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深层搅拌桩在软弱地基处理中的作用
导语：深层水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂，通过深层搅拌机械在地基将软土或沙等和固化剂强制拌和，使软基硬结而提高地基强度。
深层搅拌桩是软土地基处理中的一项新技术，具有安全可靠、经济实用的优点。本文讨论以水泥作固化剂的深层搅拌桩的加固机理，并结合工程实例进一步讨论搅拌桩的设计、施工及质量控制问题。因此，对今后深层搅拌桩工程的设计和施工具有一定的参考作用。本文主要以柱状搅拌桩加固型式为实例。
深层搅拌桩是利用深层搅拌机，沿深度方向将软土与固化剂(水泥浆或水泥粉、石灰粉，外加一定量的掺合剂)就地进行强制搅拌，使土体与固化剂发生物理化学反应，形成具有一定整体性和一定强度的加固体。这种地基处理技术适用于处理包括淤泥、淤泥质土、粉土、砂性土、泥炭土等各种成因的饱和软粘土，含水量较高且地基承载力标准值不大于120KPa的粘性土等地基。深层搅拌桩所用固化剂种类较多，有水泥类、石灰类、粉煤灰类、沥青类、泥浆类、化学材料类等，但最常用的仍然是水泥类，因其具有取材便利、适用土质范围广泛、加固后所形成的水泥土强度高、稳定性好等特点。与其他施工方法相比较，深层搅拌法具有施工工期短、无公害、成本低等特点，其在施工中无振动、无噪声、无地面隆起、不排污、不污染环境，对相邻建筑物不产生有害影响。深层搅拌法因其出色的工艺特点，被广泛应用于形成复合地基、支护结构、防渗帷幕等。
一、加固机理
深层搅拌加固原理是基于水泥加固土的物理化学反应过程。在水泥加固土中，由于水泥的掺量很小，仅占被加固土重的'5%～20%，水泥的水解和水化反应完全是在具有一定活性的介质———土的围绕下进行，硬凝速度缓慢且作用复杂。目前初步认为，水泥加固软土主要产生下列反应。
(一)水泥的水解和水化反应。水泥遇水后，颗粒表面的矿物很快与水发生水解和水化反应，生成氢氧化钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙与含水铁酸钙等化合物。其中前两种化合物迅速溶于水中，使水泥颗粒新表面重新暴露出来，再与水作用，这样周围水溶液就逐渐达到饱和。当溶液达到饱和后，水分子虽继续深入颗粒内部，但新生成物已不能再溶解，只能以细分散状态的胶体析出，悬浮于溶液，形成凝胶体。
(二)离子交换和团粒化作用。土体中含量最多的二氧化硅，遇水后形成硅酸胶体微粒，其表面带有钠离子Na+和钾离子K+，它们能和水泥水化生成的氢氧化钙中的钙离子Ca++进行当量离子交换，这种离子交换的结果，使大量的土颗粒形成较大的土团粒。
水泥水化后生成的凝胶粒子的比表面积，约是原水泥的比表面积的1000倍，因而产生很大的表面能，具有强烈的吸附活性，能使较大的土团粒进一步结合起来，形成水泥蜂窝结构，并封闭各土团之间的空间，形成坚硬的联体。
(三)硬凝反应。随着水泥水化反应的深入，溶液中析出大量的钙离子Ca++，当钙离子的数量超过上述离子交换的需要量后，则在碱性的环境中，使组成土矿物的二氧化硅及三氧化铝的一部分或大部分与钙离子进行化学反应，随着反应的深入，生成不溶于水的稳定结晶矿物，这种重新结合的化合物，在水中和空气中逐渐硬化，增大了土的强度，且由于水分子不易侵入，因而具有足够的稳定性。
二、工程概况
防城港市新建铁路调车场工程D3K0+954轨道衡基础(宽3.4米，长74.34米)和DK2+173箱涵的基础(宽5米，长30米)，均采用深层柱状搅拌桩进行地基处理，并且效果很好。本文以DK2+173箱涵为实例，该涵基底标高为1.5米。根据工程勘察地质资料，标高1.5米以下第一层为人工填土，厚度为3.0米。第二层为淤泥质的砂土，平均厚度为6.5米，天然含水量为52.3%，含砂量47.5%，标贯击数为2至3击，桩周土的平均摩阻力为9KPa，承载力标准值为70KPa，力学强度极差，是典型的软土地基。第三层为强风化砂岩，力学强度极好。
由工程勘察地质资料可以看出，箱涵的基础位于淤泥质砂土层，该层淤泥厚度大，含水量高且地基承载力标准值达不到设计要求，该层不能作为箱涵基础的持力层，良好的持力层应该是强风砂岩层。
地质报告建议采用灌注桩方案，但通过技术经济比较，采用深层搅拌桩复合地基方案替代灌注桩方案，对压缩层深度内进行加固处理，更为合理。深层搅拌桩是一种介于刚性桩与柔性桩之间柱，计算时考虑桩土的共同作用，就其设计理论而言，较灌注桩先进，且深搅桩的造价低于灌注桩，成桩快。因此采用深层搅拌桩复合地基具有明显的经济效益。
