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第五章 深层搅拌法

第一节 概述

深层搅拌法是运用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，在地层深处，边钻进边喷射固化剂，经钻头旋转搅拌，使喷入土层中的固化剂与土体充足拌合在一起，形成抗压强度比天然土体强度高，并具有整体性和抗水性的桩柱体。搅拌桩柱体和桩周边土体可构成复合地基，也可相割搭接排成一列，形成连续墙体，还可相割搭接成多排墙。在水利水电工程中，深层搅拌法重要用于在水工建筑物地基中形成复合地基 、在堤坝及其地基中形成连续的防渗墙。
深层搅拌形成的桩体的直径一般为200 mm～800 mm，形成的连续墙的厚度一般为120 mm～300 mm。加固深度一般大于5.0m，国内最大加固深度已达27m，国外最大加固深度可达60m。
1 发展历史
深层搅拌法分为石灰系搅拌法和水泥系搅拌法。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实验研究，并于1984年7月在广东省用于加固软土地基。水泥系深层搅拌法于20世纪50年代初始于美国， 1974年日本开发研制成功水泥搅拌固化法（CMC），用于加固堆场地基，深度达32m。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月开始进行水泥系搅拌法的室内实验和机械研制工作，于1978年末制造出第一台深层搅拌桩机及其配套设备，1980年初次在上海应用并获得成功。水利工程中的应用始于1995年，最初重要是闸基、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。为了减少造价，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

编写：刘保平、刘勇、万隆
审稿：
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2023年上半年，应用在长江堤防上的截渗墙面积就达98万m2。
2 深层搅拌的分类
（1）按使用水泥的不同物理状态，分为浆体和粉体深层搅拌桩两类。我国以水泥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。
本章重要叙述以水泥浆为固化剂的非加筋深层搅拌桩和防渗墙的施工，在施工中使用单头、双头和多头搅拌桩机。
3 加固原理
3. 1水泥土的固化机理
土体中喷入水泥浆再经搅拌拌和后，水泥和土有以下物理化学反映：(1)水泥的水解和水化反映；(2)离子互换与团粒化反映；(3)硬凝反映；(4)碳酸化反映。水化反映减少了软土中的含水量，增长颗粒之间的粘结力；离子互换与团粒化作用可以形成坚固的联合体；硬凝反映又能增长水泥土的强度和足够的水稳定性；碳酸化反映还能进一步提高水泥土的强度。
在水泥土浆被搅拌达成流态的情况下，若保持孔口微微翻浆，则可形成密实的水泥土桩，并且水泥土浆在自重作用下可渗透填充被加固土体周边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。
3. 2 物理力学特性
3.2.1无侧限抗压强度
一般来说，水泥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。水泥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，又可节约水泥用量。
（2）龄期。水泥土的抗压强度随其加固龄期而增长。我国《建筑地基解决技术规范》（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的水泥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）水泥掺入比。水泥掺入比通常指水泥掺入重量与被加固土天然湿容重的比（％）。
在实际应用中，当水泥掺入比小于７％时，加固效果往往不能满足工程规定，而当掺入比大于１５％时，加固费用偏高。因此，我国《建筑地基解决技术规范》（JGJ79-91）规定水泥的掺入比以７％～１５％为宜。对含水率大于１００％的土及孔隙率较大的杂填土，常采用较高的水泥掺入比。
3.2.2抗剪强度
水泥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200～300之间，抗剪强度相称于（0.2～0.3）qu。
3.2.3变形特性
水泥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）的实验结果是：当qu<1.5 Mpa时，Ε50＝（75～200 ）qu；当qu>1.5 Mpa时，Ε50＝（200～ 1000 ）qu；上述式中Ε50指水泥土加固50天后的变形模量。
3.2.4渗透系数
水泥土的渗透系数k随着加固龄期的增长和水泥掺入比的增长而减小，对于 k>10-5cm/s的软土用10 ％的水泥加固一个月之后，一般地说，k值可减小到10-6cm/s以下，当水泥掺入比由10％增长至20％时，k值可进一步减小至10-7cm/s以下。
4 合用范围
4.1 合用土质
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<７）及地下水有侵蚀性时，宜通过实验拟定其合用性。本地表杂填土厚度大且含直径大于１００mm的石块或其他障碍物时，应将其清除后，再进行深层搅拌。
4.2 合用工程
深层搅拌法由于对地基具有加固、支承、支挡、止水等多种功能，用途十分广泛，例如：加固软土地基，以形成复合地基而支承水工建筑物、结构物基础；作为泵站、水闸等的深基坑和地下管道沟槽开挖的围护结构，同时还可作为止水帷幕；当在搅拌桩中插入型钢作为围护结构时，开挖深度可加大；稳定边坡、河岸、桥台或高填方路堤，作为堤坝防渗墙等。
此外，由于搅拌桩施工时无震动、无噪音、无污染、一般不引起土体隆起或侧面挤出，故对环境的适应性强。

