探讨地基中深层搅拌的施工技术

罗国红

摘 要：深层搅拌技术是将石灰、水泥、粉煤灰等作为固化剂，通过特制搅拌设备，将地基的软土与固化剂就地搅拌，提高地基的水稳性和强度，从而提高地基的承载力和稳定性，减少地基的沉降差，提高建筑工程的质量和经济效益。本文通过解析深层搅拌法的原理，分析深层搅拌的施工工艺。

关键词：地基加固；深层搅拌；水泥土；搅拌桩

引 言

软弱地基系指主要由淤泥、粉性土、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土层构成的地基。由于软弱地基的孔隙比大、渗透性差、抗剪切强度低、含水量高、压缩性高、孔隙比大等特性，容易影响地基的稳定、引起地基的变形。因此，在建筑施工前需要对地基进行加固处理，根据地基的结构的不同，加固方法不同，常见的加固方法有强夯发（适用于碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、素填土、杂填土等）、振冲法（适用于处理砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土）、水泥粉煤灰碎石桩法（用于处理粘性土、粉土、砂土等）、高压喷射注浆法（适用于处理淤泥、粉土、砂土、黄土、碎石土、粘性土等）、深层搅拌法（适用于处理淤泥、饱和黄土、粘性土、粉土、素填土、饱和松散砂土等）。通过对软弱地基的加固处理，提高土体的抗剪切强度、改善压缩特性、透水性和特殊地基的不良特性，达到提高地基承载力的目的，本文主要研究深层搅拌处理软弱地基的方法。

1 深层搅拌法加固地基的机理

1.1 深层搅拌加固土的原理

深层水泥搅拌加固地基的方法是利用水泥后石灰作为固化剂，通过深层搅拌技术，将地基中的软土层与固化剂搅拌后发生复杂的物理化学反应（水泥的水化作用、离子交换作用、碳酸化作用、颗粒间的吸附作用等），形成水泥或石灰土桩，达到加固的目的。实践证明，利用生曾搅拌技术加固软弱地基，掺入7～15%的固化剂可以提高地基1～1.5倍的承载力。

1.2 水泥的水解和水化作用

硅酸盐水泥的主要成分是由氧化钙（CaO）、二氧化硅（SiO2）、三氧化二铝（Al2O3）、三氧化二铁（Fe2O3）及三氧化硫（S2O3）组成，这些氧化物组成了硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙、硫酸钙等不同的水泥矿物。将水泥和软土搅拌后，和软土中的水发生化学反应，生成水泥硬化漿体，具体反应如下：

1.3 粘土颗粒与水泥水化物的作用

（1）离子交换作用。通过离子交换，离子与直径较小的土颗粒结合可形成较大的土团粒；土团粒的进一步与水泥结合形成水泥土的团粒结构，减小颗粒间的孔隙，使颗粒间结合坚固，提高水泥土颗粒的强度。

（2）凝硬反应。随着水化反应的进行，逐渐生成不溶于水的稳定的结晶化合物，并逐渐硬化，提高水泥的密实度和强度，提升水泥土的渗透性。

1.4 碳酸化作用

水泥水化物中的Ca（OH）2，吸收水中和空气中的二氧化碳（CO2）生成不溶于水的碳酸钙（CaCO3）。由于CaCO3具有很高的强度，提高固化体的强度。

2 深层水泥搅拌的工序

深层水泥搅拌的施工程序为：水泥搅拌机定位→调整导向架垂直度→下沉→制配水泥浆→喷浆搅拌、提升→重复下沉搅拌→重复搅拌提升直至孔口→移至下一根桩、重复以上工序。

2.1 水泥搅拌机定位

施工放样，确定搅拌桩的位置，移动搅拌桩机到达指定位置，根据工程的要求控制搅拌机的定位偏差。

2.2 调整导向架垂直度

参照工程设计要求，利用吊线锤或经纬仪控制导向架的垂直度，要求垂直度小于桩长的1%，提高施工质量。

2.3 下沉搅拌

启动搅拌桩机转盘，待搅拌头转速正常后，控制钻杆沿导向架边匀速下沉，同时旋转搅拌。

2.4 拌制浆液

在搅拌桩机下沉的同时，根据设计要求拌制10～15%水泥浆液，并控制水灰比在合理范围内。

2.5 喷浆搅拌提升

搅拌头下沉到达设计深度后，开启灰浆泵，通过管路送浆至搅拌头出浆口，根据出浆速度控制喷浆搅拌的时间，当水泥浆与桩端土充分搅拌后，按照施工设计要求提升搅拌杆，同时喷浆搅拌，确保浆体和土体充分拌和。若施工过程因故停止施工时，应将搅拌头下沉至停浆点以下0.5m处，待恢复供浆时再喷浆搅拌提升，若停机超过三小时，防止水泥氧化，需要宜拆卸输浆管路，并加以清洗。

