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软土地基深层搅拌加固工法 YJGF01-92 冶金部建筑研究总院 软土地基深层搅拌加固法是利用水泥作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深部就地将软粘土与水泥强制拌和，利用固化剂与软土之间发生的一系列物理化学反应，使软土地基硬结成具有一定强度的水泥加固土，从而提高地基强度。 深层搅拌法适用于加固淤泥、淤泥质土、粉质粘土、粉土等软土地基。这种新颖的地基加固方法，在国内由冶金工业部建筑研究总院和交通部水运规划设计院于1978年开始研究，1980年11月由冶金部主持通过技术鉴定，同年获冶金部科学技术研究成果三等奖和交通部重大科技成果三等奖。目前，软土深层搅拌加固法已在工业厂房柱基、大面积堆料地坪、民用住宅、综合办公大楼、高等级公路、飞机场联络道、箱涵桥梁、河岸整治、深基坑支护、地下铁道挡墙等工程中大量推广应用，并取得了良好的技术经济效果。 一、软土地基深层搅拌加固法的特点 1加固效果显著。采用此法对软土地基加固后效果非常显著，加固完了可立即投入使用； 2形式灵活多样。可根据上部结构需要灵活采用柱状、壁状、格栅状和块状等多种加固形式； 3充分利用软土。由于利用特殊的机械在地基深部就地将软土和少量固化剂强制进行搅拌，充分地利用软土，避免了大量挖掘和远距离弃土； 4对周围环境无污染。在加固过程中对周围软土无扰动，不会造成软土侧向挤出；施工时无振动、无噪音，对周围环境无污染； 5施工机具简单。所用的施工机具比较简单，便于制作和推广应用，适合于我国的技术经济条件； 6节约资金。加固费用低廉，适宜于大规模地基加固工程。 二、水泥加固土的原理与基本性能 水泥加固软土的原理是通过水泥水解、水化反应所生成的水泥水化物与土颗粒发生离子交换、团粒化作用、碳酸化反应以及硬凝反应等一系列物理-化学反应，形成具有一定强度和水稳定性的水泥加固土。 水泥加固土的强度取决于被加固土的性质含水量、有机质含量及烧失量等和加固所使用的水泥品种、标号、渗入量以及外加剂等。加固土的抗压强度随着水泥掺入量的增加而增大，工程常用的水泥掺入比为715，其强度标准值宜取试块90天龄期的无侧限抗压强度，一般可达5003000kPa。 三、施工工艺 一施工机械 1.SJB型深层搅拌机 我国第一台专用的SJB-1型深层搅拌机见图1是双搅拌头、中心管输浆方式的中型机，加固深度可达10m；SJB型深层搅拌机加固深度可达20m；SJB-3型深层搅拌机是单搅拌头、叶片喷浆的大型机。SJB-4型深层搅拌机是三搅拌头，是用于打设加筋水泥土地下连续墙的专用机型。 2.配套机械及控制仪表 深层搅拌法施工时，除使用SJB型深层搅拌机外，还需要配备灰浆拌制机、集料斗、灰浆泵、起吊装置、导向架等配套机械以及各种控制仪表见图2。目前，SJB型深层搅拌机国内已能批量生产。 图1 SJB-1型深层搅拌机 图2 深层搅拌机配套机械 3.SJB型深层搅拌机械数据 有关SJB-2型深层搅拌机械技术数据见表1。 二施工程序 深层搅拌法根据上部结构的要求，能对软土地基进行柱状、壁状、格栅状和块状等不同形式的加固。柱状加固的施工工艺程序见图3。 按柱状加固工艺将相邻两桩横向相互搭接成行施工，即在地基中形成连续的壁状加固体；若按柱状加固工艺纵横搭接施工，即成栅状或块状加固体形式。 