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　　图 5-2-3 双轴深层搅拌桩机搅拌装置图 1-输浆管；2-外壳；3-出水口；4-进水口；5-电动机；6-导向滑块；7-减速器； 8-中心管；9-搅拌轴；10-横向系板；11-球形阀；12-搅拌头。

　　深层搅拌法分为石灰系搅拌法和水泥系搅拌法。石灰系搅拌法于 1967 年由瑞典人提 出，1974 年将石灰粉体喷射搅拌桩用于路基和深基坑边坡支护。同期，日本于 1967 年开 始研制石灰搅拌施工机械， 1974 年开始在软土地基加固工程中应用。 我国于 1983 年初开 始进行粉体喷射搅拌法加固软土的试验研究，并于 1984 年 7 月在广东省用于加固软土地 基。 水泥系深层搅拌法于 20 世纪 50 年代初始于美国， 1974 年日本开发研制成功水泥搅 拌固化法（CMC） ，用于加固堆场地基，深度达 32m。近年来研制出各种深层搅拌机械，用 于防波堤、码头岸壁及高速公路高填方下的深厚软土地基加固工程。我国于 1977 年 10 月开始做水泥系搅拌法的室内试验和机械研制工作，于 1978 年末制造出第一台深层搅 拌桩机及其配套设备，1980 年首次在上海应用并获得成功。水利工程中的应用始于 1995 年，最初主要是闸基、泵站地基用深层搅拌桩构成复合地基，1996 年用于沂沭河拦河坝 坝基防渗，效果较好，当时为单头深层搅拌桩。为降低造价，提高工效，水利部淮委 基础公司于 1997 年发明了多头小直径深层搅拌截渗技术，而后由北京振冲江河截渗公司

　　目前国内常用的深层搅拌桩机分动力头式及转盘式两大类。转盘式深层搅拌桩机多 采用大口径转盘，配置步履式底盘，主机安装在底盘上，安有链轮、链条加压装置。其 主要优点是：重心低、较为稳定，钻进及提升速度易于控制。动力头式深层搅拌桩机可 采取了液压马达或机械式电动机——减速器。这类搅拌桩机主电机悬吊在架子上，重心高， 必须配有足够重量的底盘，另一方面，由于主电机与搅拌钻具连成一体，重量较大，因 此可以不必配置加压装置。

　　国内已经开发出动力头式单头和双头深层搅拌桩机，大多数都用在施工复合地基中的水 泥土桩。 1．1 单头深层搅拌桩机 1.1.1 主要机具组成及作用 （1）动力头。由电动机、减速器组成，主要为搅拌提供动力； （2）滑轮组。主要由卷扬机、顶部滑轮组组成，使搅拌装置下沉或上提； （3）搅拌轴。由法兰及优质无缝钢管制成，其上端与减速器输出轴相连，下端与搅 拌头相接，以传递扭矩； （4） 搅拌钻头。 采用带硬质合金齿的二叶片式搅拌头， 搅拌叶片直径 500mm～700mm； 为防止施工时软土涌入输浆管，在输浆口设置单向球阀；当搅拌下沉时，球受水或土的 上托力作用而堵住输浆管口；提管时，它被水泥浆推开，起到单向阀门的作用； （5）钻架。由钻塔、付腿、起落挑杆组成，起支承和起落搅拌装置的作用。

　　搅拌轴数量(根) 搅拌叶片外径(mm) 搅拌轴转数(r/min) 电机功率(kW ) 提升能力(kN) 提升高度(m) 提升速度(m/min) 接地压力(kPa) 灰浆拌制台数×容量（L）

　　研制出不一样的规格的多头深层搅拌施工设备。这一技术进步推动了深层搅拌法在水利工程 中的应用。目前深层搅拌法已大范围的使用在我国大江大河大湖的堤坝防渗工程，仅 2000 年上

