軟弱土壤深層改良

軟弱土壤深層改良 概說

深度混合的品質控制概念，控制方法。成品品質測試的範圍;評估強度和變形特性,衍生探討深度混合中的概念品質和可變性。

深層土壤地質改良的深度攪拌工法品質的概念;固有被改良土體屬性變異性，評估改良體屬性以及測試和抽樣的程度，參考採用統計評估。

深層土壤地質改良的深度攪拌工法- DMM-deep mixing method.

通過深度混合進行地層改良，以改善土壤的滲透性、強度和變形特性。深度混合方法快速發展,趨近設計性和成本效益。深度混合的執行和改良過程的目的是以一種產生足夠均勻的混合物,方式在運輸混合材和分配粘合劑。與其他混合操作相比，深度混合的執行和安裝過程非常複雜。一系列操作和混合機制，很難在現場連續監控整個過程。當地地質變化大，難以預測被改良土與粘結劑混合物的流變特性，產生設備施築條件變化等，都使得在現場監測、控制和研究施築改良體過程變得困難。改良土體施築過程，複雜地質條件在穩定土壤的品質保證方面帶來了特殊挑戰。即無法僅通過對實驗室製備的試樣的測試來預測合理精度水準的強度和變形特性。混合過程、固化條件和環境變數相關的實驗室和現場條件之間存在許多不同的變數。在改良土壤中取得的地質特性通常必須通過實地試驗和測量來估計和驗證，例如岩心取樣、探測、原位試驗和地球物理試驗方法。

執行和深度混合過程中的混合過程的主要目的是使土壤中的物理性質發生變化。當兩種材料相互接觸並變形時，之間會發生混合，從而使之間的接觸面積增加。由於粘性彈性特性，粘土等軟土具有很高的抗變形性，即運動僅在混合裝置周圍的狹窄體積內發生。需要相對較大的力量來克服這種阻力。當材料被切割成更小的元素並重新分配時，也會發生混合。令人滿意的混合過程在盡可能短的時間內以盡可能低的施作成本完成機械運作、混合功率和勞力消耗,產生所需均勻性的混合物。

經常使用術語「混合」，定義為「混合過程涉及土壤結構的機械分解，粘合劑和填料在土壤中的分散」。側重於不同的深度混合方法，機械和技術數據。現場混合過程為主軸。

深層土壤地質改良的深度攪拌工法 Deep mixing methods-DMM

將淺層土壤穩定和深度混合個別定義。根據prEN 14679（2005），深度混合涉及"通過旋轉的機械混合工具進行混合，其中提供給周圍土壤的橫向支撐長期存在"。傳統上，淺層土壤穩定性與道路施工等基地下的淺層路基有關，而深度混合與整個土壤沉積物的改善有關(it is difficult to separate shallow soil stabilisation and deep mixing.)。根據prEN 14679（2005），深度混合涉及"將土壤處理的最小深度為3米"。大多數深度混合方法使用安裝在一個或多個軸上的槳形攪拌葉片及鑽掘螺旋鑽。

深層土壤改良體土壤攪拌工法孔徑安置排列模式

Patterns of Deep soil mixing installations

被改良土體孔徑內置換率依設計,可以較高的全置換或依改良後改良體取樣強度達設計需求的結合劑注入量攪拌成果的置換率(結合劑為水’水泥’空氣的組合體積.) 。設計改良土體成果藉機械設備’材料組合達成;必須依欲改良土體地質條件(specific conditions of the site)’ 欲改良土體改良後設計穩定性(stability caculations),經濟性,選擇最佳組合。

深層土壤改良體土壤攪拌工法,對欲改良土體可以規劃基地基本柱位及其組合,柱位可以緊接(tangent wall);改良體需要水密則採疊接(second pile> overlapped wall )模式。柱位的基本型態依基地及設計需求可為間隔或緊結’疊節式布設成單柱或複合柱體;表現方式如圖 深層土壤改良經濟效能的孔徑排列組合樣態-Deep soil mixing patterns。

a’b柱列式-矩形或三角形為基本模式組 column-type;square&triangular arrangement

c 接觸直列牆式 tangent wall

d 切割直列疊接牆式 overlapped wall

e接觸橫行組合式tangent walls

f 接觸直列格子式 tangent grid

g切割疊接列扶牆式overlapped wall with buttresses

h 接觸細胞式 tangent cells

i 切割疊接環式ring

j 切割疊接格子加強式lattice

k 複式切割直列接觸式 group columns

l複式切割疊接直列接觸組合式 group columns in contact

m 塊式面巨積 block

在20世紀80年代，日本開發了許多不同的深度混合方法，其中大多數具有獨特的名稱。由於被改良土體採用技術方法眾多，被改良土體採深度混合的使用增加時，深度混合方法的分類是必要的。Bruce等人（1998a，b和1999）提出圖general classification of deep mixing methods;顯示opolnicki（2004）對深度混合方法的一般分類。

濕式結合劑 深層土壤地質改良的深度攪拌工法-Wet mixing

日本水泥深混法（Cement Deep Mixing-CDM），或深混法的"濕法"（CDIT，2002）;結合劑噴嘴計畫性的安排在鑽具,目的是能夠使結合劑注入及與改良土體均勻混合。種類呈現在鑽具貫入端點’鑽軸攪拌葉片上。

20世紀70年代中期開發的，代表了最大的濕法混合技術。1977年，CDM協會成立，以協調工業和研究機構之間合作開發該方法。

"濕法"的深度混合在日本得到了廣泛的應用，特別是在海洋專案中。深混機的發展和日本濕法的執行程式的描述目前分別由Terashi（2002b）和Nakanishi（2002）提出。

有多種方法可以將水基粘合劑注入土壤中。一種常見的方法是在混合工具穿透解構土壤時注入部分粘合劑，例如從螺桿或攪拌葉的尖端。當混合工具鑽入時，它會分解土壤，同時稍微抬起它，以便於結合劑摻入。當工具從土壤中取出時，粘合劑的其餘量體被再次分配注入。在陸地上，通常使用一個或兩個混合軸，柱子的直徑約為1m（Nakanishi，2002）。圖 ‘多軸深層土壤改良水泥結合劑濕式攪拌工法 鑽軸及鑽齒機構’ 。CDM Land4，顯示其中四個軸組合在一起。外桿和內桿以相反方向旋轉，可以通過直徑為1m的鑽頭及攪拌葉片混合結合劑（Isobe，1996）, 獲得2m立方體的砂質改良體（Isobe，1996）。深層土壤攪拌工法海上8軸型 (CDM marine. DCM-2 provided with eight-shaft mixing tool)有效構築海事工程基礎砂質土壤塊’格子’結構基礎’ 。加勁擋土水牆(VERT -Vertically earth reinforced technology)- 加固柱(H-beam)可用於建造重力牆，用於邊坡保護。

混合工具機器及鑽具的尺寸逐漸尺寸加大，以提高施工速度（Terashi，2002）。例;CDMLand4設備使用四個軸進行陸上工程, 葉片緊密地放在一起時，可能發生土壤 - 粘合劑混合物在葉片之間堵塞。混合工具可以配備「不旋轉葉片」，葉片比旋轉葉片長一些，因此切入周圍的土壤中以支撐, 因此在旋轉葉片通過時為它們提供阻力。減輕混合材料與工具一起旋轉。CDM-Column21（Yoshida，2002）為深層土壤地質改良的深度攪拌工法均勻攪拌的鑽具設計。

