深层搅拌桩复合地基研究综述

摘要：深层搅拌桩作为一种加固地基的有效方法，可以较大地提高地基承载力，改善地基的变形特性，减少荷载作用下的总沉降和差异沉降。本文从深层搅拌桩复合地基的发展历史、荷载传递机理、桩土应力比、承载力以及变形等几个方面分析了深层搅拌桩的研究现状，并对今后的研究方向提出了见解。

关键词：深层搅拌桩桩土应力比承载力变形

Abstract: deep mixing piles as foundation reinforcement, can greatly improve the bearing capacity of foundation to improve the characteristics of the deformation of foundation, reducing the total settlement and differential settlement loads. From deep mixing pile composite history of the development of the foundation, load transfer mechanism of the aspects of the stress ratio of pile-soil bearing capacity and deformation analysis of deep mixing piles Research and insights on the direction of future research.Keywords: deformation of deep mixing pile soil stress than the carrying capacity

中图分类号：TU433文献标识码：A文章编码：

前言

深层搅拌桩是利用深层搅拌机械在软弱地基内，边钻进边往软土中喷射浆液或雾状粉体，同时借助于搅拌轴旋转搅拌，使喷入软土中的浆液(水泥浆、水泥砂浆)或粉体(水泥粉、干石灰粉)与软土充分拌合在一起，形成抗压强度比天然土高得多并具有整体性、水稳性的桩柱体，从而提高地基土强度和增大变形模量。深层搅拌桩复合地基是由若干根这类桩柱体和桩周土构成的复合地基，深层搅拌桩形成复合地基的主要目的是为了提高地基的承载力及改善地基的变形持性。深层搅拌技术是目前处理软弱地基的重要方法之一，适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、黏性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。与其它施工方法相比较，深层搅拌技术具有在地基加固过程中无振动、无噪音、无污染，对土无侧向挤压、对邻近建筑物影响很小、同时施工周期短、设计灵活、造价低廉等特点，因而在公路、铁路、水利、市政及建筑等工程建设中得到了迅速而广泛的应用。

2深层搅拌桩复合地基在国内外的发展

二次大战后美国首先开发出用水泥浆就地搅拌的桩，称MIP，直径为300-400mm，桩长10-12m。1953年日本清水建设株式社从美国引进了这种方法。1967年日本港湾研究所土工部参照MIP工法研制出石灰搅拌机械，1974年又成功研制出水泥搅拌工法，正式命名为CMC法，用于加固钢铁厂矿石堆场地基，加固深度可达32米。接着日本各大施工企业不断开发出类似的方法，如DCM法、DMIC法、DCCM法、DLM法和DIM法等。这些机械一般具有偶数个搅拌轴，每个搅拌轴上的叶片的直径可达1.8m，一次加固的最大深度已超过60m，这些机械普遍应用于大型矿石堆场地基、港工建设中的防洪堤、码头岸壁及高速公路高填方下的深厚软土地基的加固工程中。瑞典在1967年也提出类似的加固方法，1971年首先制成石灰搅拌桩，并于1972年用于斯德哥尔摩城郊的Hudding路堤的软基加固，接着用于深层基坑支护的加固，加固深度均能达到15m。随后，该技术推广至芬兰、挪威、荷兰等邻国，不久，新西兰、加纳等国将石灰桩法用于加固黄土和红土。东南亚的新加坡、马来西亚、印尼、泰国、香港自80年代初以来在深层搅拌技术方面相继开展了大量的应用研究。目前，深层搅拌法在日本、北欧和美国应用已非常广泛。

