6.1 一般规定

6.1.1 深层搅拌桩是适用于加固饱和黏性土和粉土等地基的一种较常用的地基加固方法。它是利用水泥作为固化剂通过特制的搅拌机械，就地边钻进搅拌、边向软土中喷射浆液或雾状粉体，将软土固化成为具有整体性、水稳性和一定强度的水泥加固土，提高地基稳定性，增大加固土体变形模量。以深层搅拌桩与桩间土构成复合地基。
    根据施工方法的不同，它可分为喷浆搅拌法和喷粉搅拌法两种。前者是用固化剂浆液和地基土搅拌，后者是用固化剂粉体和地基土搅拌。
    水泥浆搅拌法是美国在第二次世界大战后研制成功的，称为Mixed-in-Place Pile（简称MIP法），当时桩径为0.30m～0.40m，桩长为10m～12m。1953年日本引进此法，1967年日本港湾技术研究所土工部研制石灰搅拌施工机械，1974年起又研制水泥搅拌固化法Clay Mixing Consolidation（简称CMC工法），并接连开发出机械规格和施工效率各异的搅拌机械。这些机械都具有偶数个搅拌轴（二轴、四轴、六轴、八轴），搅拌叶片的直径最大可达1.25m，一次加固面积达9.50m²。
    目前，日本有海上和陆上两种施工机械。陆上的机械为双轴搅拌机，成孔直径为1000mm，最大钻深达40m。而海上施工机械有多种类型，成孔的最大直径为2000mm，最多的搅拌轴有8根（2×4，即一次成孔8个），最大的钻孔深度为70m（自水面向下算起）。
    1978年，国内开始研究并于年底制造出我国第一台SJB-1型双搅拌轴中心管输浆的搅拌机械，1980年初在上海软土地基加固工程中首次获得成功。1980年开发了单搅拌轴和叶片输浆型搅拌机，1981年开发了我国第一代深层水泥拌和船。该机双头拌和，叶片直径达1.2m，间距可自行调控，施工中各项参数可监控。1992年首次试制成搅拌斜桩的机械，最大加固深度达26m，最大斜度为19.6°。2002年为配合SMW工法上海又研制出两种三轴钻孔搅拌机（ZKD65-3型和ZKD85-3型），钻孔深度达27m～30m，钻孔直径为650mm～850mm。目前上海又研发了四轴深层搅拌机，搅拌成孔的直径为700mm，钻孔深度达25.2m，型钢插入深度24m，成墙厚度1.3m。
    目前国内部分水泥浆搅拌机的机械技术参数参见表1和表2。

表1 水泥浆搅拌机技术参数（1）

表2 水泥浆搅拌机技术参数（2）

    喷粉搅拌法（Dry Jet Mixing Method，简称DJM法）最早由瑞典人Kjeld Paus于1967年提出了使用石灰搅拌桩加固15m深度范围内软土地基的设想，并于1971年瑞典Linden-Ali Mat公司在现场制成第一根用石灰粉和软土搅拌成的桩。1974年获得粉喷技术专利。生产出的专用机械成桩直径500mm，加固深度15m。
    我国于1983年用DP100型汽车钻改装成国内第一台粉体喷射搅拌机，并使用石灰作为固化剂，应用于铁路涵洞加固。1986年使用水泥作为固化剂，应用于房屋建筑的软土地基加固。1987年研制成GPP-5型步履式粉喷机，成桩直径500mm，加固深度12.5m，其性能指标可参见表3。当前国内搅拌机械的成桩直径一般为500mm～700mm，深度可达15m。