2.6 重复下沉搅拌

当第一次搅拌完毕后，将搅拌钻头提升至桩顶以上300～500mm，然后施工设计规范下沉至设计深度。

2.7 喷浆重复搅拌提升

搅拌钻头下沉到预定深度后，完成规定搅拌时间，边搅拌遍提升至地面。

2.8 桩机移位

施工完一根桩后，移动桩机至下一根桩位，重复以上步骤进行下一根桩的施工。

3 施工控制

3.1 施工准备

施工前，整平施工场地，清除桩位周围的石块、杂草和生活垃圾，并对低洼地势填料夯实。查看土质情况，设计固化剂的类型和用量，如图1，水泥含量对水泥土强度的影响，水泥含量10～15%时，水泥土的强度增长最快，所以一般水泥固化剂的添加比例为10～15%，使用时需要检验水泥固化剂是否合格。

3.2 设备及工艺参数检查

施工前应明确搅拌机械的灰浆泵输送量、灰浆输送管到达搅拌机喷浆口的时间和起吊设备提升速度等施工工艺参数。

3.3 施工时的搅拌机操作方法

先将搅拌机组装就位，用输浆胶管将贮料罐灰浆泵与深层搅拌机接通，开动电动机，搅拌机叶片相向而转，借设备自重，以0.5m/min的速度沉至要求加固深度；再以0.5m/min的均匀速度提起搅拌机，与此同时开动水泥浆泵将水泥浆从深层搅拌中心管不断压入土中，由搅拌叶片将水泥浆与深层处的软土搅拌，边搅拌边喷浆直到提至地面（近地面开挖部位可不喷浆，便于挖土），即完成一次搅拌过程。用同法再一次重复搅拌下沉和重复搅拌喷浆上升，即完成一根柱状加固体。

3.4 下沉搅拌的注意问题

搅拌机预搅下沉时，不宜冲水，当遇到较硬土层下沉太慢时，适量冲水，但应考虑冲水成桩对桩身强度的影响。

3.5 起吊注意事项

起吊时应检查起吊设备的平整度和导向架的垂直度是否达标，控制搅拌机的提升速度次数、和注浆量，保证搅拌均匀，同时泵送必须连续。

3.6 养生控制

水泥土的强度随育龄期的增长而增强，如图2，水泥土掺入比、育龄期与强度的关系，当育龄期为两个月时水泥土达到较高的固化强度。水泥土养护过程中还要注意温度对水泥土强度的影响，如图3，养护温度对海相软土加固后的强度影响，随着养护温度的提高，水泥土的强度逐渐提高，且10～20℃的养护温度水泥土的强度增长最快，由于养护条件限制，20℃是最佳养护温度。

3.7 设备清理

每天加固完毕，应用水清洗贮料罐、灰浆泵、深层水泥搅拌机和喷浆管道，防止灌浆硬化阻塞管道。

4 施工常见问题及处理

4.1 喷浆阻塞

可能是搅拌前没有检查水泥质量，可能水泥结块引起的喷浆堵塞；或制浆池过滤网破坏，不能滤除大块水泥土；还有可能是上次清浆不彻底引起的。处理措施为及时清除水泥罐和喷浆管的水泥，并定期检查过滤网的过滤情况。

4.2 喷浆不足

可能是输浆管弯折、受到外力的擠压、输浆管破裂或输浆管道过长，导致在输浆管内损失压力过大。处理措施为经常维护输浆管道，选择合适的位置挖制浆池，缩短输浆管线的长度，当所有问题排除后，仍然没有发现问题，可以适当调增泵送压力。

4.3 搅拌钻头下沉受阻

可能是搅拌桩位置有尚未清除的石块、树根或其它。应立刻停机，等排除障碍或移位后重新搅拌。

4.4 喷浆速度失稳

可能是设备自身原因，或员工操作不规范。处理措施为施工前检查进场设备是否符合要求，如果施工过程中发现的流速不稳，需要维修后更换设备。

参考文献

[1]谭石洪.基于工程实例的深基坑深层搅拌水泥土桩墙支护施工技术探讨[J].中华民居（下旬刊），2013（08）.

[2]麻勇.近海软土水泥搅拌加固体强度提高机理及工程应用研究[J].大连理工大学，2012（05）

[3]王桂敏.深层搅拌桩技术在水利工程地基处理中的应用[J].科技创新与应用，2014（02）.