单向与多层互剪搅拌桩性能模型试验对比研究

葛春巍; 刘钟; 兰伟; 杨宁晔; 文磊; 周洁

doi:10.11779/CJGE20230791

单向与多层互剪搅拌桩性能模型试验对比研究 English Version

葛春巍^{1, 2,},
刘钟^{1, 2, 3, ,},
兰伟^{1, 2},
杨宁晔^{1, 2},
文磊^{1, 2},
周洁^{4, 5}

1.
浙江坤德创新岩土工程有限公司, 浙江宁波 315100
2.
坤德智慧岩土技术研究院, 浙江宁波 315100
3.
中冶集团中冶建筑研究总院有限公司, 北京 100088
4.
同济大学地下建筑与工程系, 上海 200092
5.
同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室, 上海 200092

基金项目:

宁波市高新区重大科技专项 2023CX050004

详细信息

作者简介:
葛春巍(1988—)，男，博士，工程师，主要从事地基处理装备研发及工艺工法研究。Email: gexxx063@alum.mit.edu

通讯作者:
刘钟, E-mail: zzliu8@163.com

中图分类号: TU443
计量
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出版历程
- 收稿日期: 2023-08-15
- 网络出版日期: 2024-03-24
- 刊出日期: 2024-10-31

Model tests on performances of DSM and CS-DSM piles

GE Chunwei^{1, 2,},
LIU Zhong^{1, 2, 3, ,},
LAN Wei^{1, 2},
YANG Ningye^{1, 2},
WEN Lei^{1, 2},
ZHOU Jie^{4, 5}

1.
ZheJiang Kunde Innovate Geotechnical Engineering Co., Ltd., Ningbo 315100, China
2.
Kunde Research Institute of Intelligent Geotechnical Technology, Ningbo 315100, China
3.
Central Research Institute of Building and Construction, MCC Group, Beijing 100088, China
4.
Department of Geotechnical Engineering, College of Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China
5.
Key Laboratory of Geotechnical and Underground Engineering (Tongji University), Ministry of Education, Shanghai 200092, China

摘要

摘要: 利用自研单向与多层互剪搅拌桩模型钻机，对传统DSM桩与新型CS-DSM桩的工艺因素及成桩质量进行了模型试验对比研究，探索了水泥掺量和单位桩长搅拌次数T对两类搅拌桩成桩均匀性与桩身强度的影响。试验结果证实CS-DSM桩的表观均匀性和桩身连续性明显好于DSM桩，在T值相同条件下，两者平均桩身强度比R_s为1.41~6.4，且R_s随着搅拌次数T增加而呈指数趋势降低，24组模型试验结果还揭示出DSM桩与CS-DSM桩在UCS-T之间的本质联系。提出的DSM桩与CS-DSM桩的T值和UCS值的计算方法，可以指导搅拌桩施工参数合理选取以实现桩身设计强度目标。通过DSM工法与CS-DSM工法的试验对比研究获得的两类桩的桩身质量差异性结果，能够为高质量的CS-DSM桩工艺控制原则和质量保障体系提供试验依据。
- 搅拌桩 /
- 多层互剪搅拌桩 /
- CS-DSM工法 /
- 搅拌次数 /
- 桩身均匀性和抗压强度
Abstract: Using the small-scale model rig, a comparative experimental study is conducted to investigate the process control and quality control in the deep soil mixing (DSM) method and contra-rotational shear deep soil mixing (CS-DSM) method. The research emphasis is placed on the effects of cement content, blade rotation number T on the uniformity and unconfined compression strength (UCS) of mixing piles. A notably improved uniformity and continuity of the CS-DSM piles over the DSM piles is confirmed by the test results. The strength ratio R_s ranges from 1.41 to 6.4, and it shows an exponential decrease with the increasing T. Furthermore, the results from 24 model piles provide insights into the fundamental relationship and distinctions between UCS and T. On this basis, the construction parameters can be optimized to ensure the target design strength for both types of piles. The model test results clearly demonstrate the differences in the construction quality between the DSM method and the CS-DSM method. The technical basis established in this study serves as a cornerstone for the process control and quality assurance in installing high-quality CS-DSM piles.
- DSM pile /
- CS-DSM pile /
- CS-DSM method /
- blade rotation number /
- pile uniformity and strength

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图 1 DSM桩、DDM桩、CS-DSM桩的施工钻头对比

Figure 1. Comparison between three different drill bits

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图 2 SXJ-110-D型多层互剪搅拌桩施工钻机装备

Figure 2. CS-DSM drilling rig model No. SXJ-110-D

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图 3 智能控制ACS系统框图

Figure 3. Layout of autonomous control system

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图 4 模型箱、模型钻机与ACS系统

Figure 4. Model case, drilling rig and ACS

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图 5 模型钻机动力头

Figure 5. Rotary power heads for drilling rig

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图 6 搅拌桩钻具

Figure 6. Illustration of drill bits for DSM and CS-DSM piles

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图 7 模型桩位布置图

Figure 7. Position of piles in model foundation

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图 8 色砂试验的表观均匀性对比照片(T = 400)