CDM-LODIC工法

變位低減型深層混合處理工法-Cement Deep Mixing Low Displacement Control

濕式結合劑深層土壤地質改良的深度攪拌工法矩形柱-連續壁的前身

Wet deep mixing by vertical rotating mixing tools

垂直安裝的切割機單元設置了平面圓疊結緣角的切除刃,形成矩形面板。面板的長度在2.2至2.8米之間，寬度在0.5至1.0米之間。面板可以組合在一起，以形成不同的配置，如行，網格，塊等。

溝槽切割混合深壁方法TRD( The trench cutting re-mixing deep wall method)

構造物基地地質構造具流動含水層的地質穩定止水壁(地下車站的防水牆);受工業汙染的土地再生利用,採用TRD工法設置一個圍堵框,杜絕地下水流動產生污染水的遷徙,同時化學或生物處理汙染體並固化之。同義可於海岸阻絕淡’海水的參雜,優化水資源。

土壤改良混合結合劑深牆法（TRD）是用於挖掘和現場混合垂直止隔水圍幕的連續築造過程。TRD方法在日本已經開發並廣泛使用了十多年，但直到最近才在美國使用。由於TRD方法混合了垂直剖面的整個深度，因此可用於構建比其他原位(工址地質)土壤改良方法更均勻的壁。TRD設備使用大型旋轉鏈和切割桿，同時在原位挖掘和混合土壤並添加泥漿(掘進穩定垂直壁用安定液)，從而形成連續的土壤混合壁。隨著挖掘沿著屏障的掘深移動，添加爐渣，波特蘭水泥和粘土 - 水的結合劑混合物，並與添加的混合物產生連續的原位土壤再次混合。溝槽切割再混合深牆（TRD）是一種新型的地下防水幕牆。混合均勻性是影響該方法效率和品質的關鍵指標。水力傳導率值(滲透係數)小於1x10-7 cm / s，強度大於345 kPa（50 psi或3.5kgf/cm²）。長期實驗室測試表明，混合物的導水性隨時間而持續下降，混合物與鹽水地下水相容。溝渠混合和深牆法在日本開發並已使用超過20年。期間，已經建造了超過1,500,000 m2, 最大深度為53米。TRD方法是一個單階段ㄧ氣呵成過程，包括挖掘深溝同時原位混合土壤和加入結合劑。結合劑設計可以根據牆體的強度和滲透率需求而變化;結合劑可由粘海泡石土-化學成分為矽(Si)和鎂(Mg)皂土，顆粒研磨細緻的高爐爐渣和波特蘭水泥組成。

溝槽連續切割混合壁方法-TRENCHMIX

CDMM（連續深度混合法 -continuous deep mixing method）技術的鑽掘攪拌機構是可使用浸沒於地基下土壤中的鏈式攪拌器（掘溝機）。

依設計要求和地面條件,在工作過程中，攪拌原土壤結構的過程同時注入結粘合劑（膨潤土懸浮液），形成均勻的複合材料隔水板，有可變厚度（從30到50釐米）的選擇。生產過程機器是連續溝槽切割貫深，同時混合結合劑，可以獲得深度達12 m的均勻止’隔水牆，施工長度僅受移動機器的可達性的限制。

高生產率(線性’高速率)和改良後土體結構的高度均質化’連續性 – 無非均質透水弱點的風險，亦用於加強地面基板下土壤承載力。Trenchmix技術主要在創造成本優化，快速的工作節奏和非常廣泛的應用。

Dry mixing

乾式 深層土壤地質改良的深度攪拌工法

根據prEN 14679（2005），兩種主要的乾式混合樁技術;日本的DJM法和北歐技術(Nordic technique ;the lime-cement column method)石灰水泥柱法。

日本建設部公共工程研究所開發了"乾式噴射混合（DJM）法"，這是乾混技術中最大的一組。根據CDIT（Coastal Development Institute of Technology. 2002）的說法，大約相同體積的穩定土壤分別通過乾混合和濕混合進行。在20世紀80年代初，為了開發混合工具，進行了許多測試（Nishibayashi等人，1984）。此時測試了各種基本設計的混合工具以及將粘合劑摻入土壤中的不同方法。其中之一是允許粘合劑鋪展在混合工具槳葉後面形成的柱橫截面上,中空腔室中的方法。圖 DDM standard - Dry deep mixing methods顯示了日本"乾法"的標準混合工具，其原理是粘合劑在攪拌葉片下方形成的腔體中，當粘合劑在土壤中旋轉時，將其鋪在柱橫截面上。更快的轉速增加了樁腔的體積併產生真空，這過程有利於製造大直徑柱（Chida，1982）。此外，根據Chida（1982）的說法，該過程導致注入的空氣向腔體的外部移動。然後，空氣通過混合工具的軸從空腔中排出。日本標準為採用直徑為1m的混合刀具和雙軸（Yasui等人，2005年）。亦提供用於安裝直徑為1.3 m的成柱的設備。Aoi（2002）和Yasui等人（2005）最近介紹了日本乾法（DJM）的執行程式。Takeda & Hioki（2005）介紹了日本乾式深度混合工具的發展，其中粘合劑從混合葉片的末端加入。粘合劑出口孔放置在混合刀片的邊緣，通過該孔將空氣粘合劑混合物注入並擴散至混合軸心。

北歐乾式深度混合方法於20世紀70年代中期投入使用。20世紀70年代初，Lindén-Alimak AB開始在瑞典開發乾式深混設備。該方法由BPA Byggnadsproduktion AB（Boman& Broms，1975）針對市場進行調整。乾式深混的研究和開發同時在芬蘭開始（Rathmayer，1997）。在1975年至1979年期間，測試了許多類型的混合工具（Wikström，1979）。在開發的早期階段，目標是一種在較粗糙和較堅固的土壤中，期待高生產能力的設備;螺旋鑽型工具取得了良好的效果。發現類似於圖The Nordic dry mixing “standard” tool according to SGF (2000)所示工具的混合工具在軟粘土中具有最佳效果。嘗試了帶有許多傾斜葉片（槳）的工具，但發現粘土粘在工具上，阻礙了混合。

自 20 世紀 70 年代混合工具的最初開發以來，大多數專案都是使用圖Three versions of the Nordic dry mixing”standard”tool所示。進一步的發展非常有限。及Nordic dry mixing”Pinnborr” 中的工具進行的。"標準工具"存在細微的變化，在機械方面，發展是戲劇性的。最近由Bredenberg（1999）和Larsson（2003）提出了北歐乾法的執行程序的描述。

LCTechnology（2002）最近引入了北歐乾式深混方法的發展，其中通過在插入混合工具期間,單獨加水來克服與相對乾燥和堅硬的土壤相關的一些問題，圖 Modified dry deep mixing(LCTechnology,2002)。因此，土壤剖面可以獲得一致的含水量。添加的水也可以作為滲透過程中混合工具的潤滑劑。Wiggers & Perzon （2005）也報導了類似的技術。

