深層攪拌法

深層攪拌法是一種用攪拌機翼片旋轉，將石灰或水泥等固化劑與軟土攪拌混合的加固地基方法。首先將轉動攪拌翼片下沉至預定的加固深度，然後由下而上的一面提升攪拌軸的旋轉翼片，一面壓入固化劑（水泥漿 或生石灰），使固化劑與土粒充分攪拌混合，經過一定時間凝結成圓柱狀加固土體。加固深度一般在10m以上。本法適用於加固各種土質地基，但對有機物含量大的土、硫酸鹽含量大的土，其加固效果較差。

基本介紹

• 中文名：深層攪拌法
• 外文名：deep mixing method
• 學科：土力學
• 工具：深層攪拌機械
• 類別： 粉噴、漿噴、單頭和多頭
• 土質：黏性土、 粉土、 砂土
• 加固體形狀：柱狀、壁狀、格柵狀或塊狀

概述

深層攪拌法相對於地表淺層攪拌，採取鑽孔進行孔內深層攪拌而得名。深層攪拌法是利用深層攪拌機械將粉體或漿液等材料與土體強制攪拌，從而在土體內產生物理－化學反應，形成具有整體性、水穩定性和一定強度的增強體，和原土體構成複合地基、防滲牆或擋牆的施工方法。中國於20 世紀70 年代開始引進、研究深層攪拌施工技術。水利工程中的套用始於 1995 年，最初主要是閘基、泵站地基採用深層攪拌樁構成複合地基。大量用作堤防特別是堤基防滲加固則是1999 年以來開展的。據不完全統計，深層攪拌法已廣泛套用於中國大江大河、湖泊的堤壩防滲工程，其深層攪拌防滲牆面積已超過 650 萬平方米。深層攪拌法適用於黏性土、 粉土、 砂土， 以及黃土、 淤泥質土、 淤泥、 素填土等土層， 施工時要求場地內地下無大石塊、 樹根、 地下管線等。空中障礙物如高壓電線， 其淨空距地面應滿足安全要求 。

深層攪拌機一般由雙層管組成，外管下端帶葉片，靠管上端的電動機帶動旋轉，內管供輸送水泥或生石灰。中國製造的SJB-1型深層攪拌機（圖2）系採用三管並列，兩側管各帶二葉片式攪拌頭，中央管除支承兩側管外還兼作輸漿管用。一次加固面積0.7～0.8米2，加固深度可達10米（改型後,加固深度大於15米）。深層攪拌法施工時，除深層攪拌機外，尚需起吊設備、固化劑製備泵送系統（灰漿攪拌機、灰漿泵、冷卻水泵、管道等）、控制操縱台等設備。

深層攪拌法分類

粉噴和漿噴。按使用材料的物理狀態，分粉體(俗稱粉噴、乾噴)和漿體(俗稱漿噴、濕噴)深層攪拌2 類。其中粉體材料多用水泥、石灰。水利水電工程常用的為以水泥作固化劑的水泥粉體或水泥漿深層攪拌法。

單頭和多頭。按施工機械鑽頭(攪拌頭)的多少，可分為單頭、雙頭和多頭深層攪拌。其中，單頭和雙頭主要用於樁柱體及複合地基，多頭鑽主要作用於深層攪拌防滲牆。就工效和牆段連線而言，多頭優於單頭。

粉噴或漿噴深層攪拌樁的施工工藝流程大致相同， 主要工藝流程為:測量放線定樁位或孔位→鑽機就位→鑽孔至設計深度(有時要求同時噴水泥或水泥漿) →提升鑽桿和鑽頭， 同時攪拌(有時要求同時噴水泥或水泥漿)至樁頂或牆頂→全程或局部復攪(或復噴) →將鑽桿和鑽頭提出地面→將鑽機移至下一樁位，繼續施工。

