導語：深層水泥攪拌樁是利用水泥作為固化劑，通過深層攪拌機械在地基將軟土或沙等和固化劑強制拌和，使軟基硬結而提高地基強度。
深層攪拌樁是軟土地基處理中的一項新技術,具有安全可靠、經濟實用的優點。本文討論以水泥作固化劑的深層攪拌樁的加固機理，並結合工程例項進一步討論攪拌樁的設計、施工及質量控制問題。因此,對今後深層攪拌樁工程的設計和施工具有一定的參考作用。本文主要以柱狀攪拌樁加固型式為例項。
深層攪拌樁是利用深層攪拌機,沿深度方向將軟土與固化劑(水泥漿或水泥粉、石灰粉,外加一定量的摻合劑)就地進行強制攪拌,使土體與固化劑發生物理化學反應,形成具有一定整體性和一定強度的加固體。這種地基處理技術適用於處理包括淤泥、淤泥質土、粉土、砂性土、泥炭土等各種成因的飽和軟粘土,含水量較高且地基承載力標準值不大於120KPa的粘性土等地基。深層攪拌樁所用固化劑種類較多,有水泥類、石灰類、粉煤灰類、瀝青類、泥漿類、化學材料類等,但最常用的仍然是水泥類,因其具有取材便利、適用土質範圍廣泛、加固後所形成的水泥土強度高、穩定性好等特點。與其他施工方法相比較,深層攪拌法具有施工工期短、無公害、成本低等特點,其在施工中無振動、無噪聲、無地面隆起、不排汙、不汙染環境,對相鄰建築物不產生有害影響。深層攪拌法因其出色的工藝特點,被廣泛應用於形成複合地基、支護結構、防滲帷幕等。
一、加固機理
深層攪拌加固原理是基於水泥加固土的物理化學反應過程。在水泥加固土中，由於水泥的摻量很小，僅佔被加固土重的5%～20%，水泥的水解和水化反應完全是在具有一定活性的介質———土的圍繞下進行，硬凝速度緩慢且作用複雜。目前初步認為，水泥加固軟土主要產生下列反應。
(一)水泥的水解和水化反應。水泥遇水後，顆粒表面的礦物很快與水發生水解和水化反應，生成氫氧化鈣、含水矽酸鈣、含水鋁酸鈣與含水鐵酸鈣等化合物。其中前兩種化合物迅速溶於水中，使水泥顆粒新表面重新暴露出來，再與水作用，這樣周圍水溶液就逐漸達到飽和。當溶液達到飽和後，水分子雖繼續深入顆粒內部，但新生成物已不能再溶解，只能以細分散狀態的膠體析出，懸浮於溶液，形成凝膠體。
(二)離子交換和團粒化作用。土體中含量最多的二氧化矽，遇水後形成矽酸膠體微粒，其表面帶有鈉離子Na+和鉀離子K+，它們能和水泥水化生成的氫氧化鈣中的鈣離子Ca++進行當量離子交換，這種離子交換的結果，使大量的土顆粒形成較大的土團粒。
水泥水化後生成的凝膠粒子的比表面積，約是原水泥的比表面積的1000倍，因而產生很大的表面能，具有強烈的吸附活性，能使較大的土團粒進一步結合起來，形成水泥蜂窩結構，並封閉各土團之間的空間，形成堅硬的聯體。
(三)硬凝反應。隨著水泥水化反應的深入，溶液中析出大量的鈣離子Ca++，當鈣離子的數量超過上述離子交換的需要量後，則在鹼性的環境中，使組成土礦物的二氧化矽及三氧化鋁的一部分或大部分與鈣離子進行化學反應，隨著反應的深入，生成不溶於水的穩定結晶礦物，這種重新結合的化合物，在水中和空氣中逐漸硬化，增大了土的強度，且由於水分子不易侵入，因而具有足夠的穩定性。
二、工程概況
防城港市新建鐵路調車場工程D3K0+954軌道衡基礎(寬3.4米，長74.34米)和DK2+173箱涵的基礎(寬5米，長30米)，均採用深層柱狀攪拌樁進行地基處理，並且效果很好。本文以DK2+173箱涵為例項，該涵基底標高為1.5米。根據工程勘察地質資料，標高1.5米以下第一層為人工填土，厚度為3.0米。第二層為淤泥質的'砂土，平均厚度為6.5米，天然含水量為52.3%，含砂量47.5%，標貫擊數為2至3擊，樁周土的平均摩阻力為9KPa，承載力標準值為70KPa，力學強度極差，是典型的軟土地基。第三層為強風化砂岩，力學強度極好。
由工程勘察地質資料可以看出，箱涵的基礎位於淤泥質砂土層，該層淤泥厚度大，含水量高且地基承載力標準值達不到設計要求，該層不能作為箱涵基礎的持力層，良好的持力層應該是強風砂岩層。
地質報告建議採用灌注樁方案，但通過技術經濟比較，採用深層攪拌樁複合地基方案替代灌注樁方案，對壓縮層深度內進行加固處理，更為合理。深層攪拌樁是一種介於剛性樁與柔性樁之間柱，計算時考慮樁土的共同作用，就其設計理論而言，較灌注樁先進，且深攪樁的造價低於灌注樁，成樁快。因此採用深層攪拌樁複合地基具有明顯的經濟效益。
三、深層攪拌樁的設計
深層攪拌樁的加固形式有：柱(樁)狀、壁狀、塊狀。
本文以柱狀攪拌樁加固地基，結合例項DK2+173箱涵地基處理，簡單敘述深層攪拌樁的設計理論要求和一些原則。
(一)漿液配合比。根據土質分析即有機鹽含量，可溶鹽含量，以及水質分析即地下水的酸鹼度(PH)值，硫酸鹽含量。DK2+173箱涵攪拌基礎處於吹砂填海的場地上，我們採用32.5普通矽酸鹽水泥，再根據水泥土的抗壓強度，參照室內配合比試驗資料，選擇水泥摻入比為加固土重的17%，並加入水泥重量的5%的粉煤灰和2%的石膏粉。
(二)樁長的確定。根據地質資料知：涵洞基底(標高1.5米)以下第一層人工填土厚為3.0m，第二層淤泥質砂土平均厚度為6.5m，第三層為強風化砂岩，因此選擇樁長L=9.7m。
(三)單樁承載力pa和水泥土無側限抗壓強度qu計算
式中f———樁側土的平均容許摩阻力(kPa);
Sa———攪拌樁周長(m);
a———樁截面積(m2);
k———水泥土強度安全係數，一般可取1.5;
式(2)中的2是攪拌樁承載力的安全係數。
本例中f=9kPa樁徑D取0.6m，則