Shallow soil mixing

Shallow Soil Mix （Broomhead & Jasperse， 1992;Aldridge & Naguib 1992;Day & Ryan， 1995）是Geo-Con在1990年代初在北美開發的一種技術，用於改善地表十米深處以上的大量土壤。該過程使用直徑為1 m至4 m的單個混合工具，如圖Shallow soil mixing methods(diameter about 1m)所示。泥漿灌漿通過位於螺旋鑽飛翼(the auger flights)中的三個埠出口摻入混合工具底部的土壤中。如果污泥或濕土穩定，則使用乾粘結劑並以氣動方式分配。深度混合在美國的常見應用是環境清理，控制，穩定或處理土壤，以實現不適宜土壤的安全穩定。圖 Shallow soil mixing methods(diameter about 4m)顯示了 Geo-Solutions Inc. 使用的混合工具的現代版本。

Shallow soil mixing(Japan)

日本已經使用了幾種淺層土壤混合技術（Terashi，2002年）。圖 Shallow soil mixing(Japan)顯示了兩種技術。在左側，混合機位於浮子上，浮子由絞車拖曳在極其柔軟的土壤上。在右邊，顯示了一種類似於芬蘭大規模穩定的技術。然而，日本的技術是在20世紀70年代後期引入的。

在1990年代早期，芬蘭開發了大規模穩定劑，用於穩定泥炭或gyttja（Hoikkala等人，1996年）。粘合劑的分散是通過安裝在挖掘機上的混合工具進行的，如圖Mass stabilization – the mixing tool is mounted on an excavator所示。通過這種技術將土壤穩定到5米深。該設備使過程簡單靈活。在混合后的幾個小時內，施加1至1.5米的加載(surcharge)。2001年開發的另一種混合工具如圖Large rotary cultivator for Mass stabilisation所示。滾筒旋轉約200 rpm，在加入粘合劑之前將土壤分解。這種大型旋轉攪拌機在混合過程中會使相對較大的體積運動。泥炭(peat)或泥炭泥(gyttja)的穩定也可以通過翻攪過程注入粘合劑來進行（例如Hansson等人，2001;Dahlström & Eriksson， 2005）。

Combined jet and wet deep mixing-SWING

圖示 Combined jet and wet deep mixing methods 工法，這些方法是使用機械混合和噴射混合的深度混合的組合。這些方法的主要優點是它們可以生產大直徑的軟弱被改良土體柱，而無需大型，笨重的混合設備。最古老的方法是SWING-The oldest the SWING (Spreadable Wing Method) methods 鋪展翼法），在1980年代初開發（川崎等人，1996;楊等， 1998;小川1990）。隨後開發了類似的方法，並結合了噴射混合的進化形式：LDis，（Ueki等人，1996年）;JACSMAN （Miyoshi & Hirayama， 1996;森等人， 1997;松本等人， 1998;Kawanabe & Nozu， 2002）。

美國開發了噴氣混合和機械混合之間的組合技術，Geo-Jet（Reavis&Freyaldenhoven，1994;工藝，2004年）。混合工具由兩個相對寬的攪割翼提供。當混合工具旋轉到土壤中時，高壓下的水泥漿通過沿葉片放置的許多噴嘴排出。機械混合和水力混合的組合產生了土壤和水泥的液化混合物。

圖示 JACKSMAN

     LDis

     Geo-Jet

地表弱質土挖取混合結合劑回填工法- Mixing above ground surface

軟弱表土回填

地表弱質土混合回填工法- Mixing above ground surface(事前混合處理);在日本在地面上使用連續螺旋鑽用於混合土壤和粘合劑混合設備的方法（Mori等人，1996）。在初始步驟中，當旋轉的螺旋混合器插入改良地時，土壤被輸送到地面。將土壤與水基粘合劑混合在混合設備中，混合完成後,連續螺旋鑽抽出同時泵回土壤與水基粘合劑混合物至地下。這種方法產生可控的地表弱質土混合回填土體，可與混凝土相媲美，其強度和變形特性可以變化。減少欲改良土體因加壓注射粘合劑引起的位移。日本人造島嶼的建設發展了疏浚土壤改良回填方法。為了穩定大量疏浚的土壤，已經開發了一種氣動流動混合回填土改良方法（Kitazume & Satoh， 2003;Hayano & Kitazume， 2005）。主要的混合設備是穩定的混合器，其中疏浚的土壤通過壓縮空氣通過管道輸送。土壤 -粘合劑混合物在管道中與黏合劑注入口形成湍流混合改良後土壤 -粘合劑混合物。穩定土壤中的特性可預測，品質控制相對容易執行。氣動流動混合回填土改良方法的攪拌站是巨大的，是為大型專案和大批量生產而建造的。

芬蘭在武薩里建造一個新的海港時也採用了疏浚土壤改良回填方法的原理（Lahtinen等人，2005年）。挖掘出的劣質土壤，如淤泥，用巨型攪拌機加粘合劑(stack mixer)穩定。穩定的土壤用於建造堤防，開闊窪地回填，隔音屏障等。

土壤地質改良攪拌工法執行中的自動化監控(Monitoring during execution)

通常，整個機械過程是完全自動化的，並由計算機系統控制。有感測器和儀錶可以測量摻入的泥漿或乾粘結劑的量，深度，旋轉，速度和扭矩。然而，瑞典通常不會測量扭矩。在斯堪的納維亞國家，監測通常包括粘結劑的數量、改良物注入率和螺旋鑽軸轉速。

土壤地質改良攪拌工法執行中的混合過程(The mixing process)

混合過程的目的是將粘合劑分散在土壤中，以便為化學反應的發生提供最佳條件。混合被定義為一種操作，該操作傾向於土壤 - 粘合劑混合物中成分和特性的均勻性或一致性。如果所有的粘合劑都對土壤的改良做出積極貢獻，那麼粘合劑的顆粒必須均勻地分散在整個改良土的體積中。此外，粘合劑應均勻分佈在柱的橫截面上，以限制強度和變形特性在需求的穩定中。特性的廣泛分散降低了實驗室測試的預測價值，而且還使生產控制複雜化。也失去對過程及其結果的控制。

深度混合中的混合過程非常複雜，包括許多階段，許多因素影響該過程及其結果。很難清楚地區分混合過程中涉及的不同機制，但是瞭解這些機制如何相互影響非常重要。在斯堪的納維亞國家執行的乾式深度混合的安裝過程可分為三個主要階段：

1）鑽頭鑽軸及扭力可及設計所需的深度;

2）粘合劑的分散性;

3）有益的鈣離子分子擴散。擴散過程最終將導致完全混合。

混合過程的這種劃分與濕法混合方法的混合過程之間的異同有其差異。

混合工具的貫入是混合過程的第一階段，旋轉的混合工具被驅動到土壤中，達到所需的深度。插入過程可以以這樣的方式執行，即由此產生的土壤重構和分解會改變後續階段的改良條件。完全分解（分散和解凝結構）可以對主動混合機制產生積極影響，因為它更容易在土壤中產生必要的反應來混合結合材料。斯堪的納維亞國家現有的混合工具都配備了攪拌翼，攪拌翼通常設置在與水平方向成小角度。這有利於貫入工具，以較少的能量來穿透土壤。低耗能就可以使欲改良土壤重組聚結,剪力強度增加。