第二节 施工机具

目前国内常用的深层搅拌桩机分动力头式及转盘式两大类。转盘式深层搅拌桩机多采用大口径转盘，配置步履式底盘，主机安装在底盘上，安有链轮、链条加压装置。其重要优点是：重心低、比较稳定，钻进及提高速度易于控制。动力头式深层搅拌桩机可采用液压马达或机械式电动机——减速器。这类搅拌桩机主电机悬吊在架子上，重心高，必须配有足够重量的底盘，另一方面，由于主电机与搅拌钻具连成一体，重量较大，因此可以不必配置加压装置。
1 动力头式深层搅拌桩机
国内已经开发出动力头式单头和双头深层搅拌桩机，重要用于施工复合地基中的水泥土桩。
1．1 单头深层搅拌桩机
1.1.1重要机具组成及作用
（1）动力头。由电动机、减速器组成，重要为搅拌提供动力；
（2）滑轮组。重要由卷扬机、顶部滑轮组组成，使搅拌装置下沉或上提；
（3）搅拌轴。由法兰及优质无缝钢管制成，其上端与减速器输出轴相连，下端与搅拌头相接，以传递扭矩；
（4）搅拌钻头。采用带硬质合金齿的二叶片式搅拌头，搅拌叶片直径500mm～700mm；为防止施工时软土涌入输浆管，在输浆口设立单向球阀；当搅拌下沉时，球受水或土的上托力作用而堵住输浆管口；提管时，它被水泥浆推开，起到单向阀门的作用；
（5）钻架。由钻塔、付腿、起落挑杆组成，起支承和起落搅拌装置的作用。
（6）底车架。由底盘、轨道、枕木组成，起行走的作用。
（7）操作系统。由操作台、配电箱组成，是主机的操作系统。
（8）制浆系统。由挤压泵、集料斗、灰浆搅拌机、输浆管组成，重要作用是为主机提供水泥浆；
1.1.2 机械示意图
DJB-14D型深层搅拌桩机配套机械示意图见图5-2-1。单头深层搅拌装置示意图见图5-2-2。

图5-2-1 单头深层搅拌桩机配套机械示意图
1-顶部滑轮组；2-动力头；3-钻塔；4-搅拌轴；5-搅拌钻头；6-枕木；7-底盘；
8-起落挑杆；9-轨道；10-挤压泵；11-集料斗；12-灰浆搅拌机；13-操作台；
14-配电箱；15-卷扬机；16-付腿；

