收，起到了膠結作用，并產(chǎn)生熱量，同時體積膨脹了1-2倍，促進周圍土體的固結。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1/3，提高石灰柱體的強度。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地基處理技術第六章深層攪拌法

三、設計計算

（一）設計前收集的資料

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

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、緩凝、減水、節(jié)約水泥等性能的材料，但應避免污染環(huán)境。2/2/20238地基處理技術第六章深層攪拌法

（二）復合地基的設計計算

攪拌樁復合地基承載力特征值應通過現(xiàn)場復合地基荷載試驗確定，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)，當樁端土為軟土時，可取0.5～1.0，當樁端土為硬土時，可取0.1～0.4，當不考慮樁間土的作用時，可取0；Rkd——單樁豎向承載力特征值，應通過現(xiàn)場單樁荷載試驗確定。2/2/20239地基處理技術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）的無側限抗壓強度平均值；η—強度折減系數(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。可只在基礎范圍內布樁。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—基礎底面積。（四）下臥層強度及其它驗算當攪拌樁處理范圍以下存在軟弱下臥層時，可按國家標準《建筑地基基礎設計規(guī)范》GBJ7-89的有關規(guī)定進行下臥層強度驗算。深層攪拌壁狀處理用于地下?lián)跬两Y構時，可按重力式擋土墻設計。為了加強其整體性，相鄰樁搭接寬度宜大于100mm。2/2/202311地基處理技術第六章深層攪拌法

四、設備和機具設備和機具主要包括：深層攪拌機、起重機、水泥制配系統(tǒng)、粉體制配系統(tǒng)、導向設備及提升速度測量設備、攪拌鉆頭等。（一）深層攪拌機目前國內外使用的深層攪拌機可分為動力頭式和轉盤式兩大類。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)深層攪拌機技術參數(shù)如表6-1所示。噴漿型深層攪拌機以DSJ一Ⅱ型單軸深層攪拌機為例，攪拌機主要由變速器、旋轉接頭、攪拌軸、攪拌鉆頭、卷揚機等部位組成。噴粉型深層攪拌機以PH一5型為例，攪拌機主要由步履底盤、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地基處理技術第六章深層攪拌法

表6-1我國常用深層攪拌機主要技術參數(shù)技術參數(shù)SJB-ⅠSJB-ⅡSJB-22DSJB-37DDSJ-ⅡPH-5電機功率/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)送粉體材料的設備，其結構及工作原理以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；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地基處理技術第六章深層攪拌法（三）攪拌鉆頭為完成攪拌任務，對攪拌鉆頭提出如下要求：1.鉆頭回轉給進時能夠將土攪松，回轉提升時能夠將土壓密；2.提供較多的攪拌次數(shù)，保證灰土攪拌均勻；3.鉆頭在回轉和提升時阻力較少。目前有螺旋式、耙式及綜合式等三類鉆頭，可根據(jù)施工實際需要選用。2/2/202315地基處理技術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）-重復噴漿(粉)攪拌下沉；(ｅ)-重復攪拌上升(完畢)2/2/202316地基處理技術第六章深層攪拌法

（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攪下沉到設計深度后，即噴漿攪拌提升至設計樁頂標高，停止噴漿，然后重復攪拌下沉和攪拌提升成樁。2.二噴二攪法指鉆頭預攪下沉到設計深度后，即第一次噴漿攪拌提升至設計樁頂標高，停止噴漿，然后重復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上，增加第三次重復攪拌下沉和攪拌提升成樁。2/2/202317地基處理技術第六章深層攪拌法

（三）水泥漿注入量的控制為保證工程質量，應根據(jù)設計指標和工程地質勘察報告中的軟土重度按式(3-10)計算單樁水泥用量，并在施工中嚴格執(zhí)行:Ｃ=Ｌ·Ａ·γｓ·λｃ(6-5)式中:Ｃ—單樁水泥用量，kg；Ｌ—設計樁長，ｍ；Ａ—樁的斷面積，ｍ2；γｓ—軟土重度，查工程地質勘察報告；λｃ—設計水泥摻入比，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地基處理技術第六章深層攪拌法（四）噴漿（粉）材料準備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）改善水泥土性質和樁（墻）體強度，可選用木質素磺酸鈣、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）粉體生石灰樁技術要求：①石灰應該是細磨的，在攪拌過程中，為防止樁體中石灰聚集，石灰最大粒徑應小于2mm。②石灰應盡量選取純凈無雜質的，石灰中氧化鈣和氧化鎂含量至少應為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80%-90%。

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

2.施工前應標定深層攪拌機械的灰漿泵輸漿量、灰漿經(jīng)輸漿管到達攪