图6-18 振冲器构造示意图 图6-19 振冲施工过程
振冲法处理地基最有效的土层为砂类土和粉土，其次为粘粒含量较小的粘性土，对于粘粒含量大于30%的粘性土，则挤密效果明显降低，主要产生置换作用。
振冲桩加固砂类土的设计计算，类似于挤密砂桩的计算，即根据地基土振冲挤密前后孔隙比进行；对粘性土地基应按后面介绍的复合地基理论进行，另外也可通过现场试验取得各项参数。当缺乏资料时，可参考表6-6进行设计。
表6-6
加固方法 孔位的布置 振冲置换法 等边三角形和正方形 间距应根据荷载大小，原地基土的抗剪强度确定，可用1.5~2.5m。荷载大或原土强度低时，宜取较小间距；反之，宜取较大间距。对桩端未达孔位的间距 和桩长 到相对硬层的短桩，应取小间距。桩长的确定，当相对硬层的埋深不大时，按其深度确定，当相对硬层的埋深较大时，按地基的变形允许值确定。不宜短于4m。在可液化的地基中，桩长应按要求的抗震处理深度确定。桩直径按所用的填料量计算，常为0.8~1.2m。 碎石、卵石、角砾、圆砾等硬质材料，最大直径填料 宜用碎石、卵石、角砾、圆砾、砾砂、粗的前提下，粒径越粗，加密效果越好。 振冲密实法 等边三角形和正方形 孔位的间距视砂土的颗粒组成、密实要求、振冲器功率等而定，砂的粒径越细，密实要求越高，则间距应越小。使用30kW振冲器，间距一般为1.3~2.0m；55kw振冲器间距可采用1.4~2.5m；使用75kW大型振冲器，间距可加大到1.6~3.0m。 不宜大于80mm，对碎石常用粒径为20~50mm。 砂、中砂等硬质材料，在施工不发生困难 振冲法加固砂性土地基，宜在加固半个月后进行效果检验，粘性土地基则至少要一个月才能进行。检验方法可采用静载试验，标准贯入试验，静力触探或土工试验等方法，对加固前后进行对比。
第六节 化学固化法
化学固化法是在软土地基土中掺入水泥、石灰等，用喷射、搅拌等方法使与土体充分混合固化；或把一些能固化的化学浆液(水泥浆、水玻璃、氯化钙溶液等)注入地基土孔隙，以改善地基土的物理力学性质，达到加固目的。按加固材料的状态可分为粉体类(水泥、石灰粉末)和浆液类(水泥浆及其他化学浆液)。按施工工艺可分为低压搅拌法(粉体喷射搅拌桩、水泥浆搅拌桩)、高压喷射注浆法（高压旋喷桩等）和胶结法(灌浆法、硅化法)三类，下面分别予以介绍。
一、粉体喷射搅拌(桩)法和水泥浆搅拌(桩)法
深层搅拌法是用于加固饱和软粘土地基的一种新颖方法，它是通过深层搅拌机械，在地基深处就地，利用固化剂与软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土固化成具有整体性、水稳性和一定强度的桩体，其与桩间土组成复合地基。固化剂主要采用水泥、石灰等材料，与砂类土或粘性土搅拌均匀，在土中形成竖向加固体。它对提高软土地基承载能力，减小地基的沉降量有明显效果。
当采用的固化剂形态为浆液固化剂时，常称为水泥浆搅拌桩法，当采用粉状固化剂时，常称粉体喷射搅拌（桩）法。这两者的加固原理、设计计算方法和质量检验方法基本一致，但施工工艺有所不同。
(一) 粉体喷射搅拌法(粉喷桩法)
粉体喷射搅拌法是通过专用的施工机械，将搅拌钻头下沉到预计孔底后，用压缩空气将固化剂（生石灰或水泥粉体材料）以雾状喷入加固部位的地基土，凭借钻头和叶片旋转使粉体加固料与软土原位搅拌混合，自下而上边搅拌边喷粉，直到设计停灰标高。为保证质量，可再次将搅拌头下沉至孔底，重复搅拌。