图5-2-2动力头式单头深层搅拌装置示意图
1-电缆接头；2-进浆口；3-电动机；4-搅拌轴；5-搅拌头。

1.1.3重要技术参数
重要技术参数见表5-2-1。

表5-2-1 单头深层搅拌机械技术参数表
机型
GZB－600
DJB－14D
搅拌装置
搅拌轴数量(根)
1
1
搅拌叶片外径(mm)
600
500
搅拌轴转数(r/min)
50
60
电机功率(kW )
2×30
1×22
起吊设备
提高能力(kN)
150
50
提高高度(m)
14
19.5
提高速度(m/min)
0.6～1.0
0.95～1.20
接地压力(kPa)
60
40
制浆系统
灰浆拌制台数×容量（L）
2×500
2×200
灰浆泵量(L/min)
281(AP-15-B)
33(UBJ2)
灰浆泵工作压力(kPa)
1400
1500
生
一次加固桩面积(m2)
0.283
0.196
产能力
最大加固深度(m)
15.0
19.0
效率(m/台班)
60
100
总重量（t）
12
4

1.2 双头深层搅拌桩机
1.2.1机具组成和作用
双头深层搅拌桩机是在动力头式单头深层搅拌桩机基础上改善而成，其搅拌装置比单头搅拌桩机多了一个搅拌轴，可以一次施工两根桩。其它组成和作用同动力头式单头深层搅拌桩机。
1.2.2机械示意图
双头深层搅拌桩机配套机械示意图见图5-2-1。SJB-1型双头深层搅拌桩机的搅拌装置见图 5-2-3。
1.2.3重要技术参数
重要技术参数见表5-2-2。

图 5-2-3 双轴深层搅拌桩机搅拌装置图
1-输浆管；2-外壳；3-出水口；4-进水口；5-电动机；6-导向滑块；7-减速器；
8-中心管；9-搅拌轴；10-横向系板；11-球形阀；12-搅拌头。

表5-2-2 双头深层搅拌机械技术参数表
机型
SJB－30
SJB－40
SJB－1
搅拌装置
搅拌轴数量(根)
2
2
2
搅拌叶片外径(mm)
700
700
700～800
搅拌轴转数(r/min)
43
43
46
电机功率(kW )
2×30
2×40
2×30
起吊设备
提高能力(kN)
>100
>100
>100
提高高度(m)
>14
>14
>14
提高速度(m/min)
0.2～1.0
0.2～1.0
0.2～1.0
接地压力(kPa)
60
60
60
制浆系统
灰浆拌制台数×容量（L）
2×200
2×200
2×200
HB6-3灰浆泵量(L/min)
50
50
50
灰浆泵工作压力(kPa)
1500
1500
1500
生
一次加固桩面积(m2)
0.71
0.71
0.71～0.88
产能力
最大加固深度(m)
12.0
18.0
15.0
效率(m/台班)
40～50
40～50
40～50
重量（不涉及起吊设备）（t）
4.5
4.7
4.5

2 转盘式深层搅拌桩机
国内已经开发出转盘式单头和多头（三头、四头、五头和六头）深层搅拌桩机。单头深层搅拌桩机重要用于施工复合地基中的水泥土桩，多头深层搅拌桩机重要用于施工水泥土防渗墙。
2.1 转盘式单头深层搅拌桩机
2.1.1机具组成和作用
(1)步履机构。由支承底盘，上、下底架及滑枕组成。上底架装有4只伸缩支腿，可以横向拉伸，扩大底面积，增长整机稳定性。上、下底架之间可以纵向移动，横向步履与下底架相连,可以左右相对滑动。桩机通过滑枕及上、下底架之间的互相运动实现整机移位。
(2)动力机构。重要指主电动机，功率37kW或45kW。
(3)传动机构。由变速箱、蜗杆箱、传输带、链轮、链条等组成。它是桩机运营过程的动力传送系统，实现钻头的正反方向转动。
(4)操作机构。是操作指令发送机构，在操作台上，由液压操纵台、主机操纵台、离合器和操纵手柄等组成，通过它实现制桩过程。
(5)机架。安装有异向加减压机构，由上下链轮、同步轴、链条、钻具组成。通过链条输入动力，实现钻具上下起落。
(6)钻进机构。它涉及钻杆和钻头，可通过空心钻杆向土层中喷浆。钻头为叶片式，通过起落钻杆进行钻孔，一般成孔直径为500mm。
2.1.2机械示意图
图5-2-4是GPP型转盘式深层搅拌桩机示意。
2.1.3重要技术参数
重要技术参数数见表5-2-3。
表5-2-3 单头深层搅拌机械技术参数表
机型
GPP－5
PH－5A
PH－5B
搅拌装置
搅拌轴规格(mm)
108×108
108×108
114×114
搅拌叶片外径(mm)
500
500
500
搅拌轴转数(r/min) （正）
（反）
28、50、92
28、50、92
7、12、21、35、40
8.5、14、25、40、60
7、12、21、35、40
8.5、14、25、40、60
最大扭矩(kN．m)
8.6
18
22
电机功率(kW )
30
37
45
起吊设备
提高能力(kN)
78.4
78.4
78.4
提高高度(m)
14
15.5
20
速度(m/min) （下沉正）
（提高反）
0.48、0.8、1.47
0.48、0.8、1.47
0.2、0.4、0.6、1、1.5
0.2、0.3、0.5、1、1.2
0.2、0.4、0.6、1、1.5
0.2、0.3、0.5、1、1.2
接地压力(kPa)
34
31
30
制浆系统
灰浆拌制台数×容量（L）
2×200
2×200
2×200
HB6-3灰浆泵量(L/min)
50
50
50
灰浆泵工作压力(kPa)
1500
1500
1500
生
一次加固桩面积(m2)
0.196
0.196
0.196
产能力
最大加固深度(m)
12.5
14.5
18.0
效率(m/台班)
100～150
100～150
100～150
重量（t）
9.2
9.5
12.5

