欢迎来到『东合南岩土』官方网站!

深层搅拌技术发展概况

366 2022-03-28 16:17:24

采用石灰、水泥等固化剂加固软弱地基的历史是十分久长的。古埃及曾用石灰、烧石膏和砂子来加固大金字塔的地基和尼罗河河堤。丽在古罗马帝国那坡里城的居民曾用当地大量堆积的火山灰掺入不同比例的生石灰制成一种称之为罗马水泥的固化剂,可能是当今大量使用的火山灰水泥的雏型。这种制造水泥的技术到十八世纪为欧洲各国广泛采用。

我国在春秋战国以前就用石灰、粘土和砂子三合土修筑驿道。北京顺义县发掘到的汉墓中的石灰纯度和煅烧程度与近代石灰相同。素始皇时代的万里长城和千里堤防都是采用经石灰加固的土料建造。

到近代。182A年英国人阿斯皮琴首先制造出硅酸盐水泥并取得专利。1885年又在德国提出了用硅酸盐水泥作为注浆材料的专利申请。1915年日本在长崎县松岛煤矿竖井开挖工程中采用水泥灌浆进行止水。1917年美国开始用水泥拌和粘土作为道路的基层,1920年又用石灰拌和粘土作为路基,而建于1945 年的得克萨斯高速公路基层的石灰土加固效果至今仍为人们所承认。

在上述的工程实例中,水泥,石灰主要用于处理地基的表层,如处理高速公路和机场跑道的路基、冻胀土的处理以及边坡稳定处理。

到了二十世纪六十年代日本和瑞典分别开发研究成功一种用于加固深层软土的方法——深层搅拌法。可以用来处理地下深部的河流冲积软土、湖滔及海底极软的沉积土、疏波航道堆于两岸的超软吹填土、甚至新近沉积的淤泥等。它一般采用水泥浆或石灰粉作为固化剂。

一)水泥系深层搅拌法发展概况

美国在二次世界大战后曾研制开发成功一种就地搅拌桩(MIP)。即从不断回转的中空轴的端部向周围已被搅松的土中喷出水泥浆,经叶片的搅拌而形成水泥土柱。柱径0.3~0.4m,长度 10~12m。1953年日本清水建设株式会社从美国引人这种施工方法。1967年日本港湾技术研究所土工部参照 MIP工法的特点,开始研制石灰搅拌施工机械。1974年由于大型软土地基加固工程的需要由日本港湾技术研究所、川崎钢铁厂和不动建设等厂家对石灰搅拌机械进行改造,合作开发研制成功水泥搅拌固化法(CMC 法),用于加固钢铁厂矿石堆场地基,加固深度达 32m。接着日本各大施工企业接连开发研制出加固原理、固化剂相近。但机械规格、施工效率各异的深层搅拌机械。形成了多种方法。例如竹中工务店的深层化学损法(DCM法)。清水建设株式会社的深层水泥搅拌法(D;MIC法),东亚建设工业株式会社的深层水泥固结法(DCCM 法)等。这些深层搅拌机械一般具有偶数个搅拌轴(二根、四根或八根),每个搅拌叶片的直径可达Ⅰ.25m,一次加固的最大面积达到9.5m²。常在港工建筑中的防波堤、码头岸壁及高速公路高填方下的深厚层软土地基加固工程中应用。到1983年为止,日本采用深层搅拌法加固海底软土的工程量已达 540万m³,加固陆上软土220万 m²³,一跃成为日本软土地基加固方法中应用得最多的一种方法。目前日本年产水泥约8000万t,而被深层搅拌法所用的水泥就有80万 t。

苏联在 1970年也研究成功一种淤泥水泥土桩(类似于美国 MIP方法),用于港湾建设工程中。淤泥土含水量虽高达 100-120%,但掺加 10-15%的水泥后。半年龄期强度可达 3000kPa。计算表明淤泥水泥桩比钢筋混凝土桩的造价低 40%。