在貫入器械貫入過程中增加攪拌能量可以改善混合過程的改良土壤重組聚結，足以證明它所帶來的額外成本是合理的。目前尚不確定與其他因素相比，混合的結果在多大程度上受到貫入過程中攪拌能量輸入的影響。貫入工具目前以大約100毫米/轉的速度插入(the rate of approximately 100 mm/rev)，土壤結構受到顯著影響是值得分析的。在添加粘合劑之前對土壤進行分散和解凝結構和重塑的效能及經濟性的觀察。

不確定土壤的完全分解是否會對強度增益產生完全的積極影響。完全分解加上混合效率差（高濃度方差-high concentration variances）可能導致相對較大的條紋和/或塊狀物的低剪切強度，從而損害改良土壤柱的整體強度特性。

在目前的混合過程中，存在分散過程中使用的大部分能量在重塑粘土消耗的風險。因為粘土可以承受彈性阻力和高屈服點的變形，沉積層達到混合效果較差。

土壤地質改良攪拌工法執行中的結合劑分散過程(The dispersion process )

粘合劑分散在土壤中的過程可分為四個步驟（基本上基於Parfitt&Barnes（1992）對分散過程的劃分）：

a）    粘合劑的摻入和勻展;

最重要的是，混合工具的設計方式是使粘合劑在摻入和鋪展階段盡可能均勻地鋪展在柱的橫截面上。大團聚物（鬆散結合的塊狀物）分解更容易，避免主要的濃度變化，並避免了較長的混合時間，因為整個分散過程發生在較短的混合時間內。斯堪的納維亞國家，粘合劑以粉末形式從儲罐通過軟管輸送到混合工具，使用壓縮空氣作為運輸介質。粘合劑通過Kelly桿上的鑽掘攪拌孔排出，通常以Three versions of the Nordic dry mixing “standard” tool圖 所示的方式。粘合劑通過旋轉的混合工具在土壤中形成的鬆動土壤孔隙中鋪展。所形成的欲改良土體的大小和形狀取決於諸如混合工具和出口孔的幾何形狀，混合強度，氣壓，土壤中的應力條件，土壤和粘合劑的流變特性等因素。

b）    固體顆粒的潤濕;

當粉末狀粘合劑與土壤混合時，粉末塊含有滯留的空氣，必須用液體代替。例如，在鈣質和水泥基反應中，液體通過擴散從土壤中抽出。如果空氣不被困住，則必須進行機械工作，但即使有機械輔助，如果形成附聚物或聚集體，空氣的釋放也可能很困難。潤濕過程由混合工具在土壤中產生高壓縮和剪切應力產生。

潤濕過程不能自發，因為石灰和水泥顆粒的密度不足以沉入粘土漿中。高顆粒濃度，複雜的擴散過程，空氣亦為粉末狀粘合劑組成部分,以及混合過程中進行的化學反應使混合物的行為極其複雜。潤濕過程受液相的性質、表面特性、附聚物中間隙的尺寸以及機械系統對部件施加的壓縮力的影響。粘土的流變特性（取決於例如粘土和水的含量）對於潤濕過程也非常重要。粘土的完全重塑釋放出可用於潤濕石灰和水泥顆粒的水。它還使粘土顆粒與粘合劑具有更大的活性介面區域，從而促進分子擴散。

c) 土壤層層的裂解

一旦粘合劑被摻入並擴散並且顆粒被潤濕，已經形成的附聚物應該在化學反應開始之前分解。除非顆粒均勻地分散在混合物中，否則會形成大的聚集體，導致濃度變化和混合物品質差。此外，如果顆粒沒有分散，並非所有粘合劑顆粒都會在整個穩定體積中為均勻的強度增益做出全部貢獻。

必須將混合物均勻移動避免附聚物通過剪切力或大壓縮力向下沉降。為了有效分解具有類似塊狀特性的混合物中的附聚物，必須產生足夠大的剪切力或壓縮力，製造工業的經驗表明，應使用具有層層揉合或研磨作用的設備。機械混合通常由翼片式或螺旋式旋轉葉輪完成。翼片和螺鑽經常組合在一起。

根據土壤的流變特性和混合工具的的活性，混合過程的效率主要受以下兩個因素的影響：

1)有效應變率-改良土壤混合塊與貫入翼板螺旋鑽之間的阻尼(the effective strain in the mixture)

該係數可以表示為混合工具的每米轉數（轉/米）或反應速率（毫米/轉）的函數;

2) 混合或攪拌的強度-the intensity of mixing or agitation.

該係數可以表示為混合工具的轉速（轉速/分鐘）的函數。

轉速過大易造成火山型的起伏空洞。

土壤層層的裂解的一個假設是，當混合強度足以分解附聚物(agglomerates-膠結劑’土塊體)時，有效應變是獲得更好混合物品質的最重要因素。另一方面，如果混合強度太低而無法分解附聚物，有效應變則不存在，因為附聚物僅與混合物一起夾帶。根據這一假設，土壤的流動性決定了螺旋鑽附攪拌翼攪拌注入器械有效應變率和轉速對過程的影響程度。

如果土壤完全重塑並且表現得像液體一樣，在有利的條件下，混合物中可能會產生湍流。湍流導致有效迴圈和高剪切力。如果流體中的粘性阻力很小，則較大比例的混合能量將進入分解附聚物。因此需要相對較高的轉速才能產生湍流。在低速轉動時存在可能瑕疵，是攪拌翼僅移動附聚物而不完整細碎拌合結合劑與裹覆膠結劑於欲改良土體。

d) 均勻分布

分佈是分解的團聚物隨機散佈在混合的過程。通常與鑽掘攪伴的過程同時進行。

如果粘合劑注入在階段中沒有得到充分的鋪展，則可能會產生較長的混合時間，因為很難在所有土壤類型中產生結合劑與裹覆膠結劑於欲改良土體運動。粘合劑的分佈可能通過土壤的完全分解，高含水和低粘度來促進。

鈣離子分子擴散-Molecular diffusion

在軟弱土壤執行貫入絞拌土體改良之後，混合過程通過分子擴散繼續進行，主要是通過將鈣離子從穩定的土壤遷移到不穩定的周圍土壤中，或者從具有高濃度鈣離子的穩定土壤區域遷移到濃度較低的部分。鈣離子的遷移一直是相對許多研究的主題（例如Rogers等人，2000a，b;Rogers & Glendinning， 1994， 1997;Rajasekaran & Narasimha Rao， 1997， 2000;Hayashi等人， 2003;Larsson & Kosche， 2005）。鈣離子在大約一年內遷移約30mm（Rogers & Glendinning， 1996），遷移約50mm 要10年（Löfroth， 2005）。於注入粘合劑的橫向壓力以及混合工具引起的土壤剪切而引起的垂直裂縫（Shen&Miura，1999;沈等人，2003a，b）,及安裝過程可能導致柱直徑2-3倍的粘土壓裂,使粘合劑也可能遷移到周圍的收縮裂縫中（Rao&Thyagaraj，2003）。這些調查的重點是從穩定土壤到不穩定的周圍土壤的遷移。不幸的是，鈣離子從具有高濃度鈣離子的穩定土壤區域遷移到較低濃度部分的過程沒有確切研究。因此，很難評估該過程的程度，並說明該過程是否對混合過程具有重要意義。然而，在提取的石灰水泥柱中的觀察表明，在柱滲透測試后不久，柱子似乎癒合，可能是由於鈣離子的遷移（Axelsson&Larsson，2005）。在目視檢查中很難確定探頭放置檢視改良土體情況。