图5-2-4 转盘式单头深层搅拌桩机示意图
1-支承底盘；2-滑枕；3-钻头；4-转盘；5-A字门；6-立架；7-钻杆；8-高压软管；9-水龙；
10-单排链条；11-斜撑杆；12-深度计；13-立架支承油缸；14-蜗杆箱；15-液压油箱；16-变速箱；17-液压操纵台；18-主机操纵台；19-摩擦式离合器和手柄；20-牙嵌离合器手柄；21-主电动机；
22-主电气柜；23-立架倒下支承架。

2.2转盘式BJS型多头深层搅拌桩机
BJS型多头深层搅拌桩机为三钻头小直径深层搅拌桩机，钻头直径为200mm～450mm。重要用于江河堤坝截渗工程和其它水利水电防渗工程。
2.2.1机具组成和作用
(1)水龙头。水泥浆经水龙头进入钻杆；
(2)立架。支承钻杆上下作业；
(3)钻杆。用于钻进和浆液通道 ；
(4)转盘。带动钻杆转动；
(5)推动链条。带动钻杆同步上下运动；
(6)上下车架。上车架支承主机上的所有部件；下车架：通过液压装置可使上下底架之间作前后左右的相对运动；
(7)滑枕及滚轮。滑枕通过液压装置可使上下底架左右运动；滚轮可使上下底盘滚动；
(8)高压输浆管。输送水泥浆；
(9) 支腿。由支腿油缸及鞋盘组成。通过操作油缸保持主机水平；鞋盘用于支承主机；
(10)钻头。起钻进搅拌作用；
(11)横梁。连接水龙头及钻杆，与它们同步上下运动；
(12)传动系统。电机、离合器、联轴节、减速箱、传动轴使转盘运动；
(13)操作台。发送操作指令。
2.2.2 机械示意图
主机示意图见图5-2-5。

图5-2-5 BJS型多头小直径深层搅拌桩机示意图
1- 水龙头；2-立架；3-钻杆；4-主变速箱；5-稳定杆；6-离合操纵；7-操作台；8-上车架；
9-下车架；10-电动机；11-支腿；12-电控柜；