　　（1）按使用水泥的不同物理状态，分为浆体和粉体深层搅拌桩两类。我国以水泥浆 体深层搅拌桩应用较广，粉体深层搅拌桩宜用于含水量大于 3０％的土体。 （2）按深层搅拌机械具有的搅拌头数，分为单头、双头和多头深层搅拌桩。目前国 内一机最多有六头，国外已有一机 8 头。 （3）根据桩体内是否有加筋材料，分为加筋和非加筋桩。加筋材料一般都会采用毛竹、 钢筋或轻型角钢等，以增强其劲性。日本的 SMW 工法在深层搅拌桩中插入 H 型钢。 本章主要叙述以水泥浆为固化剂的非加筋深层搅拌桩和防渗墙的施工，在施工中使 用单头、双头和多头搅拌桩机。

　　4.0Mpa 时，其粘聚力 c＝0.1～1.1 Mpa,内摩擦角ϕ 约在 20 ～30 之间，抗剪强度相当于 （0.2～0.3）qu。 3.2.3 变形特性 水泥土的变形模量与无侧限抗住压力的强度 qu 有关。 国内的研究认为： qu＝0.5～4.0 Mpa 当 时，Ε＝（100～150）qu； 日本未松（1983）的试验结果是：当 qu1.5 Mpa 时，Ε50＝（75～200 ）qu；当 qu1.5 Mpa 时，Ε50＝（200～ 1000 ）qu；上述式中Ε50 指水泥土加固 50 天后的变形模量。 3.2.4 渗透系数 水泥土的渗透系数 k 随着加固龄期的增加和水泥掺入比的增加而减小，对于

　　1.2 双头深层搅拌桩机 1.2.1 机具组成和作用 双头深层搅拌桩机是在动力头式单头深层搅拌桩机基础上改进而成，其搅拌装置比 单头搅拌桩机多了一个搅拌轴，可以一次施工两根桩。其它组成和作用同动力头式单头 深层搅拌桩机。 1.2.2 机械示意图 双头深层搅拌桩机配套机械示意图见图 5-2-1。SJB-1 型双头深层搅拌桩机的搅拌装 置见图 5-2-3。 1.2.3 主要技术参数 主要技术参数见表 5-2-2。

　　下，当水泥掺入比由 10％增加至 20％时，k 值可进一步减小至 10 cm/s 以下。

　　4.1 适用土质 深层搅拌法适合于加固淤泥、 淤泥质土和含水量较高而地基承载力小于 140kPa 的粘 性土、粉质粘土、粉土、砂土等软土地基。当土中含高岭石、多水高岭石、蒙脱石等矿 物时，可取得最佳加固效果；土中含伊里石、氯化物和水铝英石等矿物时，或土的原始 抗剪强度小于 20kPa～30kPa 时，加固效果较差。当用于泥炭土或土中有机质含量较高， 酸碱度较低（pH 值７）及地下水有侵蚀性时，宜通过试验确定其适用性。当地表杂填土 厚度大且含直径大于１００mm 的石块或其他障碍物时， 应将其清除后， 再进行深层搅拌。

　　3. 1 水泥土的固化机理 土体中喷入水泥浆再经搅拌拌和后，水泥和土有以下物理化学反应：(1)水泥的水解 和水化反应；(2)离子交换与团粒化反应；(3)硬凝反应；(4)碳酸化反应。水化反应减少 了软土中的含水量，增加颗粒之间的粘结力；离子交换与团粒化作用能形成坚固的联 合体；硬凝反应又能增加水泥土的强度和足够的水稳定性；碳酸化反应还能进一步提升 水泥土的强度。 在水泥土浆被搅拌达到流态的情况下，若保持孔口微微翻浆，则可形成密实的水泥 土桩，而且水泥土浆在自重作用下可渗透填充被加固土体周围一定距离土层中的裂隙， 在土层中形成大于搅拌桩径的影响区。 物理力学特性 3. 2 物理力学特性 3.2.1 无侧限抗住压力的强度 一般来说，水泥土的无侧限抗住压力的强度在０.3～4.0 ＭＰa 之间，比天然软土强度提高 数十倍到数百倍，在砂层可高达５.０ＭＰa 以上的，它受许多因素影响。 (1)土质。一般地说，初始性质较好的土，加固后强度增量较大，初始性质较差的土， 加固后强度增量较小。水泥土的强度与土的含砂量有关，当含砂量为 40%～60%时，加固 土强度达最大值。在加固软粘土时，若在固化剂中掺加适量的细砂，既可提高加固土的 强度，又可节约水泥用量。