一種普遍的觀點是，與石灰相比，使用水泥作為粘合劑需要更高的劑量。這種說法通常基於鈣離子在水泥處理土壤中的遷移強度較小。不質疑這一論點的情況下，必須強調的是，沒有發表的測試可以驗證。

乾式深度混合軟弱土壤改良混合過程的影響因子-Factors affecting the mixing process

乾式深度混合的混合過程非常複雜。各種因素可能會影響該過程及其結果：

1)土壤的流變性，粘合劑和粘合劑的量;

2) 欲改良土體成型過程中土壤中的壓力條件;

3)結合劑傳輸入欲改良土體的傳送壓力,壓縮空氣量

4) 鑽掘攪伴混合工具的幾何形狀

5) 混合能量：混合工具的應變率(the retrieval rate-提升速率)和轉速(speed of the mixing);

6) 影響分子擴散的條件;固化應力、壓實能量、改良土體存在地點溫度、水滲足夠水化作用水。

關於影響深度混合土壤改良體,混合過程的因素點是混合工作的影響和不同混合工具的比較。互動因子是鑽頭攪拌翼轉速、結合劑傳送氣壓、壓縮空氣量、壓實度和土壤流變等因素。

深度混合土壤改良器械混合動能-Mixing energy

混合動能可以定義為混合物中有效應變（間接混合工具的應變率）和混合或攪拌強度（間接混合工具的轉速）的組合。

混合工作對混合過程及其結果有影響。在開發的早期階段，Terashi等人（1977）研究了混合工作對實驗室試樣無側限抗壓強度的影響。許多研究是在實驗室製備的標本的基礎上得出這一結論的，而沒有對這一因素進行任何更仔細的檢查。目前的知識主要基於實驗室和模型測試。很少有現場測試的結果。使用不同粘合劑的不同土壤類型的混合過程, 程序使混合工作影響仍不確定。

混合工具的應變速率（毫米/轉）用作混合時間的度量。另一方面，在日本，混合時間是根據穿透速度（m / min），應變速度和轉速來衡量的。為了提供混合時間的測量值，這些參數被組合為葉片旋轉次數或每米T的混合循環次數，由（Yoshizawa，1997）給出：

T = ∑ M × {(Nd /Vd ) + (Nu /Vu )}

where M is the number of mixing tool blades,

Nd is the rotation speed of mixing tool during penetration (rev/min),

Vd is the mixing tool penetration velocity (m/min),

Nu is the rotation speed of mixing tool during retrieval (rev/min),

Vu is the mixing tool retrieval velocity (m/min).

在日本，當鑽頭攪拌翼混合工具插入土壤時，通常會輸送部分粘合劑，特別是當使用液體形式的粘合劑時。粘合劑有助於工具對土壤進行重塑。乾式粘結劑也可以以這種方式輸送，以便更有效地利用攪拌翼混合工具。考慮到在插入混合工具期間只輸送了部分粘合劑，可以使用以下表達式來計算每列米T的混合循環次數（Hayashi & Nishikawa，1999）：

T = ΣM ×{(Nd /Vd ) ×(Wi /W ) + (Nu /Vu )}

where

Wi is the quantity of binder delivered during penetration (kg/m3 ) and

W is the total quantity of binder (kg/m3 )

在瑞典，混合工具的檢索速率（毫米/轉）用作混合時間的度量。葉片旋轉次數或每列米T的循環次數可以計算為

T=ΣM× 1/s

where

M is the number of mixing tool blades, and

s is the retrieval rate of mixing tool during withdrawal (mm/rev).

術語-葉片旋轉次數已經使用了20多年（Nakamura等人在1980年代初已經使用，1982年）。

混合物中的有效應變被假定為應變速率的函數。混合（攪拌）的強度被假定為轉速的函數。每立方米穩定土壤的混合能量（按J/ m3-焦耳/立方公尺 計算）可能是一個綜合的關鍵因素。然而，混合能量很少被測量，也沒有經過明確的測試和顯示混合能量是否是一個組合因素。

在研究日本不同轉速的影響時，有效應變和混合強度都是不同的。因此，在日本研究中很難分離這兩個參數，因為為了獲得更長的混合時間，轉速會增加。使用鑽頭’攪拌翼旋轉次數為評估係數的主要缺點是與混合工具鑽頭’攪拌翼幾何形狀密切相關。為了比較不同的幾何形狀，可能必須引入混合能量，因為混合工具的不同幾何形狀可能以不同的方式執行，即可能很難將攪拌翼與螺旋鑽進行比較。

混合能量的研究得出的結論是，應變率和葉片數量對強度大小和變化有顯著影響。Principal changes in strength and coefficient of variation of stabilised soil as the blade rotation number T is varied.圖 說明隨著葉片旋轉次數的變化，穩定土的強度和變化係數的變化。近似對數或改良土體強度與混合工作之間的關係。然而，僅根據混合能量無法預測強度大小，因為穩定土壤中的強度增長也取決於固化期間的混土成分和水化’適溫’壓實養護條件。

增加強度大小和提高欲改良土體混合品質的合理做法是為混合工具提供更多的刀片或構建更佳混合工具完成改良土體攪拌工作。較高的強度大小和較低的可變性當然是設計需求。但是與使用粘合劑類型和含量作為主要工具來調整強度大小,或對比於;使用混合工作性能來調整強度,是待研究課題。此外;通過機械混合過程，調節由於土壤成分不同而導致的穩定土壤中性能的變化工法可行性亦值得探究。機械混合的效果取決於許多因素，例如土壤成分，粘合劑類型和含量，時間和固化條件。混合在不同類型的土壤中具有不同的影響。強度的增加與葉片旋轉次數係數相關性有限，表示使用機械混合能量來調整欲改良土體強度大小可能是不經濟的。欲改良土體強度幅度變化應主要根據粘結劑的類型和用量進行調整。

轉速的影響沒有得到很好的研究。在斯堪的納維亞國家，轉速通常在150至200 rpm之間或盡可能高，以減少施工時間。多年來，轉速從約60 rpm增加到200 rpm。但是，對於施工過程中的轉速有不同的看法。原則上，高轉速是可取的，因為欲改良土體混合強度增加，施工時間減少。然而，轉速很可能與其他影響因素密切相關，例如結合劑摻入過程中的欲改良土體變形速率和壓縮空氣氣壓及氣量，是適合當前的土壤條件,以實現均勻的粘合劑分佈。在日本，轉速通常較小，通常為20至60 rpm。