2.2.3 重要技术参数
重要技术参数见表5-2-4。
表5-2-4 BJS型深层搅拌机械技术参数表
机型
BJS-12.5B
BJS-15B
BJS-18B
搅拌装置
搅拌轴规格(mm)
108×108
114×114
120×120
搅拌轴数量（个）
3
3
3
搅拌叶片外径(mm)
200～300
200～400
200～450
搅拌轴转数(r/min) （正反）
20、34、59、95
20、34、59、95
20、34、59、95
最大扭矩(kN．m)
18
21
25
电机功率(kW )
45
55
60
起吊设备
提高能力(kN)
105
115
155
提高高度(m)
14
17
20
升降速度(m/min)
0.32～1.55
0.32～1.55
0.32～1.55
接地压力(kPa)
40
40
40
制浆系统
制浆机容量（L）
300
300
300
储浆罐容量（L）
800
800
800
BW150灰浆泵量(L/min)
11～50
11～50
11～50
灰浆泵工作压力(kPa)
1000～2023
1000～2023
1000～2023
生
产能力
加固一单元墙长(m)
1.35
1.35
1.35
最大加固深度(m)
12.5
15
18.0
效率(m2/台班)
100～150
100～150
100～150
重量（t）
14.8
16.5
19.5

2.3 转盘式ZCJ型多头深层搅拌桩机
ZCJ型多头深层搅拌桩机一机有3～6头，一个工艺流程可形成一个单元防渗墙。钻杆间中心距为30cm，钻杆之间带有连锁装置，解决了BJS型桩机在较大施工深度时也许产生的搭接错位问题。
2.3.1机具组成和作用
(1)水龙头。水泥浆经水龙头进入钻杆；
(2)滑板。沿着桅杆两侧的滑道带动钻杆上升、下降；
(3)立柱。提高机构的支撑点，两侧为滑板组的滑道；
(4)钻杆。用于钻进和浆液通道 ；
(5)液压马达。升降钢丝绳组；
(6)深度仪标尺。每格间距0.1m，钻杆上升、下降，升降度量仪自动积累；
(7)支腿油缸。桩机的四只支腿伸缩；
(8)上下车架 。上底盘支承主机上的所有部件；下底盘：通过液压装置可使上下底架之间作前后左右的相对运动；
(9)钻杆连锁器。钻杆之间的约束装置，作业时能保证墙体搭接，防止桩位之间分叉；
(10)钻头。分左旋和右旋钻头，起钻进搅拌作用；
(11)操作台。电器系统、液压系统的操作手柄均布在操作台上，可发送操作指令；
(12)垂直度及深度显示器。反映桩机的水平情况，桩机工作时的钻深，并有桩机倾斜时安全保护报警功能；
(13)测斜仪。监测桩机塔架的垂直度。
2.3.2 机械设备示意图
机械设备示意图见图 5-2-6。
2.3.3机械设备重要技术参数
机械设备重要技术参数见表5-2-5。

表5-2-5 ZCJ型深层搅拌机械技术参数表
机型
ZCJ-17
ZCJ-22
ZCJ-25
搅拌装置
搅拌轴规格(mm)
114×114
114×114
120×120
搅拌轴数量（个）
6
4
3～5
搅拌叶片外径(mm)
300～420
300～420
300～450
搅拌轴转数(r/min) （正反）
40
40
24、44、71
最大扭矩(kN．m)
18
21
44
电机功率(kW )
2×45
2×55
2×55
起吊设备
提高能力(kN)
150
200
200
提高高度(m)
19
24
28
升降速度(m/min)
0.0～1.2
0.0～1.2
0.3～1.5
接地压力(kPa)
40
40
67
制浆系统
制浆机容量（L）
300
400
400
储浆罐容量（L）
800
1000
1200
2×BW150灰浆泵量(L/min)
22～100
22～100
22～100
灰浆泵工作压力(kPa)
1000～2023
1000～2023
1000～2023
生
产能力
加固一单元墙长(m)
1.8
1.2
0.96～1.6
最大加固深度(m)
17
22
25
效率(m2/台班)
150～250
120～200
150～200
重量（t）
30
33
39