　　4.2 适用工程 深层搅拌法由于对地基具有加固、支承、支挡、止水等多种功能，用途十分广泛， 例如：加固软土地基，以形成复合地基而支承水工建筑物、结构物基础；作为泵站、水 闸等的深基坑和地下管道沟槽开挖的围护结构，同时还可作为止水帷幕；当在搅拌桩中 插入型钢作为围护结构时，开挖深度可加大；稳定边坡、河岸、桥台或高填方路堤，作 为堤坝防渗墙等。 此外，由于搅拌桩施工时无震动、无噪音、无污染、一般不引起土体隆起或侧面挤 出，故对环境的适应性强。

　　（2）龄期。水泥土的抗住压力的强度随其加固龄期而增长。我国《建筑地基处理技术规范》 （JGJ79-91）规定，取 90d 龄期试块的无侧限抗压强度为加固土强度标准值。正常的情况 下，7d、28d、90d 的水泥土强度之间有如下近似关系：qu(28d)≈1.49qu(7d)；qu(90d)≈1.97qu(7d)； qu(90d)≈1.32qu(28d)。 （3） 水泥掺入比。 水泥掺入比通常指水泥掺入重量与被加固土天然湿容重的比 （％） 。 在实际应用中，当水泥掺入比小于７％时，加固效果往往不能满足工程要求，而当掺入 比大于１５％时，加固费用偏高。因此，我国《建筑地基处理技术规范》 （JGJ79-91）规 定水泥的掺入比以７％～１５％为宜。对含水率大于１００％的土及孔隙率较大的杂填 土，常采用较高的水泥掺入比。 3.2.2 抗剪强度 水泥土的抗剪强度随抗住压力的强度提高而增大。一般地说，当无侧限抗压强度 qu＝0.5～

　　深层搅拌法是利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械， 在地层深处，边钻进边喷射固化剂，经钻头旋转搅拌，使喷入土层中的固化剂与土体充 分拌合在一起，形成抗压强度比天然土体强度高，并具有整体性和抗水性的桩柱体。搅 拌桩柱体和桩周围土体可构成复合地基，也可相割搭接排成一列，形成连续墙体，还可 相割搭接成多排墙。在水利水电工程中，深层搅拌法大多数都用在在水工建筑物地基中形成 复合地基 、在堤坝及其地基中形成连续的防渗墙。 深层搅拌形成的桩体的直径一般为 200 mm～800 mm，形成的连续墙的厚度一般为 120 mm～300 mm。加固深度一般大于 5.0m，国内最大加固深度已达 27m，国外最大加固深度 可达 60m。

　　（6）底车架。由底盘、轨道、枕木组成，起行走的作用。 （7）操作系统。由操作台、配电箱组成，是主机的操作系统。 （8）制浆系统。由挤压泵、集料斗、灰浆搅拌机、输浆管组成，最大的作用是为主机 提供水泥浆； 1.1.2 机械示意图 DJB-14D 型深层搅拌桩机配套机械示意图见图 5-2-1。单头深层搅拌装置示意图见图 5-2-2。

　　1-顶部滑轮组；2-动力头；3-钻塔；4-搅拌轴；5-搅拌钻头；6-枕木；7-底盘； 8-起落挑杆；9-轨道；10-挤压泵；11-集料斗；12-灰浆搅拌机；13-操作台； 14-配电箱；15-卷扬机；16-付腿；

　　图 5-2-2 动力头式单头深层搅拌装置示意图 1-电缆接头；2-进浆口；3-电动机；4-搅拌轴；5-搅拌头。