粉体喷射搅拌法的优点是以粉体作为主要加固料，不需向地基注入水分，因此加固后地基土初期强度高，可以根据不同土的特性、含水量、设计要求合理选择加固材料及配合比，对于含水量较大的软土，加固效果更为显著；施工时不需高压设备，安全可靠，如严格遵守操作规程，可避免对周围环境产生污染、振动等不良影响。缺点是由于目前施工工艺的限制，加固深度不能过深，一般为8~15m。
粉体喷射搅拌法的加固机理因加固材料的不同而稍有不同，当采用石灰粉体喷搅加固软粘土，其原理与公路常用的石灰加固土基本相同。石灰与软土主要发生如下作用：石灰的吸水、发热、膨胀作用；离子交换作用；碳酸化作用(化学胶结反应)；火山灰作用(化学凝胶作用)以及结晶作用。这些作用使土体中水分降低，土颗粒凝聚而形成较大团粒，同时土体化学反应生成复合的水化物4CaO·Al2O3·13H2O和2CaO·Al2O3·SiO26H2O等在水中逐渐硬化，而与土颗粒粘结一起从而提高了地基土的物理力学性质。当采用水泥作为固化剂材料时其加固软粘土的原理是在加固过程中发生水泥的水解和水化反应（水泥水化成氢氧化钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙、及含水铁铝酸钙等化合物，在水中合空气中逐渐硬化）、粘土颗粒与水泥水化物的相互作用（水泥水化生成钙离子与土粒的钠、钾离子交换使土粒形成较大团粒的硬凝反应）和碳酸化作用（水泥水化物中游离的氢氧化钙吸收二氧化碳生成不溶于水的碳酸钙）三个过程。这些反应使土颗粒形成凝胶体和较大颗粒；颗粒间形成蜂窝状结构；生成稳定的不溶于水的结晶化合物，从而提高软土强度。
石灰、水泥粉体加固形成的桩柱的力学性质变形幅度相差较大，主要取决于软土特性、掺加料种类、质量、用量、施工条件及养护方法等。石灰用量一般为干土重的6%~15%，软土含水量以接近液限时效果较好，水泥掺入量一般为干土重5%以上(7%~15%)。粉体喷射搅拌法形成的粉喷桩直径为50cm～l00cm，加固深度可达10m~30m。石灰粉体形成的加固桩柱体抗压强度可达800kPa，压缩模量(20000~30000)kPa，水泥粉体形成的桩柱体抗压强度可达5000kPa，压缩模量100000kPa左右，地基承载力一般提高2～3倍，减少沉降量1／3~2／3。粉体喷射搅拌桩加固地基的设计具体计算可参照后面介绍的复合地基设计。桩柱长度确定原则上与砂桩相同。
粉体喷射搅拌桩施工作业顺序如图 6-20所示。
施工结束后，对加固的地基应作质 量检验，包括标准贯入试验、取芯抗压 试验、载荷试验等。桩柱体的强度、 压缩模量、搅拌的均匀性以及尺寸均应符 合设计要求。
我国粉体材料资源丰富，粉体喷射 搅拌法常用于公路、铁路、水利、市政、 港口等工程软土地基的加固，较多用于 边坡稳定及筑成地下连续墙或深基坑支护 结构。被加固软土中有机质含量不应过多，
否则效果不大。 图6-20 粉体喷射搅拌施工作业顺序
a） 搅拌机对准桩位；b）下钻；c）钻进结束 (二)水泥浆搅拌法（深搅桩法） d）提升喷射搅拌 e）提升结束
水泥浆搅拌法是用回转的搅拌叶将压入软土内的水泥浆与周围软土强制拌和形成水泥加固体。搅拌机由电动机、中心管、输浆管、搅拌轴和搅拌头组成，并有灰浆搅拌机、灰浆泵等配套设备。我国生产的搅拌机现有单搅头和双搅头两种，加固深度达30m形成的桩柱体直径60cm~80cm(双搅头形成8字形桩柱体)。