粉噴深層攪拌噴水泥時，是以壓縮空氣作為動力將粉體(水泥)輸送到鑽孔內， 並以粉霧狀噴入加固地基的土層中，借鑽頭的葉片旋轉、攪拌。漿噴深層攪拌時，則是以灰漿泵供漿，使其與土體混合。為了提高混合效果，多採取多次復噴復攪，常見的有“兩噴兩攪 ”、“兩噴四攪”、“四噴四攪”等，以形成具有一定強度的水泥土樁體或水泥土防滲牆。

有關要求

加固機理

水泥和粘性土攪和後，水泥顆粒表面的礦物很快與土中水發生水解和水化反應，生成氫氧化鈣、含水矽酸鈣、含水鋁酸鈣和含水鐵酸鈣等化合物。由於離子交換和團粒化作用、硬凝反應、碳酸化作用，使水泥土的強度和水穩性得到很大提高，可壓縮性得到顯著降低。

離子交換使土粒表面吸附的鈣離子擴散層減薄，土粒分散度降低，形成較大的土團粒。土中拌入水泥，土團粒之間的空隙基本上被水泥顆粒填滿。土團粒內的土顆粒在水泥水解產物的長期滲透作用下，逐漸改變其性質，產生強度較大的、具有水穩性的水泥土區和強度較小的土塊區。二者在空間相互交替，形成一種獨特的水泥土結構。

攪拌樁和地基設計

包括加固體形狀選擇、確定單樁容許承載力，確定樁長和水泥摻入比，複合地基容許承載力計算。

加固體形狀選擇：可選用柱狀、壁狀、格柵狀或塊狀。間隔一定距離的攪拌樁稱為柱狀加固體。適用於獨立基礎、設備基礎、條形基礎和承受大面積地面荷載的地坪。攪拌要相互搭接，聯成壁狀稱為壁狀加固體。可作為地下擋土結構。壁狀加固體在縱橫二個方向上相互交叉成方格狀稱為格柵狀加固體。適用於結構剛度較小、對不均勻沉降比較敏感的建築物。攪拌樁在縱橫二個方向上都搭接在一起，形成大塊整體稱為塊狀加固體。適用於對不均勻沉降要求嚴格的地基，防止基坑底隆起和封底。

發展歷史

採用石灰、水泥等固化劑加固軟弱地基的歷史是十分久長的。古埃及曾用石灰、澆石膏和砂子來加固大金字塔的地基和尼羅河河堤。古印度也早已用石灰和粘土來建造擋水壩體。而在古羅馬帝國那坡里城的居民曾用當地大量堆積的火山灰摻人不同比例的生石灰製成一種稱為羅馬水泥的固化劑，是近年來大量使用的火山灰水泥的雛型。這種製造水泥的技術到十八世紀為歐洲各國廣泛採用。我國在春秋戰國以前就用石灰、粘土和砂子拌和成三合土修築驛道。北京順義縣發掃：到的漢墓中的石灰純度和煅燒程度與近代石灰相同。秦始皇時代修築的萬里長城和千里堤：防都是採用經石灰加固的土料建造。到近代，1824年英國人阿斯皮琴首先製造出矽酸鹽水泥並取得專利。1885年又在德國提出用矽酸鹽水泥作為注漿材料的專利申請。日本在1875年也製造出火山灰水泥，1915年在長崎縣松島煤礦豎井開挖工程中採用了水泥灌漿進行止水。1917年美國開始用水泥拌合粘土作為道路的基層，1920年又將石灰拌入粘土作為路基，而建於1945年的德克薩斯高速公路基層的石灰土加固效果仍為人們所承認。在上述的工程實例中，水泥、石灰主要用於處理地基的表層，如處理高速公路和機插跑道的路基、凍脹土的處理以及邊坡穩定處理。到了本世紀60年代日本和瑞典分別開發研究成功一種用於加固深層軟土的方法——深層攪拌法。可以用於處理地下深部的河流沖積軟土、湖沼及海底極軟的沉積土、疏浚航道堆於兩岸的超軟填土、甚至新近沉積的淤泥等．它一般採用水泥或石灰作為固化劑。