地基处理技术第六章

第六章深层搅拌法

图6-1深层搅拌法示意图一、概述深层搅拌法又称DMM(DeepMixingMethod)工法，它是通过特制机械一—各种深层搅拌机，沿深度将固化剂(水泥浆，或水泥粉或石灰粉，外加一定的掺合剂)与地基土强制就地搅拌，利用固化剂和地基土发生一系列物理、化学反应，使形成具有整体性、水稳性好和较高强度的水泥土桩或水泥土块体，与天然地基形成复合地基。

2/2/20231地基处理技术第六章深层搅拌法

1954年深层搅拌法的概念形成于美国，美国首先研制成功水泥深层搅拌法，制成的水泥土桩称为就地搅拌桩(Mixed-in-placePile)。随后日本从美国引进水泥深层搅拌法，1967年日本和瑞典开始研制喷石灰粉深层搅拌施工方法(dryjetmixingtechnology，即DJM法)，并获得成功，于70年代应用于工程实践。我国于1977年由冶金部建筑研究总院和交通部水运规划设计院引进、开发水泥深层搅拌法,制成了双搅拌轴、中心管输浆陆上型深层搅拌机，于1980年正式应用于工程实践。1980年天津市机械化施工公司与交通部一航局引进开发成功单搅拌轴、叶片输浆型深层搅拌机。1983年浙江大学土木工程学系会同联营单位开发成功DSJ型单轴喷浆水泥深层搅拌机。1983年铁道部第四勘测设计院开始进行喷石灰粉深层搅拌法研究，并获得成功。2/2/20232地基处理技术第六章深层搅拌法1.分类根据深层搅拌法所用材料及施工工法的不同，可将其按以下几个角度进行分类：（1）固化剂状态①湿法:固化剂以泥浆状与原位土拌和来加固土体；②干法:固化剂以干粉状与原位土拌和来加固土体。（2）搅拌能来源①与原位土拌和依靠搅拌机械中搅拌头的旋转能来完成；②与原位土拌和依靠高压喷射头所提供的能量完成。（3）固化剂种类湿法作业的固化剂包括水泥、水、黏土、石膏、粉煤灰及其它外加剂。对于干法作业，固化剂包括水泥、生石灰或两者的混合物。2/2/20233地基处理技术第六章深层搅拌法2.特点在地基加固过程中无振动、无噪音，对环境无污染；对地基土无侧向挤压，对邻近建筑物影响很小；可按建筑物要求作成柱状、壁状、格子状和块状等加固形状；可有效提高地基强度(当水泥掺量为8%和10%时，加固体强度分别为0.24和0.65MPa，而天然软土地基强度仅0.006MPa)；同时施工期较短，造价低廉，效益显著。2/2/20234地基处理技术第六章深层搅拌法3.深层搅拌法适用条件深层搅拌法适于加固较深较厚的淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高、且地基承载力不大于120kPa的黏性土地基，对超软土效果更为显著。当用于处理泥炭土或地下水具有侵蚀性时，宜通过试验确定其适用性，冬季施工时应注意负温对处理效果的影响。2/2/20235地基处理技术第六章深层搅拌法二、加固地基机理

（一）水泥土加固机理水泥加固土由于水泥用量很少，水泥水化反应完全是在土的围绕下产生的，凝结速度比在混凝土缓慢。水泥与软黏土拌和后，水泥矿物和土中的水分发生强烈的水解和水化反应，同时从溶液中分解出氢氧化钙生成硅酸三钙(3Ca0.SiO2、硅酸二钙(2Ca0.Si02)、铝酸三钙(3Ca0.Al203)、铁铝酸四钙(4Ca0.Al203.Fe203)、硫酸钙(CaS04)等水化物，有的自身继续硬化形成水泥石骨架，有的则因有活性土进行了离子交换和硬凝反应和碳酸化作用等，使土颗粒固结、结团，颗粒间形成坚固的连结，并具有一定强度。深层搅拌法加固地基主要利用水泥土具有较高的强度、模量和小的渗透系数，具有很好的隔水性等能力。在我国工程中主要应用于：1.形成水泥土桩复合地基，提高地基承载力和改善地基变形特性；2.形成水泥土支挡结构；3.形成水泥土防渗帷幕。2/2/20236地基处理技术第六章深层搅拌法（二）石灰土加固机理

在软土中加入生石灰，生石灰和土中的水分发生化学反应生成熟石灰，水分被吸收，起到了胶结作用，并产生热量，同时体积膨胀了1-2倍，促进周围土体的固结。拌入石灰后软土物理性能起了变化，加灰后软土液性指数随含水量增加呈线性递减，含水量小于50%的土加灰后，液性指数从原来流态进入半固态或固态，在稳定压力下压缩量随石灰粉含量增加而递减，压缩量减小达1/3，提高石灰柱体的强度。拌入石灰后增加软黏土的渗透性，石灰柱在不同类型软土中起到排水作用。2/2/20237地基处理技术第六章深层搅拌法