水泥浆搅拌法加固原理基本和水泥粉喷搅拌桩相同，与粉体喷射搅拌法相比有其独特的优点：1.加固深度加深；2.由于将固化剂和原地基软土就地搅拌，因而最大限度利用了原土；3.搅拌时不会侧向挤土，环境效应较小；
施工顺序大致为：在深层搅拌机起吊就位后，搅拌机先沿导向架切土下沉；下沉到设计深度后开启灰浆泵将制备好的水泥浆压入地基；边喷边旋转搅拌头并按设计确定提升速度，进行提升、喷浆、搅拌作业，使软土与水泥浆搅拌均匀，提升到上面设计标高后再次控制速度将搅拌头搅拌下沉，到设计加固深度再搅拌提升出地面。为控制加固体的均匀性和加固质量，施工时应严格控制搅拌头的提升速度，并保证喷压阶段不出现断桩现象。
加固形成桩柱体强度与加固时所用水泥标号、用量、被加固土含水量等有密切关系，应在施工前通过现场试验取得有关数据，一般用425号水泥，水泥用量为加固土干容重的2%～ 15%，三个月龄期试块变形模量可达75000kPa以上，抗压强度(1500～3000)kPa以上(加固 软土含水量40%～100%)。按复合地基设计计算加固软土地基可提高承载力2～3倍以上，沉降量减少，稳定性也明显提高，而且施工方便是目前公路、铁路厚层软土地基加固常用技术措施的一种，也用于深基坑支护结构、港口码头护岸等。由于水泥浆与原地基软土搅拌结合对周围建筑物影响很小，施工无振动噪声对环境无污染，更适用于市政工程。但不适用于含有树根、石块等的软土层。
二、高压喷射注浆法
高压喷射注浆法60年代后期由日本提出的，我国在70年代开始用于桥墩、房屋等地基处理。它是利用钻机将带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，以20MPa左右的高压将加固用浆液(一般为水泥浆)从喷嘴喷射出冲击土层，土层在高压喷射流的冲击力、离心力和重力等作用下；与浆液搅拌混合，浆液凝固后，便在土中形成一个固结体。 高压喷射注浆法按喷射方向和形成固体的形状可分为旋转喷射、定向喷射和摆动喷射三种。旋转喷射时喷嘴边喷边旋转和提升，固结体呈圆柱状，称为旋喷法，主要用于加固地基；定向喷射喷嘴边喷边提升，喷射定向的固结体呈壁状；摆动喷射固结体呈扇状墙，此两方式常用于基坑防渗和边坡稳定等工程。按注浆的基本工艺可分为单管法（浆液管）、二重管法（浆液管和气管）、三重管法（浆液管、气管和水管）和多重管法（水管、气管、浆液管和抽泥浆管等）。
高压喷射注浆法适用于砂类土、粘性土、湿陷性黄土、淤泥和人工填土等多种土类，加固直径(厚度)为0.5m～1.5m，固结体抗压强度(325号水泥三个月龄期)加固软土为(5～10)MPa，加固砂类土为(10~20)MPa。对于砾石粒径过大，含腐殖质过多的土加固效 果较差；对地下水流较大，对水泥有严重腐蚀的地基土也不宜采用。 旋喷法加固地基的施工程序 如图6-21所示，图中①表示钻 机就位后先进行射水试验；②、 ③表示钻杆旋转射水下沉，直到 设计标高为止；④、⑤表示压力 图6-21 旋喷法的施工程序 升高到20MPa喷射浆液， 钻杆约以20r／min旋转，提升 速度约每喷射三圈提升25mm~ 50mm，这与喷嘴直径，加固土 体所需加固液量有关（加固液 量经试验确定）；⑥表示已旋喷 成桩，再移动钻机重新以②～⑤
程序进行加固土层。 图6-21 旋喷法施工作业顺序
旋喷桩的平面布置可根据加固需要确定，当喷嘴直径为1.5mm~1.8mm，压力为20MPa时，形成的固结桩柱体的有效直径可参考下列经验公式估算：
对于标准贯入击数N=0～5的粘性土
