探討地基中深層攪拌的施工技術

羅國紅

摘 要：深層攪拌技術是將石灰、水泥、粉煤灰等作為固化劑，通過特制攪拌設備，將地基的軟土與固化劑就地攪拌，提高地基的水穩性和強度，從而提高地基的承載力和穩定性，減少地基的沉降差，提高建筑工程的質量和經濟效益。本文通過解析深層攪拌法的原理，分析深層攪拌的施工工藝。

關鍵詞：地基加固；深層攪拌；水泥土；攪拌樁

引 言

軟弱地基系指主要由淤泥、粉性土、淤泥質土、沖填土、雜填土或其它高壓縮性土層構成的地基。由于軟弱地基的孔隙比大、滲透性差、抗剪切強度低、含水量高、壓縮性高、孔隙比大等特性，容易影響地基的穩定、引起地基的變形。因此，在建筑施工前需要對地基進行加固處理，根據地基的結構的不同，加固方法不同，常見的加固方法有強夯發（適用于碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、素填土、雜填土等）、振沖法（適用于處理砂土、粉土、粘性土、素填土、雜填土）、水泥粉煤灰碎石樁法（用于處理粘性土、粉土、砂土等）、高壓噴射注漿法（適用于處理淤泥、粉土、砂土、黃土、碎石土、粘性土等）、深層攪拌法（適用于處理淤泥、飽和黃土、粘性土、粉土、素填土、飽和松散砂土等）。通過對軟弱地基的加固處理，提高土體的抗剪切強度、改善壓縮特性、透水性和特殊地基的不良特性，達到提高地基承載力的目的，本文主要研究深層攪拌處理軟弱地基的方法。

1 深層攪拌法加固地基的機理

1.1 深層攪拌加固土的原理

深層水泥攪拌加固地基的方法是利用水泥后石灰作為固化劑，通過深層攪拌技術，將地基中的軟土層與固化劑攪拌后發生復雜的物理化學反應（水泥的水化作用、離子交換作用、碳酸化作用、顆粒間的吸附作用等），形成水泥或石灰土樁，達到加固的目的。實踐證明，利用生曾攪拌技術加固軟弱地基，摻入7～15%的固化劑可以提高地基1～1.5倍的承載力。

1.2 水泥的水解和水化作用

硅酸鹽水泥的主要成分是由氧化鈣（CaO）、二氧化硅（SiO2）、三氧化二鋁（Al2O3）、三氧化二鐵（Fe2O3）及三氧化硫（S2O3）組成，這些氧化物組成了硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣、硫酸鈣等不同的水泥礦物。將水泥和軟土攪拌后，和軟土中的水發生化學反應，生成水泥硬化漿體，具體反應如下：

1.3 粘土顆粒與水泥水化物的作用

（1）離子交換作用。通過離子交換，離子與直徑較小的土顆粒結合可形成較大的土團粒；土團粒的進一步與水泥結合形成水泥土的團粒結構，減小顆粒間的孔隙，使顆粒間結合堅固，提高水泥土顆粒的強度。

（2）凝硬反應。隨著水化反應的進行，逐漸生成不溶于水的穩定的結晶化合物，并逐漸硬化，提高水泥的密實度和強度，提升水泥土的滲透性。

1.4 碳酸化作用

水泥水化物中的Ca（OH）2，吸收水中和空氣中的二氧化碳（CO2）生成不溶于水的碳酸鈣（CaCO3）。由于CaCO3具有很高的強度，提高固化體的強度。

2 深層水泥攪拌的工序

深層水泥攪拌的施工程序為：水泥攪拌機定位→調整導向架垂直度→下沉→制配水泥漿→噴漿攪拌、提升→重復下沉攪拌→重復攪拌提升直至孔口→移至下一根樁、重復以上工序。

2.1 水泥攪拌機定位

施工放樣，確定攪拌樁的位置，移動攪拌樁機到達指定位置，根據工程的要求控制攪拌機的定位偏差。

2.2 調整導向架垂直度

參照工程設計要求，利用吊線錘或經緯儀控制導向架的垂直度，要求垂直度小于樁長的1%，提高施工質量。

2.3 下沉攪拌

啟動攪拌樁機轉盤，待攪拌頭轉速正常后，控制鉆桿沿導向架邊勻速下沉，同時旋轉攪拌。

2.4 拌制漿液

在攪拌樁機下沉的同時，根據設計要求拌制10～15%水泥漿液，并控制水灰比在合理范圍內。

2.5 噴漿攪拌提升

攪拌頭下沉到達設計深度后，開啟灰漿泵，通過管路送漿至攪拌頭出漿口，根據出漿速度控制噴漿攪拌的時間，當水泥漿與樁端土充分攪拌后，按照施工設計要求提升攪拌桿，同時噴漿攪拌，確保漿體和土體充分拌和。若施工過程因故停止施工時，應將攪拌頭下沉至停漿點以下0.5m處，待恢復供漿時再噴漿攪拌提升，若停機超過三小時，防止水泥氧化，需要宜拆卸輸漿管路，并加以清洗。