三、设计计算

（一）设计前收集的资料

深层搅拌设计前必须进行室内加固试验，针对现场地基土性质，选择合适的固化剂及外掺剂，为设计提供各种配比的强度参数。加固土强度特征值宜取90d龄期试块的无侧限抗压强度。

深层搅拌法处理软土的固化剂可选用水泥，也可选用其它有效的固化材料。固化剂的掺入量宜为被加固土重的7%～15%。外掺剂可根据工程需要选用具有早强、缓凝、减水、节约水泥等性能的材料，但应避免污染环境。2/2/20238地基处理技术第六章深层搅拌法

（二）复合地基的设计计算

搅拌桩复合地基承载力特征值应通过现场复合地基荷载试验确定，也可按下式计算：fsp,k=m·Rkd/Ap+β·(1-m)fs,k

(6-1)式中fsp,k—复合地基的承载力特征值；m—面积置换率；Ap—桩的截面积；fs,k—桩间天然地基土承载力特征值；β—桩间土承载力折减系数，当桩端土为软土时，可取0.5～1.0，当桩端土为硬土时，可取0.1～0.4，当不考虑桩间土的作用时，可取0；Rkd——单桩竖向承载力特征值，应通过现场单桩荷载试验确定。2/2/20239地基处理技术第六章深层搅拌法单桩竖向承载力特征值也可按下列二式计算，取其中较小值：Rkd=η·fcu,k·Ap

(6-2)Rkd=qs·Up·l+α·Ap·qp

(6-3)

式中：fcu,k—与搅拌桩身加固土配比相同的室内加固土试块（边长为70.7m的立方体，也可采用边长为50mm的立方体）的无侧限抗压强度平均值；η—强度折减系数，可取0.35～0.50；qs—桩周土的平均摩擦力，对淤泥可取5～8KPa，对淤泥质土可取8～12KPa，对黏性土可取12～15kPa；Up—桩周长；l—桩长；qp—桩端天然地基土的承载力特征值；α—桩端天然地基土的承载力折减系数，可取0.4～0.6。2/2/202310地基处理技术第六章深层搅拌法（三）深层搅拌桩平面布置深层搅拌桩平面布置可根据上部建筑对变形的要求，采用柱状、壁状、格状、块状等处理形式。可只在基础范围内布桩。柱状处理可采用正方形或等边三角形布桩形式，其桩数可按下式计算：n=m·A/Ap(6-4)式中n—桩数；A—基础底面积。（四）下卧层强度及其它验算当搅拌桩处理范围以下存在软弱下卧层时，可按国家标准《建筑地基基础设计规范》GBJ7-89的有关规定进行下卧层强度验算。深层搅拌壁状处理用于地下挡土结构时，可按重力式挡土墙设计。为了加强其整体性，相邻桩搭接宽度宜大于100mm。2/2/202311地基处理技术第六章深层搅拌法

四、设备和机具设备和机具主要包括：深层搅拌机、起重机、水泥制配系统、粉体制配系统、导向设备及提升速度测量设备、搅拌钻头等。（一）深层搅拌机目前国内外使用的深层搅拌机可分为动力头式和转盘式两大类。也可按照陆上作业还是水上作业、喷浆型还是喷粉型，以及搅拌轴数量等来分类。目前我国常用的陆上作业深层搅拌机技术参数如表6-1所示。喷浆型深层搅拌机以DSJ一Ⅱ型单轴深层搅拌机为例，搅拌机主要由变速器、旋转接头、搅拌轴、搅拌钻头、卷扬机等部位组成。喷粉型深层搅拌机以PH一5型为例，搅拌机主要由步履底盘、井架、传动装置、变速箱、液压系统、搅拌钻头等部件组成。2/2/202312地基处理技术第六章深层搅拌法

表6-1我国常用深层搅拌机主要技术参数技术参数SJB-ⅠSJB-ⅡSJB-22DSJB-37DDSJ-ⅡPH-5电机功率/kW2×302×40222×18.522、3037钻头直径/mm2×7002×700600700500500搅拌轴数/个22111、21搅拌转速/r/min434346455971.3～24.4额定扭矩/kN·m2×6.42×8.54.567.5

2.9～8.6最大施工深度/m121815182220一次处理面积/m20.710.710.2830.483

0.20喷注介质浆液浆液粉浆两用粉浆两用浆液喷粉2/2/202313地基处理技术第六章深层搅拌法（二）粉体发送器这是一种定时定量发送粉体材料的设备，其结构及工作原理以YP—1型粉体发送器为例

图6-2粉体发送器1-空气压缩机；2-节流阀；3-流量计；4-气水分离器；5-安全阀；6-管道压力表；7-灰罐压力表；8-灰罐；9-发送器转鼓最大送粉量100kg/min；最大储料量2000kg；送粉管管径50mm；最大送粉压力0.50MPa；