表3 GPP-5型喷粉搅拌机技术性能

  近十多年来，在珠江三角洲、长江三角洲等沿海软土地基中，水泥土搅拌法被广泛应用，这些工程中有沪宁、沪杭、深广等高速公路工程，港口码头、防汛墙、水池等市政工程，以及建（构）筑物（如大型油罐）的软土地基加固等工程。
    存在流动地下水的饱和松散砂土中施工水泥土搅拌法，固化剂在尚未硬结时易被流动的地下水冲掉，加固效果受影响，施工质量较难控制。
    地基土的天然含水量小于30％时，喷粉搅拌法施工不能使水泥充分水化，影响加固效果。
    冬期施工时，应考虑负温对处理效果的影响。
6.1.2 搅拌桩用于特殊地基土及无工程经验的地区时，需采取针对性措施，以控制加固效果。因此，应通过现场试验（包括室内配比试验）确定其适用性。
    水泥与有机质土搅拌会阻碍水泥水化反应，影响水泥土的强度增长。在有机质地基土中采用水泥土搅拌法，宜采取提高水泥掺量，添加磷石膏（水泥中加磷石膏5％后可使水泥土强度提高2倍～4倍）等措施。
    当黏土的塑性指数（I_p）大于25时，施工中容易在搅拌头叶片上形成泥团，无法使固化剂与土拌和。在塑性指数（I_p）大于25的黏土地基土中采用搅拌桩，宜调整钻头叶片、喷浆系统和施工工艺等。
    地下水的pH值小于4时，水中的酸性物质与水泥发生反应，对水泥土具有结晶性侵蚀，会使水泥出现开裂、崩解而丧失强度，加固效果较差。在地下水的pH值小于4的地基土中采用水泥土搅拌法，宜采取掺加石灰，选用耐酸性水泥等措施。
6.1.3 近年来，搅拌桩与其他方法的联合应用得到了很大发展，如搅拌桩与刚性桩的联合应用（劲芯搅拌桩、刚-柔性桩复合地基、长-短桩复合地基等）。
    其中，针对高速公路建设特点提出了长板-短桩工法（简称D-M工法）（图11），该工法是由长的竖向排水体（砂井、袋装砂井、塑料排水板）、短的搅拌桩（浆喷桩、粉喷桩）和垫层组成。
    长板-短桩工法的提出是为了发挥预压排水固结法和水泥土搅拌桩法的自身优点，克服其处理深厚软基的不足。该工法的特点是将高速公路填土施工和预压的过程作为路基处理的过程，充分利用填土荷载加速路基沉降，以达到减小工后沉降的目的。该工法适用于填方路堤下（或存在预压荷载的地基，如油罐地基）软土层厚度大于10m的深厚淤泥、淤泥质土及冲填土等饱和黏性土的地基处理。特别适用于地表存在薄层硬壳层和深部软土存在连续薄砂层的地基。

（a）平面布置                                             （b）竖向剖面
图11 长板-短桩工法模式
1—塑料排水板；2—水泥土桩；3—填土路基；4—垫层；
5—软土层；6—复合层；7—固结层；8—未加固层；9—非软弱层

    在采用长板-短桩工法处理深厚软土地基时，根据长板与短桩的作用机理与特点，在地基剖面上可划分为：①水泥土搅拌桩复合地基层（简称复合层）；②预压排水固结层（简称固结层）；③未加固处理的原状软土层（简称未加固层）。
    长板-短桩工法处理软土路基的特点为：
    1 搅拌桩解决了浅部路基的稳定性。
    2 排水板解决了下卧层的排水固结。
    3 充分利用高速公路路堤的填土期作为预压期。
    4 对深厚软土长板和短桩的施工质量容易得到保证。
    5 可以协调桥头段和一般路段相邻之间的工后沉降速率。
    6 特别适用于深厚软土路基的处理。
    7 具有可观的经济效益。
6.1.4 对拟采用搅拌桩的工程，应搜集拟处理区域内详尽的岩土工程资料，包括：
    1 填土层的组成：特别是大块物质（石块和树根等）的尺寸和含量，大块石对搅拌桩施工速度有很大的影响，所以应清除大块石再施工。
    2 土的含水量：当固化剂配方相同时，其强度随土样天然含水量的降低而增大。试验表明，当土的含水量在50％～85％范围内变化时，含水量每降低10％，水泥土强度可提高30％。 
    3 有机质含量：有机质含量较高会阻碍水泥水化反应，影响水泥土的强度增长。故对有机质含量较高的明、暗浜填土及冲填土应予慎重考虑。为提高水泥土强度宜增加水泥掺入量、添加磷石膏。对生活垃圾的填土不应采用搅拌桩加固。
    4 水质分析：对地下水的pH值以及硫酸盐含量等进行分析，以判断对水泥侵蚀性的影响。
6.1.5 水泥土的强度随龄期的增长而增大，在龄期超过28d后，强度仍有明显增长，故对承重搅拌桩试块国内外都取90d龄期为标准龄期。从抗压强度试验得知，在其他条件相同时，不同龄期的水泥土抗压强度间关系大致如下：

f_cu7＝（0.47～0.63）f_cu28
f_cu14＝（0.62～0.80）f_cu28
f_cu60＝（1.15～1.46）f_cu28
f_cu90＝（1.43～1.80）f_cu28
f_cu90＝（2.37～3.73）f_cu7
f_cu60＝（1.73～2.82）f_cu14

    上述f_cu7、f_cu14、f_cu28、f_cu60、f_cu90分别为7d、14d、28d、60d、90d龄期的水泥土抗压强度。
    当龄期超过三个月后，水泥土强度增长缓慢。180d的水泥土强度为90d的1.25倍，而180d后水泥土强度增长仍未终止。