粘合劑的類型和數量對混合過程的影響僅在許多已發表的研究中進行了零碎的研究。毫無疑問，粘合劑的數量會影響穩定土的強度，但它也會影響粘合劑的分佈和強度值的分散。Asano等人（1996）研究了三種類型粘合劑在改變粘合劑含量時的抗壓強度和變異係數。結果表明，當使用水泥漿時，當粘合劑量增加一倍時，變化係數從40%下降到20%。Nishibayashi等人（1988）發現，隨著粘合劑（水泥漿）含量的加倍，變化係數也出現了類似的下降，如Changes in strength and coefficient of variation of stabilised soil as the binder quantity is varied圖所示）。Nishibayashi等人（1988）還報告了一項研究的結果，該研究表明變異係數隨水/水泥比的增加而增加，這表明更多的混合水會損害混合效率（Changes in strength and coefficient of variation of stabilised soil as the water/cement ratio in the binder is varied圖）。一個原因可能是水與含水量高的軟土混合;土壤分解成塊狀，這些塊狀物將被混合物夾帶，同時分解的塊狀經歷相對較少的混合。

日本佐賀機場建設的深層土壤改善工程有關的一系列研究計畫和現場測試的結果。研究了粘結劑;水/水泥配比、粘結劑含量和混合能量的影響。測試量體夠多,也具獨特價值,如執行現場測試時所預期的，結果中的座標座落點位是可以解釋的。發現粘合劑漿料的水/水泥-水灰比,對強度和可變性有影響。確定了兩組混合狀態;工作性和溢水狀態。在易工作性狀態下，混合在高和低粘合劑含量的混合工作中都能很好地發揮作用。在溢水狀態下，當水/水泥-水灰比相對較高時，必須進行一定程度的混合以產生混合良好的欲改良土壤體。The influence of binder content and mixing work on strength of field stabilised columns: w/c=80%; w/c=100% .圖 顯示了通過80%和100%的粘合劑漿料的水灰比施工欲改良土壤柱的結果。當混合工作能量較低時，粘合劑含量對欲改良土壤柱強度的影響很小。當混合工作能量增強時，粘合劑含量具有對欲改良土壤柱強度的顯著影響。因此;施工應通過使用高粘合劑含量的高混合能量工作進行。另一觀察結果是，當水/水泥比例-水灰比增加時，粘合劑含量的增加減少對欲改良土壤柱的工易性’強度影響較小。該研究的一個重要結論是，穩定土壤的強度是粘合劑含量，水灰比和螺旋鑽’攪拌葉片混合工作能量的組合函數。

軟弱土壤地質改良攪拌工法鑽掘攪拌頭的形狀設計-Mixing tool design

在1970年代和1980年代，在日本和瑞典研究了混合工具幾何形狀的影響（例如Nishibayashi等人，1984;西林等， 1985;維克斯特倫，1979年）。報告中，調查主要是通過相互測試不同的幾何形狀進行的（例如，Dong等人，1996年;1996年;1996年;1996年;1996年;1996年;1996年;1996年;1996年;1996年;1996年;1996年;1996安倍等人， 1997;Al-Tabbaa & Evans， 1999;Aalto & Perkiö， 2000;阿爾托，2001年;拉爾森等人， 1999， 2005a，c;Larsson & Nilsson， 2005）。

關於混合工具的幾何形狀及其在深度混合背景下對混合過程的影響，尚未發表任何基礎科學研究。已經報導的關於工具設計的為數不多的研究具有某種“銷售”性質，通常由私營公司在專門研究設備的會議上或期刊上發表。這當然不是很令人驚訝，因為混合工具幾何形狀是競爭的主要工具之一。因此，無法就混合工具的幾何形狀給出一般性建議。

在模型實驗中，研究比例效應的影響非常重要，例如混合物中的小比例垂直和水平應力。在抽取鑽軸過程中，混合物有粘附在旋轉鑽頭’攪拌翼混合工具上的風險。混合物也可能在葉片之間聚集在一起，特別是當石灰用作粘合劑時。在報告的研究中，沒有對這種影響進行調查或評論。

一個常見的說法是，與單軸相比，多軸佈置通常能提供穩定土壤更好的均勻性（例如Topolnicki，2004）。多軸在柱子之間的重疊區域提供更好的混合似乎是合理的。然而，這種說法是未基於系統性模擬和現場測試（Yoshizawa等人，1997）。關於欲改良土壤中的土壤屬性特徵變異性的進行一般陳述,需要更多的有系統獨立測試。

在20世紀80年代中期，Inoue & Hibino（1985）和Enami等人（1986b）提出了帶有“防拖泥帶水旋轉葉片”( "anti-rotation vanes")的混合工具，可防止混合的材料(結合劑)與工具一起旋轉。這些葉片在土壤中不會旋轉，因此在旋轉的葉片通過時會提供軸旋轉阻力。如圖 深度攪拌工法均勻攪拌的鑽具設計 (Wet deep mixing methods - CDM-Column21)所示，CDM柱21混合工具配有以相反方向旋轉的混合刀片。這種混合工具與工業中已使用的混合工具最相似。

Larsson等人（2005a）研究了攪拌翼片與粘合劑出口孔的關係。測試了簡單的混合工具幾何形狀，如Mixing tools used for the investigation of the influence of the mixing blades in connection with the binder outlet hole圖所示。通過混合工具安裝軸：a）沒有刀片;b） 一對刀片和;c） 兩對刀片，其中出口孔位於螺旋鑽上方約200mm處。通過不帶攪拌翼片的混合工具（a）安裝的柱子有一個圓型孔穴供粘合劑噴出填充，創造軟弱土壤改良體直徑為0.1-0.2米。（b）有一對攪拌翼片提供的混合工具創造了0.6米的全直徑柱子。（c）由兩對攪拌翼片提供的混合工具無法產生全直徑柱，柱子的直徑軸向變化從0.4到0.6米。即使攪拌翼片四個混合翼片組,旋轉次數是a’b組兩倍也無法將粘合劑分佈在整個柱的橫截面上。因此;結論是混合過程中最重要的步驟是粘合劑出口孔連接位置為粘合劑在攪拌翼片形成的孔穴中摻入和鋪展順暢。

被改良土壤的變形和流動性質-Rheological properties of the soil

軟土複雜的流變特性和監測混合過程的困難帶來了工程挑戰。當土壤在中度至高含水量下具有極強的粘性時，細土與粘合劑的混合特別困難。土壤類型及其流變行為對混合過程的效率有相當大的影響。當粉狀生石灰（CaO）用作粘合劑時，一旦石灰與土壤接觸，流變性能就會迅速變化。在軟質土壤中，天然含水量往往接近液限。石灰的摻入導致快速脫水，混合物變得更加膠化且難以工作。需要更大和更密集的混合工作才能將石灰和水泥與粘性粘土混合。相對容易;只需有限的努力即可混合水泥和乾砂以產生具有小濃度變化的混合物。目前尚未對土壤流變學對深度混合中混合過程的影響進行廣泛的研究。

Nishida等人（1996）表明，在具有高靈敏度的粘土中，可以預期更高程度的混合。Larsson等人（2005a）發現，就手動滲透率儀,測試而言，變異係數取決於含水量和液限之間的比例。隨著粘土變得更加可塑性，變異係數增加。然而，需要對土壤-粘合劑混合物流變學對混合過程的影響進行額外的基礎研究。

在高剪切速率下，很難測量和確定部分重塑狀態下軟土的流變行為。在日本，已經研究了在混合過程中使用混合工具作為流變數儀器的可能性（Hata等人，1987;Aoi & Tsujii， 1996;立山等人，1996年）。