三、深层搅拌桩的设计
深层搅拌桩的加固形式有：柱(桩)状、壁状、块状。
本文以柱状搅拌桩加固地基，结合实例DK2+173箱涵地基处理，简单叙述深层搅拌桩的设计理论要求和一些原则。
(一)浆液配合比。根据土质分析即有机盐含量，可溶盐含量，以及水质分析即地下水的酸碱度(PH)值，硫酸盐含量。DK2+173箱涵搅拌基础处于吹砂填海的场地上，我们采用32.5普通硅酸盐水泥，再根据水泥土的抗压强度，参照室内配合比试验资料，选择水泥掺入比为加固土重的17%，并加入水泥重量的5%的粉煤灰和2%的石膏粉。
(二)桩长的确定。根据地质资料知：涵洞基底(标高1.5米)以下第一层人工填土厚为3.0m，第二层淤泥质砂土平均厚度为6.5m，第三层为强风化砂岩，因此选择桩长L=9.7m。
(三)单桩承载力pa和水泥土无侧限抗压强度qu计算
式中f———桩侧土的平均容许摩阻力(kPa);
Sa———搅拌桩周长(m);
a———桩截面积(m2);
k———水泥土强度安全系数，一般可取1.5;
式(2)中的2是搅拌桩承载力的安全系数。
本例中f=9kPa桩径D取0.6m，则
;软土路基处理技术探究
软土路基不能简单的只按路基条件确定，因填方形状及施工状况，有必要在充分研究填方及构造物的种类、形式、规模、路基特性的基础上，判断是否应按软土路基处理。下面是我为您整理的软土路基处理技术探究论文，希望能对您有所帮助。
摘要:近年来，在道路工程建设中软基处理问题也日益成为影响工程造价和道路施工质量的主要因素，并且越来越受到人们的关注。因此，对道理软土路基处理技术的研究也具有重大意义，本文首先对软土路基的概念及特性进行了说明，并详细探讨了几种软土路基常见的处理技术。
关键词:公路;软土路基;加筋土;水泥搅拌桩;排水固结
一、软土路基的概念及其特性
(一)软土路基的概念
主要有粘土和粉土等细微颗粒含量多的松软土、空隙大的有机质土、泥炭土以及松散砂等土层构成，他们的成员结构和形态虽然不同，但都有含水量大、压缩性高、强度低和透水性差的特点。软土路基不能简单的只按路基条件确定，因填方形状及施工状况，有必要在充分研究填方及构造物的种类、形式、规模、路基特性的基础上，判断是否应按软土路基处理。
在道路建设过程中，有些软土地基填筑过程中就因路基变形，无法定型铺筑路面;有的勉强铺出了路面，但软基变形，未待交工验收，路面就开始失稳;有时在运行中变形，不但要年年整治，耗费大量人力、物力和财力，而且影响行车安全，中断交通。在软土地基上修建道路，首先要进行加固处理;因此，加强对软基处理效果的研究，对于确保道路工程质量意义重大。
(二)软土路基的特性
我国各地不同成因的软土都具有近于相同的共性，主要表现为：1.天然含水量高，孔隙比大。含水量在34%～72%之间，空隙比在1.0～1.9之间，饱和度一般大于95%，液限一般为35%～62%，2.透水性差。大部分软土的渗透系数为10-8～10-7㎝/s。3.压缩性高。压缩系数0.005～0.02，属高压缩性土。4.抗剪强度低。我国软土天然不排水，抗剪强度小于20kpa，有效内摩擦角20～350。在荷载的作用下，如果软土路基能够排水固结，软土抗剪强度将产生显著变化。软土排水固结速度越快，则其强度改善效果越明显。5.具又能变性。一旦受到扰动，土的强度明显下降，甚至成流动状态。6.流变性显著。在剪应力的作用下，软土承受剪应力的作用产生缓慢了剪切变形，并可能导致抗剪强度的衰减，在固结沉降完成后，软土还可能产生可观的次结沉降。
二、公路工程软土路基的处理技术要点
(一)软土路基浅层的处理方法软土地基浅层处理是指对路床处理深度不超过5m，处理的方法主要包括加筋土法、强夯法、换填法和抛石挤淤法等，下面一一作详细阐述。
1.加筋土法。
加筋土法是将土工织物或者是土工栅格等植入地基土中，两者形成一个整体，增大压力扩散角，从而提高地基的承载能力，减少其沉降。加筋土法一般适用于回填土形成的路堤，适用于软土、砂土和粘性土。土工栅格通常可与砂垫层共同作为一层，通过这一层将堤身荷载传递到软土地基中去，这一层具有与路堤本身与软土地基不同的刚度，它既是路堤的柔性基础，又是软土固结时的排水面。通过这一垫层的处理后，地基变得均匀，施工速度快、路基中心最终沉降量比不铺土工合成的材料要小，路堤的侧向变形也将由于设置土工格栅而得以减小，能够较为迅速的达到提高地基承载力和稳定性的目的。
2.强夯法。