图 5-2-6 ZCJ型深层搅拌桩机示意图
1-水龙头；2-滑板；3-立柱；4-钻杆；5-电机；6-液压马达；7-支腿；8-上车架；9-下车架；
10-连锁器；11-钻头；12-滑枕；13-配电柜；14-操作台；15-稳定杆；16-测斜仪。
3 其它深层搅拌施工机械
近年来我国又从日本引进了ＳＭＷ工法（soil mixing wall第一个字母）。该工法是运用装有三轴搅拌钻头的ＳＭＷ钻机，在地层中连续建造水泥土墙，并在墙内插入芯材（通常为H型钢），形成抗弯能力强、刚性大、防渗性能好的挡土墙的工法。ＳＭＷ工法是由日本发明，设备配有较先进的质量检测系统，其钻头直径为550mm~850mm，最大施工深度可达65m，设备造价及成墙造价均很高。图 5-2-7是我国从日本引进的ＳＭＷ工法三轴深层搅拌桩机的外貌、轮廊尺寸钻杆形状。该工法在我国上海、广州及南京等地已用于地铁挡土防渗墙，水利工程尚未应用。
机械设备重要技术参数见表5-2-6。

表5-2-6机械设备重要技术参数见表
机型
JZL－90A
搅拌装置
搅拌轴直径(mm)
120
搅拌轴数量（个）
3
搅拌叶片外径(mm)
550～850
搅拌轴转数(r/min)
40
最大扭矩(kN．m)
18
电机功率(kW )
2×45
起吊设备
提高能力(t)
40
提高高度(m)
28
升降速度(m/min)
0.0～2.5
接地压力(kPa)
40
生产能力
加固一单元墙长(m)
1.5～1.8
最大加固深度(m)
30
效率(m2/台班)
100～150
重量（t）
50

图5-2-7 ＳＭＷ工法三轴深层搅拌桩机
1-减速机；2-多轴装置；3-连结装置；4-搅拌轴；5-限位装置；6-螺旋钻头；

第三节 施工准备

1 施工技术资料
1．1 施工前应收集的资料
（1）地质条件。地基分层、土的物理力学指标、软土分布范围和厚度变化情况、地下障碍物等；
（2）土质分析。从土的重要成份和有机质含量，判断水泥加固地基土效果。可在加固的土样中加入氢氧化钠溶液，抽出浸后液体观测土样，其颜色越深，则加固效果越差；
（3）水质。对拟加固场地地下水的酸碱度(pH值)、硫酸盐含量、侵蚀性二氧化碳等指标进行分析，以判断对水泥侵蚀性影响；
（4）其它资料。工程建设项目文献、设计文献、施工平面布置图、相关的结构设计图等。
1．2 水泥土配合比室内实验
（1）实验项目。水泥浆液性能实验的项目为：密度、粘度、稳定性、初凝时间。水泥土凝固体的力学性能实验项目为：抗压强度、渗透系数、渗透破坏比降。
浆液性能实验按常规的方法进行。目前我国尚无水泥土的规范性的实验方法，所以对水泥土的力学性能实验，常借助混凝土的实验方法进行。
（2）水泥掺入量。水泥掺入量可按式5-3-1计算。