結合劑的傳送壓力與量體-Delivery pressure and the amount of air

根據prEN 14679（2005），“在乾混過程中，氣壓應盡可能低，以避免損失結合劑和地表鼓起”。Aalto（2001）在一系列模型測試中表明，空氣量可以顯著影響均勻性和強度特性。然而，輸送壓力和空氣量的影響尚不清楚。粘合劑的摻入和鋪展在由上部刀片形成的孔穴中。出口孔處的氣壓通常不被測量或控制，因為很難測量空氣中的結合劑。在欲改良土體過程中，粘合劑罐中的氣壓根據當前條件進行調整。氣壓必須足夠高，以推升土體造成孔穴並形成通往地面的通道，以便排空空氣。然而，罐壓不應太高，因為這可能導致柱週邊外的氣動壓裂。相對較高的氣壓，大約200至1000 kPa (1kpa=1000n/㎡=1kn/㎡=0.0102kg/cm2)，在瑞典很常見，其名義上足以通過氣動壓裂來壓裂土壤。混合葉片處欲改良土體孔穴的大小和形狀取決於氣壓。在很深的深度，由於欲改良土體所處應力較高，存在形成欲改良土體孔穴太小的風險。創建足夠大的欲改良土體孔穴的難度可能隨著柱徑的增加而增加。高氣壓和氣壓釋放不足可能導致粘合劑的填充不足和不均勻分散，以及混合物的壓實不足，特別是靠近地面。

正如Bredenberg（1999年）所報告，瑞典已經對地下深處的壓力調節進行了測試。然而，粘合劑輸送系統非常複雜，因此氣壓不能快速調節。日本DDM系統（乾式深度混合方法）在嘗試設計通過混合工具軸上的空氣收集翅片調節器壓與空氣量。

在執行乾式深度混合后，地面可以儘快地加載荷重。在化學反應最活躍的早期階段施加盡可能大的壓實和固結應力可能很重要。壓實意味著通過減少充滿空氣的空隙體積來緻密化不飽和土壤，而固結是通過排出水而緻密化。在瑞典，除了混合工具帶來的壓實外，通常不會進行壓實。由於斯堪的納維亞習慣上使用空氣作為粉末粘合劑的運輸介質，因此大量空氣被注入土壤中。除非空氣被抽出，否則混合工具的壓實能力對於混合過程和強度增益可能非常重要。即使是表面壓實也可能產生重大影響。粘合劑和土壤之間的介面面積是混合物品質和分子擴散效率的反應空間。因此，壓實能可能對混合過程產生影響，因為增加的密度減少了粘合劑顆粒和土壤顆粒之間的距離。在日本，粘合劑通常預混合到泥漿中，因此，如果要穩定的土壤是水飽和的，壓實就沒有什麼影響。

Aalto & Perkiö （2000） 和 Aalto （2001） 研究了固化期間固結應力的影響。模型柱在實驗室中分別以爐石水泥’石灰水泥為粘合劑通過乾式深度混合製造。參考無側限壓縮試驗，結果表明，當改良土壤以40 kPa無圍加載時，壓載能量伴隨小變形對強度有顯著影響，Results of model tests showing the unconfined compressive strength vs. retrieval rate圖示。然而，在固化(水化養護)期間，試驗柱卸壓載時強度影響較小。必須提到的是，實驗室模型柱是由低圍壓試驗的，這可能會對強度特性產生影響。對於欲改良土壤柱體，在淺深度時可能會出現同樣的問題。Pousette等人（1999）報告了類似的結果，表明固化過程中的地表壓載力對強度特性有很大的影響，Evaluated unconfined compressive strength for stabilised peat samples consolidated for different loads圖示。

壓實能量對強度增益的影響一直是許多與淺路基穩定相關的研究的主題（例如Bell，1977）。壓實的一個重要因素是粘合劑的摻入和壓實操作（“加速水化”或“固結” -“aging” or “mellowing”）之間的延遲。這種延遲可能會影響壓實性能，在穩定的土壤中產生強度損失（例如Uppal&Bhasin，1979;Sweeney et al.， 1988;Sivapullaiah等人， 1998;Holt & Freer-Hewish， 1998， 2000）。“工作期”( “working period”)，表示從粘合劑摻入到壓實的時間，其中短時間內接續壓載工序可以實現均勻穩定的改良土體柱。延遲的影響亦受粘合劑成分的影響，因此很難得出一般結論。然而，有明確的跡象表明，粘合劑摻入和壓實之間的延遲對強度的影響取決於粘合劑組成比例。延遲越長，強度損失越大，壓實所能達到的密度越低。粘合劑的組成比例(水泥爐石’水泥石灰)在延遲壓載的狀況,對密度和強度的影響可以忽略不計。反之水泥系高比例結合劑，在即時壓載情況下對強度和壓實參數有相當大的影響。

對於水泥穩定土壤，從粘合劑摻入到壓實的時間或工作時間應約為兩個小時。石灰穩定土壤的工作時間稍長，根據英國石灰協會（1990年）的數據長達72小時。對於深度混合，工作時間從幾個小時到幾天，是一個相對較短的時間。很難將工序列的壓載調整加入到短的時間段。因此，粘合劑-土壤混合物的壓實應通過混合工具而不是通過地面上的載荷進行。

使用土壤結合劑來穩定泥炭時，通常在機械混合過程後立即施加1米的壓載填充物(砂)。Åhnberg等人（2001年）在實驗室中研究了石灰-水泥和水泥-爐石穩定泥炭的粘結劑摻入與壓實操作之間的延遲。Unconfined compressive strength vs. loading delay after mixing圖 顯示，水泥爐石穩定的泥炭尤其受到粘合劑摻入和壓實操作之間的延遲的影響。重要的是要關注壓載執行計劃。盡可能，按步驟執行結合劑攪拌作業，在攪拌執行后儘快執行第一次填入壓載。

對於配備攪拌槳葉或類似佈置的旋轉工具，壓實的有效性取決於工具的攪合能力。重要的是，來自混合工具的能量輸入在混合物中軸向向下程序。更重要的是，改良土壤施工引拔向上流程,工具的任何部分都不會抬起材料或導致土壤改良體黏附攪拌工具中,形成均質不佳土壤改良體。

不同因素對軟弱土壤地質改良攪拌工法混合過程的影響的學者意見概述-Author’s opinion

Outline of a literature review and the authors´ opinions表 顯示關於不同因素對混合過程的影響的學者意見概述

軟弱土壤地質改良攪拌工法乾混和濕混的異同Differences and similarities dry - wet

乾混和濕混的相似之處多於差異。所有深度混合方法都屬於同一個物理世界。機械系統可以類似地建立系統。穩定的土壤通常是c’-φ材料，其中強度和變形特性高度相關於有效應力。原土對混合過程和改良後土體特性有重大影響。同樣，執行過程中的欲改良土體混合過程屬於機械能過程。原則上，所有涉及在液體中分散細顆粒的混合過程都可以根據” The mixing process”.分為四個階段。