强夯法是使用起重设备，将大重量(80～300KN)和一定外形结构规格的夯锤起吊至某一高度(一般为6～30m)后，自由下落，给地基土以强大的冲击能量的夯击，是地基土产生强烈的震动和很高的动应力，将夯面以下一定深度地土层夯实，以增大地基的承载力和稳固性，降低压缩性的一种软土地基处理方法。由于夯击能力大，加固深度也大，对于一般的软土地基加固有着良好的效果。它是一种快速加固软基的方法，施工设备简单，施工工艺操作简单，不需要加固材料，费用低、周期短，适用土质范围广，加固效果显著，可取得较高的承载力，一般地基强度可提高2～5倍;变形沉降量小、压缩性可降低2～10倍;加固影响深度可达6～10m，土粒结合紧密，有较高的结构强度，是一种常用的软土地基处理方法。
3.清淤换填法。
这是最常用的.方法，这种方法是全部或部分挖去软弱土，用良好土换掉软土、淤泥土的方法。取材方便时尽量换填渗水性土，目的为保证填筑的稳定和减少沉降量。它适用于表层淤泥质、泥炭土、无硬壳、厚度不超过3m和地区排水施工的情况.开挖时深度在2m内，用人工或机械直接清除至路基范围以外堆放或运至取土坑还田;深度超过2m时，要由端部向中央分层挖除，并修筑临时便道，由汽车运载出坑;换填的深度要根据承载力确定。
4.抛石挤淤法。
在湖塘、河流或积水洼地、常年积水且不易抽干，软土厚度较薄，采用抛填片石，片石不宜小于30cm。抛填时，自中线向两侧展开，横坡陡于1：10时，自高向低展开抛填，使淤泥向两边挤出，片石抛出水面后应用小石块填塞垫平，以重型压路机碾压，其上铺反滤层，再进行填土。
(二)软土路基深层的处理技术
1.水泥搅拌桩加固。
(1)加固原理。水泥搅拌桩加固的基本原理是基于水泥加固土的物理化学反应过程，利用机械设备将水泥喷入待处理的道路软土路基内，并不断上下搅拌均匀，促使水泥与土发生水解和水化反应并形成凝胶体，最终形成一种稳定的结构整体，从而提高土地的整体强度，满足路基使用承载力的要求。
(2)加固方法。水泥搅拌桩根据施工方法可分为湿法和干法两种。湿法搅拌桩是利用水泥作为固化剂，通过机械进行持续的深层搅拌，在路基深处将软土和固化剂强力搅拌，形成有足够的强度的复合地基。水泥搅拌桩加固分为浆喷法和粉喷法，当土质的天然含水量大于30%，塑性指数大于10时，一般采取粉喷法。因为一般情况下，相同的搅拌时间内，粉喷法比浆喷法处理的软基强度要高，但是浆喷法施工便利，容易控制施工质量。
(3)施工中应注意的问题。水泥搅拌桩必须根据试验确定的技术参数进行施工，施工应控制钻机下钻深度、喷粉高程以及停灰面以确保搅拌桩有足够的长度。在喷粉接桩时，须保证喷粉重叠长度大于1m。搅拌桩施工时，水泥的泵送过程必须连续，固化剂的用量误差应控制在1%之内。完成搅拌施工后，将钻头提离地面，开启空压机清除管道及喷咀中的残余粉体和附着泥土，然后桩机移向下一桩位。
2.排水固结法
在软土地基上加压并配合内部排水，加速软土地基的排水，加快软土基固结的处理方法称为排水固结法。适用于处理各类淤泥、淤泥质粘土及充填等饱和黏性土地基，主要有以下几种加固方法：
(1)加载预压法和超载预压法，该方法是一处理软黏土、粉土、有机质沉淀物和杂填土，简易可行、效果显著，有成熟理论，处理土质较均匀;但需要时间长，且需搬运大量土石方。
(2)砂井(各种塑料排水板)：该方法适用于无机质软粘土，该方法有成熟的设计和施工经验及计算理论，常和加载预压结合，效果可行，但是施工和预压需数月时间。
(3)真空预压法：适用于处理软黏土，可避免搬运土石方的麻烦，但预压力有限，处理深度不大。
3.高压喷射注浆法。
高压喷射注浆法是将带有特殊喷嘴的注浆管置于土层预定深度，以高压喷射流使固化浆液与土体混合，凝固硬化加固地基土体的方法。它适用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石土等地基。高压喷射注浆法在意大利、日本和联邦德国得到较快的发展，意大利和Radio公司还开发了可同时在钻进中检测地层土质、机器控制和自动调节设计浆量并收集反馈信息的机械，国内也很重视并已进行过一些探索性试验。
参考文献
[1]许志军.软土地基和预压法地基处理[M].北京机械工业出版社，2010.
[2]韩莹莹.软土地基处理方法综述及其应用[J].中国水运，2012.5.
[3]张晓青.浅谈几种软土地基处理方法[J].计算机建筑2014.6.
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