我国深层搅拌技术始于上世纪70年代，1977年冶金部建筑研究总院和交通部水运规划设计院对水泥土搅拌法进行了室内试验和机械研制工作，并于1978年底制造出国内第一台SJB-1型双搅拌轴中心管输浆的搅拌机械，加固深度可达30m。1980年初，该机械在上海宝钢三座卷管设备基础的软土地基加固工程中首次获得成功，同年由冶金部及建设局主持，通过了“饱和软黏土深层搅拌加固技术”鉴定。1983年初，铁道部第四勘测设计院开始进行粉体喷射搅拌法加固软土地基的试验研究，并研制出我国第一台液压步履式深层搅拌粉喷桩机。1984年7月在广东省云浮硫铁矿铁路专用线上成功应用石灰搅拌桩加固了箱涵的软土地基，1985年4月通过铁道部部级技术鉴定。1986年杭州地基基础工程公司使用水泥作为固化剂，应用于房屋建筑的软土地基加固。1987年铁道部第四勘测设计院和上海探矿机械厂制成GPP-5型步履式粉喷机，成桩直径500mm，加固深度12.5m。1991年浙江大学和浙江临海市一建机械施工处共同研制的DSJ-1型单轴深层搅拌机，桩径为400-700mm，最大加固深度为20-22m。1997年南京金陵石化公司采用单头直径700mm，长17-27m的超长水泥土搅拌桩进行5万m3油罐下的软土地基加固并获得成功。2002年上海探矿机械厂为配合土壤水泥墙工法-SMW工法而研究生产出两种三轴钻孔搅拌机ZKD65-3型和ZKD85-3型，钻孔深度达27-30m，钻孔直径650-850mm。目前在国内，深层搅拌技术已广泛应用于工业与民用建筑的地基加固、道路工程、港口工程、水利工程、基坑支护及防渗工程等，每年完成的工程量达数亿延米[1]。

3深层搅拌桩复合地基的研究现状

3.1 荷载传递机理研究

深层搅拌法中所使用的水泥土桩与钢筋混凝土桩有着本质的区别,水泥土桩本身具有一定的压缩性和非线性特征,使得它与刚性桩相比在侧摩阻力的发挥、应力的传递以及单桩受力和破坏机理方面存在一定的差异。到目前为止，已经有不少学者对深层搅拌桩复合地基的荷载传递机理进行了研究。马海龙等[2]对桩土间滑动采用刚塑性模型，运用弹性半空间无限体的Mindlin解答和浅基础的分层总和法分析了柔性桩的荷载传递规律，发现柔性桩的荷载传递深度受桩土相对刚度K的控制。袁文明等[3]对大型油罐下桩长为27m的水泥土桩的荷载传递规律进行了实测，其结果是桩侧摩阻力最大值发生在8-10m深度处，桩身轴力可以传递到桩底 25-27 m，比一般静载荷试验所得的传递深度要深。不过由于钢筋应力计的弹性模量远比水泥土大，测量时会使应力向钢筋集中，使结果偏离实际。段继伟等[4]用弹性模量较小的塑料管代替钢筋，在塑料管侧壁贴上应变片，做成类似钢筋计的“传感器”来测定水泥搅拌桩的桩身应力。研究结果显示，传到桩端的荷载占桩顶荷载的比例甚小，桩体的变形、轴力和侧摩阻力主要集中在临界桩长深度内。当外荷增大时，会使临界桩长深度内桩体的变形增大，但当深度大于临界桩长时，桩体变形、桩身轴力和侧摩阻力随外荷的增大变化均较小。宋修广等[5]通过现场足尺试验，测出了水泥粉喷桩的应力应变关系，推算出桩侧摩阻力和轴力变化曲线。结果表明，荷载沿桩身的传递有一定的范围，桩体的变形、应力、侧摩阻力主要集中在临界桩长范围内，而各量变化梯度在浅部较大。吴雄志[6]将克拉夫-邓肯模型作为传递函数，对水泥土桩荷载传递规律及临界桩长进行了研究，描述了桩周摩阻力的分布及发展规律，并详细讨论了临界桩长的确定标准及桩身弹性模量、外摩擦角、容许沉降量等因素对临界桩长的影响。郑刚[7]通过轴对称有限元-无穷元耦合分析，研究了水泥搅拌桩单桩、基础-单桩以及基础-砂垫层-单桩的荷载传递规律。分析结果表明，就沿桩身向下传递荷载的能力来说，水泥搅拌桩存在临界桩长，临界桩长随桩土模量比的增大而增大，在桩身上部桩土之间可以产生相对滑移，产生相对滑移的深度与桩土模量比有关。后来，郑刚等[8]又通过模型试验证明了水泥土-土接触面类似刚性桩的性质。结合轴对称有限元-无穷元耦合的分析结果表明，基础、桩长和垫层对水泥搅拌桩复合地基的荷载传递有较大影响。