(5-3-1)
式中αww —— 水泥掺入比;
r—— 天然土体的湿容重，t / m3；
v—— 平均加固（搅拌）l m3土所需要的水泥掺入量，t。
水泥掺入量决定了水泥土的破坏比降、抗压强度、变形模量，对渗透系数也有较大影响。土层中水泥掺入量取决于天然土体性质（孔隙率、土层类别、含水量等）和施工机械的性能。一般来说，工程实践经验表白：在粘性土中可取8%～12%（土层中有孔洞或极松散的土体除外）；砂性土中可取10%～18%，最大可达20%。
（3）水泥浆的水灰比。水泥浆的水灰比与被加固土体的含水量、性能、机械的搅拌能力和输浆情况等有关。实验表白，水泥土的性能不仅取决于水泥掺入量，还取决于被加固土体的可搅拌性，即使水泥掺入量大，但未搅拌均匀，水泥土力学指标也不抱负。因此水泥土搅拌均匀十分重要，而水灰比对水泥土的均匀性起着重要作用。在水利水电工程复合地基加固中，一般取水灰比0.5～1.2，防渗工程中一般取1.0～2.0。室内实验时可参考以往工程经验拟定，实际施工时可根据设计规定的水泥掺入比，经现场试桩拟定。
（4）外掺剂。一般情况下施工不需要外掺剂。若设计作出规定，施工单位应根据规定采用外掺剂的品种和掺入比。若设计未作出规定，而工程施工需要，施工单位可根据土的颗粒组成、pH值，有机质含量，液限和塑限，现场施工条件（例如水泥浆制备后送至灰浆泵的距离远近等）以及气温高低等情况作适当考虑。
（5）试块制备。在工程场地内选定若干钻孔，连续取原状土样，封装于双层厚塑料袋内，以供拌制试块。试块制作方法：先按预定配合比称量土、水泥、外掺剂和水，用手工拌和10min至均匀，将拌和物（即加固土）装入试模（尺寸70.7mm×70.7mm×70.7mm）一半体积，放在振动台上振动1min，再装满另一半振动1min，至装满将表面刮平，用塑料布覆盖即成。试块经1d～2d可拆模，然后将其置于温度为20℃±2℃、湿度大于90%的养护室养护。试块的数量由所需养护龄期和固化剂（水泥）的掺入比决定。养护龄期通常分为7d、28d和90d三期，固化剂的掺入比可根据土的天然含水量和以往工程经验，拟定几个档次。然后，按不同的养护期和不同掺入比进行排列组合，拟定试块数量。
（6）资料分析及配合比的拟定。不同龄期的试块分别进行力学性能实验后，将实验结果绘成图表，再经分析对比，选定最佳的水泥土配合比，作为工艺实验和施工的重要依据。
1.3 施工组织设计
施工组织设计内容：
（1）工程概况；
（2）施工准备（材料供应、供电、供水）；
（3）施工布置；
（4）施工设备（设备型号和数量、技术性能、台时生产率等）；
（5）施工方法（水泥的掺入比、水泥土配合比、水泥浆的制备、施工工艺措施等）；
（6）质量检查措施和质量管理体系；
（7）安全文明生产和事故解决；
（8）工程进度计划；
（9）组织管理体系；
（10）其它。
2 施工现场准备工作
2. 1场地平整与布置
在机械设备进场前应平整场地。当场地表层较硬需注水预搅施工时，应在四周开挖排水沟，并设集水井，其位置以不影响深层搅拌桩机施工为原则。排水沟和集水井应经常清除沉淀杂物，保持水流畅通。
当场地过软不利于深层搅拌桩机行走或移动时，应铺设粗砂或细石垫层。灰浆制备工作棚位置宜使灰浆的水平泵送距离控制在50m以内。
2. 2施工备料
深层搅拌用的固化剂重要材料为水泥，应按设计规定选用水泥的品种和强度等级，并在使用水泥前按每批次取样检查。一般应做水泥强度（３d、7d）、水泥体积的安定性等实验。水利水电工程常用等级32.5普通硅酸盐水泥。搅拌水泥浆液所用的水应符合水工混凝土拌合用水的标准。
2. 3 机械安装及调试
(1)机具组装。涉及深层搅拌桩机等机械的组装和就位；水泥浆液制备系统安装；管线连接，用压力胶管连接灰浆泵出口与深层搅拌桩机的输浆管进口。
(2)试运转。机械在试运转时应注意下列事项：
1）电压应保持在额定工作电压范围内，电机工作电流不得超过额定值；
2）调整搅拌轴旋转速度；
3）输送浆液管路和供水水路通畅；
4）各种仪表应能对的显示，检测数据准确。
2. 4 施工放样
(1)准拟定出各搅拌桩桩位中心，打木桩作出标记。
(2)水泥土防渗墙施工时，从零点桩号开始，沿施工前进方向每50m拉线放样一次，用拉线标定施工方向，并用定位标尺标定桩位。
3 工艺实验
在工程大面积施工开始前，应进行深层搅拌工艺实验。工艺实验的目的是验证并拟定设计提出的施工技术参数和规定。它们涉及：
（1）搅拌桩机钻进深度，桩底标高，桩顶水泥浆停浆面标高；
（2）水泥浆液的水灰比，外掺剂的配方；
（3）搅拌桩机的转速和提高速度；
（4）浆泵的压力；
（5）输浆量及每米输浆量变化，水泥浆经浆管到达喷浆口的时间；
（6）是否需要冲水或注水下沉，是否需要复搅复喷及其部位、深度等等。