三劳动组织 表1 SJB-2型深层搅拌机械的主要技术参数 图3 深层搅拌法施工工艺流程 每个深层搅拌工班由1014人组成。 1班长1名。负责施工指挥，协调各工序间操作联系，控制施工质量以及组织力量及时排除施工中出现的故障。 2操机工12名。按照设计要求的施工工艺，正确操纵深层搅拌机的下沉和提升，观察和检查机械运转情况，做好维修保养。 3司泵工1名。负责指挥灰浆制备和泵送水泥浆液，进行材料用量统计和记录泵送时间，负责使用联络信号与前台操机工、记录员联系，做好灰浆设备的保养和输浆管路的清洗。 4记录员1名。负责施工记录，详细记录搅拌机下沉、提升时间、搅拌桩每米的灌浆量和施工中的各项参数，配合操机工正确操纵电气控制仪表，并负责使用联系信号与后台司泵工联系。 5拌浆工47名。按设计要求的配合比制备水泥浆液，按司泵工指挥将浆液倒入集料斗。负责各种生产用料的运输和供应。 6机械工1名。负责全套深层搅拌机械的正常运转和维修，定期检查搅拌头尺寸。 7电工1名。负责全套深层搅拌机械电器设备包括夜间施工照明的安装和安全使用。 四施工注意事项 1对将要进行深层搅拌法施工的场地事先应加以平整。彻底清除地上、地下和空中的一切障碍。场地低洼时，应回填粘性土料，不得回填杂填土。如果地表过软时，应采取防止施工机械失稳的措施。在边坡附近施工时，则应考虑施工对边坡的影响，并要采取确保边坡稳定的措施。 2施工中实际使用的固化剂和外掺剂，要经过加固土室内试验的检验后方能使用。固化剂浆液需严格按照预定的配比拌制，制备好的浆液不得离析。浆液倒入集料斗时应加筛过滤，以免浆内结块损坏泵体。泵送浆液必须连续，一旦因故停浆，要立即通知操机工，严防断桩。 3为保证搅拌桩桩位的准确度和垂直度，需使用定位卡，并应注意起吊设备的平整度和导向架对地面的垂直度。搅拌机预搅下沉时，应尽量不冲水，凡经输浆管冲水下沉的桩，喷 浆提升前一定要将输水管内的水排干净，并且要注意冲水成桩对桩身强度的影响。 4各类管线接头必须接好扎牢。控制搅拌机的电器设备要加设防雨措施，严防漏电事故发生。输浆管道必须定时冲洗，以防输浆管堵塞。 四、加固质量和效果的检验 搅拌桩成桩质量和效果检验可用轻便钎探、开挖、取样和荷载试验等方法进行。 1轻便钎探一般在成桩后7天之内，使用轻便钎探器钻取桩身加固土样，观察搅拌均匀程度，同时根据钎探击数N10用对比法判断桩身强度。 2开挖、取样开挖搅拌桩实体，观察桩体直径、外形或搭接情况；切割桩体截面，观察搅拌均匀程度；凿取一段桩体，在室内加工成立方试块，进行抗压强度检验。 3载荷试验对搅拌单桩和加固后的复合地基要进行载荷试验和承载力检验。根据江苏、云南、福建、上海、天津等地所进行的30余组搅拌桩荷载试验结果得知，长度为7m、10m和15m的单桩极限承载力一般可达450kN、600kN和900kN，搅拌桩复合地基承载力可达125kPa、150kPa、180kPa，比原天然地基承载力提高1.52倍。 五、技术经济分析 1水泥用量用深层搅拌法加固软土地基，每制作一延长米相当0.71m3水泥土桩体需用水泥80140kg。 2加固效率通过现场试验和工程应用，实测了SJB型深层搅拌机的施工效率，每台班实际工作按7小时计可加固4070延长米。 3单价包括材料费、机械费、人工费等，制作每延米水泥桩约需5070元。 六、工程应用实例 自1984年至1990年，采用深层搅拌法加固软土地基的工业与民用建筑有一百几十个单项，用于地下挡土构筑的也有若干个，双头搅拌桩施工总数达4万余根，折合为33万延米，加固土体约70万m3。 