Figure 8. Results of uniformity tests for DSM and CS-DSM piles

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图 9 两类搅拌桩的试块均匀性对比照片(T = 640~650)

Figure 9. Pictures of soilcrete cubes for DSM and CS-DSM piles

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图 10 水泥掺量与桩身强度的关系曲线

Figure 10. Relationship between UCS and cement content

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图 11 DSM桩的桩身强度与搅拌次数的关系曲线

Figure 11. Relationship between UCS and T for DSM piles

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图 12 CS-DSM桩的桩身强度与搅拌次数的相关关系

Figure 12. Relationship between UCS and T for CS-DSM piles

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图 13 DSM桩与CS-DSM桩的桩身强度对比

Figure 13. Comparison of UCS between DSM and CS-DSM piles

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图 14 强度比R_s与单位桩长搅拌次数T的相关性

Figure 14. Strength ratios between DSM and CS-DSM piles

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图 15 两类桩身强度变异系数与搅拌次数的相关关系

Figure 15. Relationship between COV and T

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表 1 模拟地基的物理力学指标

Table 1 Physico-mechanical parameters of model soil

密度/(g·cm^-3)	含水率/%	液限/%	塑限/%	黏聚力/kPa	内摩擦角/(°)	塑性指数
1.84	30	34.1	20.5	8.4	13.7	13.6

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表 2 桩身强度与水泥掺量关系的试验方案

Table 2 Test plans for studying cement content and UCS

桩号	水泥掺量/%	阶段	转速/ rpm		升降速度/(m·min^-1)	浆液流量/(L·min^-1)	搅拌次数/(rev·m^-1)
桩号	水泥掺量/%	阶段	内杆	外杆	升降速度/(m·min^-1)	浆液流量/(L·min^-1)	搅拌次数/(rev·m^-1)
1	8	下/上	单向	24	0.28/0.28	0.33/ —	686
2	13	下/上	单向	24	0.28/0.28	0.54/ —	686
3	18	下/上	单向	24	0.28/0.28	0.75/ —	686
CS1	8	下/上	10	6	0.28/0.28	0.33/ —	686
CS2	13	下/上	10	6	0.28/0.28	0.54/ —	686
CS3	18	下/上	10	6	0.28/0.28	0.75/ —	686
注：平均养护温度为17℃。

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表 3 搅拌次数对比试验方案：DSM桩试验参数

Table 3 Test plans for studying blade rotation number for DSM piles

桩号	阶段	转速/ rpm		升降速度/（m·min^-1）	浆液流量/（L·min^-1）	搅拌次数/（rev·m^-1）
桩号	阶段	下钻	提钻	升降速度/（m·min^-1）	浆液流量/（L·min^-1）	搅拌次数/（rev·m^-1）
4	下/上	9	14	0.25/0.36	0.48/ —	300
5	下/上	11	20	0.25/0.36	0.48/ —	398
6	下/上	13	22	0.25/0.36	0.48/ —	452
7	下/上	15	23	0.25/0.36	0.48/ —	496
8	下/上	17	25	0.25/0.36	0.48/ —	550
9	下/上	18	28	0.25/0.36	0.48/ —	599
10	下/上	21	28	0.25/0.36	0.48/ —	647
11	下/上	22	31	0.25/0.36	0.48/ —	696
12	下/上	22	32	0.25/0.32	0.48/ —	752
13	下/上	23	33	0.25/0.30	0.48/ —	808
14	下/上	25	33	0.25/0.30	0.48/ —	853
15	下/上	25	35	0.25/0.28	0.48/ —	900
16	下/上	25	36	0.25/0.24	0.48/ —	1000
注：平均养护温度为32 ℃。

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表 4 搅拌次数对比试验方案：CS-DSM桩试验参数

Table 4 Test plans for studying blade rotation number for CS-DSM piles

桩号	阶段	转速/ rpm		升降速度/(m·min^-1)	浆液流量/(L·min^-1)	搅拌次数/(rev·m^-1)
桩号	阶段	内杆	外杆	升降速度/(m·min^-1)	浆液流量/(L·min^-1)	搅拌次数/(rev·m^-1)
CS4	下/上	6	4	0.28/0.28	0.54/ —	429
CS5	下/上	9	6	0.28/0.28	0.54/ —	643
CS6	下/上	11	7	0.28/0.28	0.54/ —	771
CS7	下/上	13	9	0.28/0.28	0.54/ —	943
CS8	下/上	19	12	0.28/0.28	0.54/ —	1329
注：平均养护温度为32℃。

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