深層攪拌法(deep mixing method)

使用深層攪拌機(jī)械，在地層深處將軟土和固化劑強(qiáng)制攪拌在一起，使軟土硬結(jié)成具有足夠強(qiáng)度的地基處理方法。采用水泥漿作固化劑，由于形成的加固體是柱狀，故又稱“水泥土攪拌樁”。此法具有施工無振動(dòng)、無噪聲、加固費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。

簡(jiǎn)史二次世界大戰(zhàn)以后，美國研制出就地?cái)嚢铇?MTPI法)，使用空氣壓縮機(jī)從不斷旋轉(zhuǎn)的中空軸端部向周圍被攪松的土中壓入水泥漿，經(jīng)葉片的攪拌而形成水泥土樁。1953年日本引進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)，1967年日本研制出石灰攪拌機(jī)，1974年又研制出水泥攪拌機(jī)械，從而形成一種用水泥深層攪拌加固軟土地基的新方法((CMCI法)，加固深度可達(dá)32m。以后日本又開發(fā)出多種深層攪拌機(jī)械，形成不同名稱的深層攪拌法，如在原位將天然堆積土或吹填土的軟弱地基使之固結(jié)硬化，改良成可以承受住上部結(jié)構(gòu)物的良好地基的DCM工法；將漿液狀水泥類硬化劑壓入軟弱地基中，再用攪拌葉片連續(xù)拌合，利用水化反應(yīng)及波特蘭反應(yīng)，使土顆粒間的結(jié)構(gòu)硬化而達(dá)到改良地基的DeMIC工法；使用水泥類穩(wěn)定處理劑的深層攪拌工法，即DCCM工法等。原蘇聯(lián)在1970年也研制出一種淤泥水泥土樁，用于港口建筑工程中。北歐諸國是使用生石灰粉作為固化劑，使用單攪拌軸型深層攪拌機(jī)，進(jìn)行軟土地基加固。中國從1977年開始深層攪拌法的室內(nèi)試驗(yàn)和攪拌機(jī)械的研制工作，1978年研制出SJB-1型雙攪拌軸、中心管輸漿的深層攪拌機(jī)及其配套設(shè)備。到1988年止已在工業(yè)廠房、民用建筑、市政工程中打設(shè)水泥土攪拌樁27000余根，約30萬延米。

適用范圍適用于加固各種成因的飽和軟粘性土。含有蒙脫土粘土礦物的軟土加固效果較好；含伊里土、氯化物和水鋁英石等粘土礦物的軟土以及有機(jī)質(zhì)含量高、酸堿度(pH值)較低的軟土加固效果較差。

加固機(jī)理水泥和粘性土攪和后，水泥顆粒表面的礦物很快與土中水發(fā)生水解和水化反應(yīng)，生成氫氧化鈣、含水硅酸鈣、含水鋁酸鈣和含水鐵酸鈣等化合物。由于離子交換和團(tuán)粒化作用、硬凝反應(yīng)、碳酸化作用，使水泥土的強(qiáng)度和水穩(wěn)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(kuò)散層減薄，土粒分散度降低，形成較大的土團(tuán)粒。土中拌入水泥，土團(tuán)粒之間的空隙基本上被水泥顆粒填滿。土團(tuán)粒內(nèi)的土顆粒在水泥水解產(chǎn)物的長期滲透作用下，逐漸改變其性質(zhì)，產(chǎn)生強(qiáng)度較大的、具有水穩(wěn)性的水泥土區(qū)和強(qiáng)度較小的土塊區(qū)。二者在空問相互交替，形成一種獨(dú)特的水泥土結(jié)構(gòu)。

攪拌樁和地基設(shè)計(jì)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，復(fù)合地基容許承載力計(jì)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。適用于獨(dú)立基礎(chǔ)、設(shè)備基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)和承受大面積地面荷載的地坪。

攪拌要相互搭接，聯(lián)成壁狀稱為壁狀加固體。可作為地下?lián)跬两Y(jié)構(gòu)。

壁狀加固體在縱橫二個(gè)方向上相互交叉成方格狀稱為格柵狀加固體。適用于結(jié)構(gòu)剛度較小、對(duì)不均勻沉降比較敏感的建筑物。

攪拌樁在縱橫二個(gè)方向上都搭接在一起，形成大塊整體稱為塊狀加固體。適用于對(duì)不均勻沉降要求嚴(yán)格的地基，防止基坑底隆起和封底。

單樁容許承載力確定可采用單樁荷載試驗(yàn)方法，沒有試驗(yàn)條件時(shí)也可以采用計(jì)算方法確定。計(jì)算公式有

P_a=f_uSL+AR_u/K₁和

P_a=Q_uA/ZK₂

式中P_a為單樁容許承載力，kN；f_u為樁側(cè)土的平均極限摩阻力，kPa，一般通過現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)求得；S為樁周長度，cm，L為樁身長度，cm；A為樁身橫截面cm²；R_u為樁端土的極限承載力，kPa；q_u為室內(nèi)水泥土的試塊無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，kPa；K₁為容許承載力的安全系數(shù)，一般取2～2．5；K₂為水泥土強(qiáng)度的安全系數(shù)，一般取1．2～1．5。

樁長和水泥摻入比確定當(dāng)加固深度受限制時(shí)，取加固深度作為樁長計(jì)算容許承載力并確定樁身強(qiáng)度。當(dāng)加固深度不受限制時(shí)，根據(jù)要求的單樁容許承載力反求樁長和確定樁身強(qiáng)度。根據(jù)樁身強(qiáng)度的室內(nèi)試驗(yàn)資料確定相應(yīng)強(qiáng)度的水泥摻入比。

復(fù)合地基容許承載力計(jì)算由水泥土攪拌樁和其周圍土體組成的地基稱謂“復(fù)合地基”，其容許承載力(R_a)按下式計(jì)算：

R_a=P_aa_c/A+β(1-a_c)P_s

式中a_c為攪拌樁在復(fù)合地基中的置換率，％；P_s為樁周圍土的容許承載力，Pa；β為樁周土的承載力折減系數(shù)，當(dāng)樁端為硬土層時(shí)取0．5～1．0，樁端不是硬土層時(shí)取0．10～0．40。

a_c=(R_a-βP_s)/(P_a/A)-βP_s

攪拌樁施工包括施工工藝和施工機(jī)械。

施工工藝由預(yù)攪下沉、制備水泥漿、噴漿攪拌、重復(fù)攪拌和清洗等工序組成。

施工機(jī)械主要是攪拌機(jī)及其配套設(shè)備，如灰漿拌制機(jī)、集料斗、灰漿泵、電氣控制柜、懸吊設(shè)備等。

攪拌機(jī)由動(dòng)力、攪拌和輸漿三部分組成，有中心管輸漿式和葉片輸漿式兩種。中心管輸漿式攪拌機(jī)，水泥漿從攪拌機(jī)中心內(nèi)的管子輸出，可使用多種固化劑。葉片輸漿式，水泥漿從葉片上的小孔輸出，只能使用純水泥漿。