2.6 重復下沉攪拌

當第一次攪拌完畢后，將攪拌鉆頭提升至樁頂以上300～500mm，然后施工設計規范下沉至設計深度。

2.7 噴漿重復攪拌提升

攪拌鉆頭下沉到預定深度后，完成規定攪拌時間，邊攪拌遍提升至地面。

2.8 樁機移位

施工完一根樁后，移動樁機至下一根樁位，重復以上步驟進行下一根樁的施工。

3 施工控制

3.1 施工準備

施工前，整平施工場地，清除樁位周圍的石塊、雜草和生活垃圾，并對低洼地勢填料夯實。查看土質情況，設計固化劑的類型和用量，如圖1，水泥含量對水泥土強度的影響，水泥含量10～15%時，水泥土的強度增長最快，所以一般水泥固化劑的添加比例為10～15%，使用時需要檢驗水泥固化劑是否合格。

3.2 設備及工藝參數檢查

施工前應明確攪拌機械的灰漿泵輸送量、灰漿輸送管到達攪拌機噴漿口的時間和起吊設備提升速度等施工工藝參數。

3.3 施工時的攪拌機操作方法

先將攪拌機組裝就位，用輸漿膠管將貯料罐灰漿泵與深層攪拌機接通，開動電動機，攪拌機葉片相向而轉，借設備自重，以0.5m/min的速度沉至要求加固深度；再以0.5m/min的均勻速度提起攪拌機，與此同時開動水泥漿泵將水泥漿從深層攪拌中心管不斷壓入土中，由攪拌葉片將水泥漿與深層處的軟土攪拌，邊攪拌邊噴漿直到提至地面（近地面開挖部位可不噴漿，便于挖土），即完成一次攪拌過程。用同法再一次重復攪拌下沉和重復攪拌噴漿上升，即完成一根柱狀加固體。

3.4 下沉攪拌的注意問題

攪拌機預攪下沉時，不宜沖水，當遇到較硬土層下沉太慢時，適量沖水，但應考慮沖水成樁對樁身強度的影響。

3.5 起吊注意事項

起吊時應檢查起吊設備的平整度和導向架的垂直度是否達標，控制攪拌機的提升速度次數、和注漿量，保證攪拌均勻，同時泵送必須連續。

3.6 養生控制

水泥土的強度隨育齡期的增長而增強，如圖2，水泥土摻入比、育齡期與強度的關系，當育齡期為兩個月時水泥土達到較高的固化強度。水泥土養護過程中還要注意溫度對水泥土強度的影響，如圖3，養護溫度對海相軟土加固后的強度影響，隨著養護溫度的提高，水泥土的強度逐漸提高，且10～20℃的養護溫度水泥土的強度增長最快，由于養護條件限制，20℃是最佳養護溫度。

3.7 設備清理

每天加固完畢，應用水清洗貯料罐、灰漿泵、深層水泥攪拌機和噴漿管道，防止灌漿硬化阻塞管道。

4 施工常見問題及處理

4.1 噴漿阻塞

可能是攪拌前沒有檢查水泥質量，可能水泥結塊引起的噴漿堵塞；或制漿池過濾網破壞，不能濾除大塊水泥土；還有可能是上次清漿不徹底引起的。處理措施為及時清除水泥罐和噴漿管的水泥，并定期檢查過濾網的過濾情況。

4.2 噴漿不足

可能是輸漿管彎折、受到外力的擠壓、輸漿管破裂或輸漿管道過長，導致在輸漿管內損失壓力過大。處理措施為經常維護輸漿管道，選擇合適的位置挖制漿池，縮短輸漿管線的長度，當所有問題排除后，仍然沒有發現問題，可以適當調增泵送壓力。

4.3 攪拌鉆頭下沉受阻

可能是攪拌樁位置有尚未清除的石塊、樹根或其它。應立刻停機，等排除障礙或移位后重新攪拌。

4.4 噴漿速度失穩

可能是設備自身原因，或員工操作不規范。處理措施為施工前檢查進場設備是否符合要求，如果施工過程中發現的流速不穩，需要維修后更換設備。

參考文獻

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