D?对于5≤N≤15的砂类土 D?11?N2?m? （6-37） 22001350?10N?N2?m? （6-38） 1000??此法因加固费用较高，我国只在其他加固方法效果不理想等情况下考虑选用。
三、胶结法
(一)灌浆法
灌浆法，亦称注浆法，利用压力或电化学原理通过注浆管将加固浆液注入地层中，以浆液掺入土粒间或岩石裂隙中的水分和气体，经一定时间后，浆液将松散的土体或缝隙岩体胶结成整体，形成强度大、防水防渗性能好的人工地基。 灌浆法可分为压力灌浆和电动灌浆两类。压力灌浆是常用的方法，是在各种大小压力下使水泥浆液或化学浆液挤压充填土的孔隙或岩层缝隙。电动化学灌浆是在施工中以注浆管为阳极，滤水管为阴极，通过直流电电渗作用下孔隙水由阳极流向阴极，在土中形成渗浆通道，化学浆液随之渗入孔隙而使土体结硬。 灌浆胶结法所用浆液材料有粒状浆液（纯水泥浆、水泥粘土浆和水泥砂浆等或统称为水泥基浆液）和化学浆液（环氧树脂类、甲基丙烯酸脂类和聚氨脂等）两大类。 粒状浆液中常用的水泥浆液水泥一般为400号以上的普通硅酸盐水泥，由于含有水泥颗粒属粒状浆液，故对孔隙小的土层虽在压力下也难于压进，只适用粗砂、砾砂、大裂隙岩石等孔隙直径大于0.2mm的地基加固。如获得超细水泥，则可适用于细砂等地基。水泥浆液有取材容易、价格便宜、操作方便、不污染环境等优点，是国内外常用的压力灌浆材料。 化学浆液中常用的是以水玻璃(Na2O·nSiO2)为主剂的浆液，由于它无毒、价廉，流动性好等优点，在化学浆材中应用最多，约占90%。其它还有以丙烯酰胺为主剂和以纸浆废液木质素为主剂的化学浆液，它们性能较好，粘滞度低，能注入细砂等土中。但有的价格较高，有的虽价廉源广，但有含毒的缺点，用于加固地基受到一定限制。 (二)硅化法
利用硅酸钠(水玻璃)为主剂的化学浆液加固方法称为硅化法，现将其加固机理、设计计 算、施工扼要介绍如下： 1．硅化法的加固机理
硅化法按浆液成分可分为单液法和双液法。单液法使用单一的水玻璃溶液，它较适用于渗透系数位0.1～0.2m/d的湿陷性黄土等地基的加固。此时，水玻璃较易渗透入土孔隙，与土中的钙质相互作用形成凝胶，而使土颗粒胶结成整体，其化学反应式为 Na2OnSiO2+CaSO4+mH2O→n SiO2 (m-1) H2O+Ca(OH)2+ Na2SO4
双液法常用的有水玻璃-氯化钙溶液、水玻璃-水泥浆液或水玻璃-铝酸钠溶液等，可适用于渗透系数K>2.0m／d的砂类土。以水玻璃一氯化钙溶液为例： Na2OnSiO2+CaCl2+mH2O→n SiO2 (m-1) H2O+Ca(OH)2+ 2NaCl
在土中凝成硅酸胶凝体，而使土粒胶结成一定强度的土体。无侧限抗压强度可达1500kPa以上。
对于受沥青、油脂、石油化合物等浸透的土以及地下水pH值大于9的土不宜采用硅化法加固。
2．硅化法的设计计算
加固范围及深度应根据地基承载力和要求沉降量验算确定，一般情况加固厚度不宜小于 3m，加固范围的底面不小于由基底边缘按30Ο扩散的范围。
化学浆液的浓度，水玻璃溶液自重为1.35~1.44，氯化钙为1.20~1.28，土的渗透系数高 时取高值，渗透系数低时取低值。
浆液灌注量Q(体积)可按经验公式如下估算：
Q?kvn （6-39） 式中：v—拟加固土的体积；
n—加固前土的平均孔隙率；
k—系数，粘性土、细砂k=0.3～0.5，中砂、粗砂k=0.5~0.7，砂砾k=0.7～1.0，湿