第四节 深层搅拌施工

1 复合地基深层搅拌桩
深层搅拌桩重要用于建筑物的地基加固，在水工建筑物中，如泵站、水闸、坝基等。一般来说，桩径为500～800mm，加固深度为5～18m，复合地基承载力可提高1～2倍。可根据需要把桩排成梅花形、正方形、条形、箱形等多种形式，可不受置换率的限制。
1.1 工艺流程
工艺流程：搅拌桩机就位→钻进喷浆到孔底→提高喷浆搅拌→反复钻进搅拌→反复提高复搅→成桩完毕，如图5-5-1所示。工艺流程说明如下：
(1)设备安装就位；
(2)搅拌桩机纵向移动，调平主机，钻头对准孔位；
(3)启动搅拌桩机，钻头正向旋转，实行钻进作业；为了防止堵塞钻头上的喷射口，钻进过程中适当喷浆,同时可减小负载扭矩，保证顺利钻进；
(4)喷浆搅拌。在启动搅拌桩机向下旋转钻进的同时，开动灰浆泵，连续喷入水泥浆液。钻进速度、旋转速度、喷浆压力、喷浆量应根据工艺实验时拟定的参数操作。钻进喷浆成桩到设计桩长或层位后，原地喷浆半分钟，再反转匀速提高；
(5)提高喷浆搅拌。搅拌头自桩底反转匀速搅拌提高直到地面，并喷浆；
(7)反复钻进搅拌。若设计规定复搅，则按上述（4）操作规定进行；
(8)反复搅拌提高。若设计规定复搅，按上述（5）操作环节进行；
(9)当钻头提高至高出设计桩顶30cm时，停止喷浆，形成水泥土桩柱，将钻头提出地面；
(10)成桩完毕。开动浆泵，清洗管路中残存的水泥浆，移机至另一桩施工。
1.2 施工参数
施工参数可参见表5-4-1。

图5-4-1用动力头式深层搅拌桩机施工搅拌桩流程图
a-桩机就位;b-喷浆钻进搅拌;c-喷浆提高搅拌;
d-反复喷浆钻进搅拌;e-反复喷浆提高搅拌;f-成桩完毕。
表5-4-1 　复合地基施工参数参考表
项目
参数
备注
水灰比
0.5～1.2
土层天然含水量多取小值，否则取大值。
供浆压力（Mpa）
0.3～1.0
根据供浆量及施工深度拟定。
供浆量（l/min）
20～50
与提高搅拌速度协调。
钻进速度（m/min）
0.3～0.8
根据地层情况拟定。
提高速度（m/min）
0.6～1.0
与搅拌速度及供浆量协调。
搅拌轴转速(r/min)
30～60
与提高速度协调。
垂直度偏差（%）
<1.0
指施工时机架垂直度偏差。
桩位对中偏差（m）
<0.01
指施工时桩机对中的偏差。

1.3 施工中注意的事项
在复合地基深层搅拌施工中应注意以下事项：
（1）拌制好的水泥浆液不得发生离析，存放时间不应过长。当气温在10℃以下时，不宜超过5h；当气温在10℃以上时，不宜超过3h；浆液存放时间超过有效时间时，应按废浆解决；存放时应控制浆体温度在5℃～40℃范围内。
（2）搅拌中遇有硬土层，搅拌钻进困难时，应启动