[科普中国]-石灰系深层搅拌法

发展历史

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。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月开始进行石灰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。为了降低造价，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研制出不同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。目前深层搅拌法已广泛用于我国大江大河大湖的堤坝防渗工程，仅2000年上半年，应用在长江堤防上的截渗墙面积就达98万m。1

分类（1）按使用石灰的不同物理状态，分为浆体和粉体深层搅拌桩两类。我国以石灰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。2

加固原理1、石灰土的固化机理

土体中喷入石灰浆再经搅拌拌和后，石灰和土有以下物理化学反应：(1)石灰的水解和水化反应；(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可以形成坚固的联合体；硬凝反应又能增加石灰土的强度和足够的水稳定性；碳酸化反应还能进一步提高石灰土的强度。

在石灰土浆被搅拌达到流态的情况下，若保持孔口微微翻浆，则可形成密实的石灰土桩，而且石灰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。

2、物理****力学特性

1）无侧限抗压强度

一般来说，石灰土的无侧限抗压强度在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。石灰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，又可节约石灰用量。

（2）龄期。石灰土的抗压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。一般情况下，7d、28d、90d的石灰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）石灰掺入比。石灰掺入比通常指石灰掺入重量与被加固土天然湿容重的比（%）。

在实际应用中，当石灰掺入比小于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）规定石灰的掺入比以7%~15%为宜。对含水率大于100%的土及孔隙率较大的杂填土，常采用较高的石灰掺入比。

2）抗剪强度

石灰土的抗剪强度随抗压强度提高而增大。一般地说，当无侧限抗压强度qu=0.5～4.0Mpa时，其粘聚力c=0.1～1.1 Mpa,内摩擦角j约在20～30之间，抗剪强度相当于（0.2～0.3）qu。

3）变形特性

石灰土的变形模量与无侧限抗压强度qu有关。国内的研究认为：当qu=0.5～4.0 Mpa时，Ε=（100～150）qu；

日本未松（1983）的试验结果是：当qu1.5 Mpa时，Ε50=（200～1000）qu；上述式中Ε50指石灰土加固50天后的变形模量。

4）渗透系数

石灰土的渗透系数k随着加固龄期的增加和石灰掺入比的增加而减小，对于k>10cm/s的软土用10%的石灰加固一个月之后，一般地说，k值可减小到10cm/s以下，当石灰掺入比由10%增加至20%时，k值可进一步减小至10cm/s以下。2

适用范围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