2/2/202314地基处理技术第六章深层搅拌法（三）搅拌钻头为完成搅拌任务，对搅拌钻头提出如下要求：1.钻头回转给进时能够将土搅松，回转提升时能够将土压密；2.提供较多的搅拌次数，保证灰土搅拌均匀；3.钻头在回转和提升时阻力较少。目前有螺旋式、耙式及综合式等三类钻头，可根据施工实际需要选用。2/2/202315地基处理技术第六章深层搅拌法五、施工工艺

（一）深层搅拌法的施工工艺流程如图6-3所示。

（a）（b）（c）（d）（e）图6-3深层搅拌法的施工工艺流程(ａ)-定位；(ｂ)-喷浆(粉)搅拌下沉；(ｃ)-搅拌上升；（d）-重复喷浆(粉)搅拌下沉；(ｅ)-重复搅拌上升(完毕)2/2/202316地基处理技术第六章深层搅拌法

（二）搅拌方法可以选用以下3种搅拌方法：1.一喷二搅法指钻头预搅下沉到设计深度后，即喷浆搅拌提升至设计桩顶标高，停止喷浆，然后重复搅拌下沉和搅拌提升成桩。2.二喷二搅法指钻头预搅下沉到设计深度后，即第一次喷浆搅拌提升至设计桩顶标高，停止喷浆，然后重复搅拌下沉和第二次喷浆搅拌提升成桩。3.二喷三搅法在二喷二搅法的基础上，增加第三次重复搅拌下沉和搅拌提升成桩。2/2/202317地基处理技术第六章深层搅拌法

（三）水泥浆注入量的控制为保证工程质量，应根据设计指标和工程地质勘察报告中的软土重度按式(3-10)计算单桩水泥用量，并在施工中严格执行:Ｃ=Ｌ·Ａ·γｓ·λｃ(6-5)式中:Ｃ—单桩水泥用量，kg；Ｌ—设计桩长，ｍ；Ａ—桩的断面积，ｍ2；γｓ—软土重度，查工程地质勘察报告；λｃ—设计水泥掺入比，一般为加固土重的7～15%。根据单桩水泥用量和设计水灰比，按式(3-11)计算单桩水泥注入量:Ｖｃ=Ｃ/γｃ+Ｗ/γｗ(6-6)式中:Ｖｃ—单桩水泥浆注入量，Ｌ；Ｃ—单桩水泥用量，kg；γｃ—水泥重度；Ｗ—用水量，kg，Ｗ=ＣＲ(Ｒ为设计水灰比,一般为0.5～0.6)；γｗ—水的密度。2/2/202318地基处理技术第六章深层搅拌法（四）喷浆（粉）材料准备1.浆液材料

（1）深层搅拌法加固软黏土，宜选用525#以上的普硅水泥作为固化剂，水泥掺量根据加固强度，一般为加固土重的7%～15%，每一立方米掺加水泥量约为110-160kg。用公式表示为：掺入比（%）=水泥重/被加固的软土重×100%。

（2）改善水泥土性质和桩（墙）体强度，可选用木质素磺酸钙、石膏、氯化钠、氯化钙、硫酸钠等外加剂，还可掺入不同比例的粉煤灰。

（3）深层搅拌以水泥作为固化剂，其配合比为水泥:砂=1:1～1:2，为增加水泥砂浆和易性能，利于用泵输送，宜加入减水剂（木质素磺酸钙），掺入量为水泥用量的0.2%-0.25%，并加入硫酸钠，掺入量为水泥用量的1%，以及加入石膏，掺入量为水泥用量的2%，水灰比为0.41～0.50。2/2/202319地基处理技术第六章深层搅拌法2.粉体材料

（1）粉体搅拌法目前主要使用的固化剂为石灰粉、水泥以及石膏及矿渣等，也可使用粉煤灰作掺和料。

（2）粉体生石灰桩技术要求：①石灰应该是细磨的，在搅拌过程中，为防止桩体中石灰聚集，石灰最大粒径应小于2mm。②石灰应尽量选取纯净无杂质的，石灰中氧化钙和氧化镁含量至少应为8.5%，其中氧化钙含量最好不低于80%。③石灰的储存期，不宜超过三个月。④石灰的液性指数不低于70%。

（3）石灰桩法（包括块灰灌入法、粉灰搅拌法）常用掺合料是粉煤灰，也可掺入火山灰、钢渣或黏土、采用掺合料后可防止石灰桩软心。

（4）石灰加掺合料比例通常为15%～30%，加大掺合料比例，使桩身强度提高较大，粉体材料为生石灰粉掺入3%。

（5）掺粉煤灰必然减少桩身吸水量，若不追求石灰吸水胀发作用可增大粉煤灰掺量，最高掺量达80%-90%。

（6）掺入30%细磨石灰粉，提高流塑状轻亚黏土地基的加固效果。2/2/202320地基处理技术第六章深层搅拌法(五)喷浆搅拌法施工要点1.深层搅拌法施工的场地应事先平整，清除障碍物。

2.施工前应标定深层搅拌机械的灰浆泵输浆量、灰浆经输浆管到达搅