国内由冶金部建筑研究总院和交通部水运规划设计院于 197 年 10 月开始进行深层搅拌法的室内试验和机械研制工作。1978年末制造出国内第一台 SJB-1型双搅拌轴、中心管输浆、陆上型的深层搅拌机及其配套机械;1979年在塘沽新港开始进行机械考核和搅拌工艺试验;1980年初上海宝山钢铁总厂第五冶金建设公司在三座卷管设备基础软土地基加固工程中正式采用并获得成功。同年 11月由冶金部基建局主持,通过了"饱和软粘土深层搅拌加固技术"鉴定。认为今后可逐步推广使用。1984年开始国内已能批量生产SJB型成套深层搅拌机械,并细建了专门的施工公司。到 1987年12月为止已在上海、连云港、南京、昆明等地的工业厂房、民用住宅、市政挡土设施等工程中打设搅拌桩11000余根,约 12万延米。均取得了良好的技术经济效果。与以往钢筋混凝土桩基相比,节省了大量的钢材,降低了造价,缩短了工期。

1980年初天津市机械施工公司与交通部一航局科研所等单位合作,利用日本进口螺旋钻孔机械进行改装,制成单搅拌轴、叶片输浆型深层搅拌机,1981年在天津造纸厂蒸煮锅改造扩建工程中首次应用也获得成功。1985年4月又在天津市织物广后整理车间地基加固中扩大应用。1985 年7月浙江省建筑设计院也在循州市新建八层大楼工程中应用深层搅拌法加固人工杂填土地基,扩大了深层搅拌法适应土质的范围。福州大学岩土工程教研室和浙江大学土工学教研室协作也在福州火电厂的较高含水量软土中进行了深层搅拌法的现场试验。

(二)石灰系深层搅拌法技术发展概况

1967年瑞典 Kield Paus提出使用石灰搅拌桩加固 15m深度范围内的软土地基的设想,并于1971年在现场制成一根用生石灰和软土拌制成的搅拌柱。次年在瑞典岩土工程研究院的试验场地进行了石灰搅拌柱的载荷试验。1974年在瑞典首都斯德哥尔摩以南约十公里处的 Huddng 用石为粉体喷射搅拌柱作为路堤和深基坑边坡稳定措施。瑞典Lindem-Alimak公司还生产出专用的成柱施工机械,柱径可达 500mm,最大加固深度10~15m。目前瑞典所使用的石灰搅拌柱已逾数百万延米。

在同一时期。日本于 1967 年由运输部港湾技术研究所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。并研制成两类石灰搅拌机械。形成两种施工方法。一类为使用颗粒状生石灰的深层石灰搅拌法(DLM 法);另一类为使用生石灰粉末的粉体喷射搅拌法(DJM 法)。从 1974~1984年间日本采用 DLM 工法的工程有16项,加固土量约11万m²。而采用DJM 工法的有8处,加固土量 12万m²。最大加固深度为10~30m。

由于粉体喷射搅拌法采用石灰粉等作为固化剂,不再向地基中注入附加水分,反而能充分吸收蹈围统十中的水分。因此加固后球基的初期强度高,对于含水量高的教十加固效果尤为显著。施工过程中无振动、无污染。对周围环境及建筑物无不良影响。近十多年来,石灰粉体喷射搅拌法加固软土地基技术在瑞典、芬兰、挪威、法国、英国、联邦德国、美国、加拿大等国家得到广泛应用。

国内由铁道部第四勘测设计院于 1983年初开始进行粉状石灰(粉体喷射)搅拌法加固软土的试验研究、并于1984年7月在广东省云浮硫铁矿铁路专用线上单孔4.5m 盖板箱涵软土地基加固工程中使用,打设 8m长的石灰搅拌柱共321根。1985年4月通过铁道部部级技术鉴定,建议逐步推广使用。后来相继在武昌和连云港用于下水道沟槽挡土墙和铁路涵洞软基加固,均获得良好效果。

岩土工程