一设备基础地基加固 某厂金属结构车间扩建，需要安装卷板机、钢板矫直机等三台设备，要求地基承载力是100kPa。由于天然地基不能满足承载力的要求，必须考虑采取人工加固措施。该车间系为扩建工程，紧靠正在生产的厂房，不宜进行具有振动或冲击方式的施工，车间内设备而置拥挤，也不允许深基坑大开挖。经用深层搅拌法对设备基础地基进行柱状加固后，满足了设计要求。 二深基坑施工中的水泥土挡墙 某厂要在距离已建成的雨排水管1.4m处新建一污水处理站。钢筋混凝土的雨排水管直径2m，基底标高-4.7m，该管道是全厂排水总管，不能停止使用，而新建污水处理站基坑坑底标高为-6.8m，比已建管道深2.1m，该处土质为淤泥质亚粘土，地下水位较高，故必须采取可靠的档土措施进行基坑施工，才能确保雨排水管的安全使用。 原计划采用保留钢板桩的施工方案，即在雨排水管与污水基坑之间打入长13m的钢板桩，形成一道钢板档墙，为避免拔出钢板桩时软土侧向流动而造成管道位移损坏，污水站施工完毕后不再拔出钢板桩。由于此方案需消耗钢板桩5.13t，耗资6万余元，且仍不能避免因打钢板桩所引起的管道开裂。故改用了水泥土挡墙方案，即用深层搅拌壁状加固法在雨排水管与新基坑之间形成一道水泥土挡墙，用水泥土挡墙代替钢板桩和部分外模板。水泥土挡墙施工费仅花了1万多元，基坑开挖时，由搅拌桩组成的挡墙壁体完全保持直立，墙面平整，桩体搭接良好，确保了雨排水总管的安全使用。 三住宅楼地基加固 南京某住宅楼区位于长江漫滩地带，主要地层为高压缩性流塑状态的淤泥质亚粘土，厚度超过30m，土质松软，承载力很低。为了有效利用建筑场地，增加住宅楼层数，先后采用深层搅拌法加固57层的住宅地基50余幢，每幢住宅地基加固工期仅710天，住宅楼建成后沉降一般为36cm，建在鱼塘之上的六层商店住宅楼最大沉降量也不超过12cm，建筑物使用正常，与钢筋混凝土灌注桩相比，能节省地基处理费用1/31/4。 目前，在昆明、福州、连云港、上海、南京、深圳等地的住宅小区中已有120余幢多层住宅采用深层搅拌法加固软土地基，建筑面积达40万m2，均取得了良好的技术经济效果。 四飞机场联络道软基加固 新建深圳飞机场位于滨海平原，拟建场地布满鱼塘、水池。三条联络道下流塑状的淤泥厚度67m，含水量达6080，承载力仅50kPa。联络道不同部位要求的地基承载力分别为100kPa道肩下、140kPa道面下和300kPa排水箱涵下，经过多种地基处理方案的比较，最后采用了深层搅拌法加固淤泥。设计采用格栅状的布桩方案，把处于流塑状态的淤泥全部分割包围在由搅拌桩围成的格栅中，在2万m2的联络道下共打设深层搅拌桩7200余根，共计4.4万延长米。三台套SJB型深层搅拌机仅用两个多月时间就完成了地基加固施工。比原拟采用的其他方案节约地基处理费用180万元。 五箱涵桥基加固 深圳市皇岗河是一条穿越市区的排水河，水质混浊、污染环境。多年来河底沉积的淤泥最厚处达到14m；根据城市建设规划，将要有多条马路或高等线公路垂直跨越该河，结合河流整治采用箱涵桥方案上部走车，下部流水。按不同等级道路的行车荷载，箱涵桥基底压力最大为140kPa，而河底淤泥承载力仅40kPa50kPa，采用了格栅状的深层搅拌法进行加固。完工后经检验复合地基承载力达到280kPa。工程质量被评为优良，比其它原拟采用的地基加固方案节约工程费用200万元。 执笔 周国钧 胡同安 杨小刚 黄新 刘毅 陆贻杰 赖忠良
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