儘管混合過程基本上乾混和濕混是相同的，但仍有許多具有實際重要性的差異。乾混使用壓縮空氣作為運輸粘合劑的介質具有以下優點;需要相對少量的粘合劑就能獲得必要的強度增益。鑒於鬆散的土壤已經含有大量的水，因此不向土壤中添加更多的水似乎是合乎邏輯的。空氣的添加增加了在軟質土壤材料中混合過程的難度，其流變特性已經非常複雜 在混合過程中，空氣中的粘合劑使石灰和水泥顆粒的潤濕以及結塊欲改良土體的破碎等分散過程複雜化。濕法優選於初始強度高或含水量低的土壤。例如，很難在乾燥的土層中混合乾燥的粘合劑。

一般而言，乾混攪拌工法工作場所設備簡易，無須大量供水，亦無處裡置換出劣質土壤和水泥漿的混合廢土及溢水需求,現場環境維持相對容易（Hioki，2002;安井等人，2005年）,乾混的方法通常不會產生混體廢土’廢水。此外，在設備的尺寸和重量以及空間要求方面也存在差異。使用濕法攪拌工法混合的混體廢土量可能很高，約為處理欲改良土體體積的50%至60%（ORourke&McGinn，2004）。

在北歐乾法中，乾粘結劑從通常放置在混合工具上部葉片的出口孔中摻入土壤中，乾粘結劑出口大約在混合工具底部上方0.4米處。因此，當需要與底層較佳土層良好接觸時，可能會出現問題。一種解決方案是在改良土壤柱底部,混合工具超掘’超攪拌數次。方法的有效性未經證實。

乾式深度混合中常見的Crater formed holes

在地面上形成的坑洞是乾式深度混合中常見的現象，圖Crater formed holes -a

。它們的深度從幾十釐米到幾米不等。這種現象的原因尚不完全清楚，但如果在低敏感土壤（例如泥炭泥-gyttja）上有相對厚實和堅硬的乾燥地殼，則改良土體地表經歷時形成孔洞常見且深。對策為在摻入粘合劑的過程中，應將空氣從改良土體混合物排除兼壓實。低敏感和粘性的土壤使空氣排出困難，造成空氣積聚在改良土體周圍。攪拌混合工具和夾帶的空氣拉動頂部乾燥的地殼，當夾帶的空氣到達表面時，欲改良土體沉陷被壓實形成一個坑狀孔(Crater formed hole)。尚缺在案的標準解決方案來避免形成隕石坑形孔，但承包商通常有自己的解決方案。如果形成孔，用細沙實材料填充和壓實孔非常重要。如果孔洞填充砂石材在未經壓實填平的情況下被過度填充，則存在垂直荷載在改良土體柱子上形成拱頂並將荷載轉移到周圍不穩定的軟土的風險，如圖The formation of vaults in the dry crust over the top of the columns.- b所示。結果造成長時地表沉陷。

在乾燥的改良表土中混合乾式的粘合劑是不當的。缺水土壤不易攪碎拌合，無水化反應發生。此外，欲改良土壤柱體通常在地表(a dry crust)以下0.5至1.0米處終止，以降低結合劑混合改良土體混合物噴出的風險。北歐乾式法改善地表(a dry crust)或低含水量土壤中的混合工法為“Modified Dry Mixing (MDM)”（Gunther等人，2004年）。主要目的是在執行過程中注入水，以便為乾式粘結劑與欲改良土體土壤混合物的混合過程產生合適的含水量。

軟弱土壤地質改良攪拌工法施工引起的地表位移-Ground movements

由於摻入了乾或濕粘合劑，施工過程可能會導致相對較大的地面運動。豐富漿料含量可能導致大的地面運動和大量的擠壓材料擠溢出（例如，Hirai等人，1996年;柿原等人， 1996;內山， 1996;和Väläaho，2000年）。特別是在日本，已經就此問題進行了大量測試。Lateral displacements during installation圖 顯示了深度混合工程期間地面橫向運動的記錄。Lateral displacements during installation圖顯示了測量點所在的三種情況：

(a)測量點與欲改良土體表面處於同一水平;（b）測量點高於欲改良土體表面 ;（c）測量點低下於欲改良土體表面。測量點與欲改良土體表面處於同一水平時，顯示當x/L比小於1.5時，可能會出現10公分以下水平位移。當測量點高於欲改良土體表面，水平橫向運動非常小。測量點低下於欲改良土體表面時，橫向運動可能非常大。

很難確定乾式深層攪拌工法是否比濕式深層攪拌工法引起的地面運動少。Kakihara等人（1996）報告了一項研究，其中並行比較乾’濕混合深層攪拌工法，並得出結論，濕法的橫向運動大於乾法。

北歐國家關於地面移動的調查報告很少。正如Carlsten和Marxmeier（2000）報導的那樣，已經觀察到乾式深層攪拌工法深度混合改良柱體，10米長的柱子有約0.2米的鄰近土體變形。報導在Viberg等人（1999年）的斜坡穩定工作中，水準運動相對較大，約為300毫米。Hallingberg（2005）介紹了由於施工深層攪拌工法石灰水泥柱(lime-cement columns)而導致的地面運動的結果，這些柱子以網格模式-grid pattern程序施工，與現有鐵路平行。現有鐵路中測量的垂直和橫向運動分別高達15毫米和35毫米（x/L≈0.5）。

   深層攪拌工法施工，造成周圍軟土中的孔隙壓力增加。Vriend等人（2000）測量到從施工處深層攪拌工法土體柱到5.5m的測點,有130 kPa孔隙壓力增加。Shen & Miura （1999）和Shen et al. （2003a，b and 2005）研究了施工過程對周圍軟土的影響。提出了一個模型，其中過量的孔隙壓力用壓力和孔隙壓力參數表示。施工過程可能導致柱直徑2-3倍的粘土壓裂。然而，裂縫可以改善孔隙壓力耗散，並作為粘合劑穿透土壤的通道，從而改善鈣離子的遷移。Larsson等人報導了乾式深層攪拌工法由於氣動壓裂導致柱直徑2-3倍的粘土裂痕，通過深度混合和垂直排水的組合可以降低多餘的孔隙水壓力。

減少施工過程中地面變形的一種既定和有效的方法是CDM-LODIC方法（Kamimura等人，2005年）。其原理是在施工過程中去除相當於摻入粘合劑漿料量的土壤。通過土方螺旋鑽將土壤(鑽軸體積)輸送到地表來去除土壤。其他減少位移的方法（Uchiyama，1996年）;預置位移吸收溝渠;空氣回收孔;鋼板樁阻擋及導引宣洩孔隙壓;預置填充膨潤土的螺旋孔（1996）。

日本開發了一種深層土壤改良攪拌工具，其中粘合劑從攪拌混合刀片的末梢加入（Takeda & Hioki， 2005）。粘合劑出口孔放置在攪拌混合刀片的邊緣，通過該孔將空氣粘合劑混合物注入螺旋鑽(auger)提升時的改良土壤柱體。顯示向內注射減少了地面運動，使空氣疏散更有效，並消除了空氣洩漏到周圍環境。

改良土壤柱體的施工順序對地面運動有影響。Masuda et al. （1996） 和 Kakihara et al. （1996） 研究了不同的施工序列，得出了相同的結論。為了盡可能減少地面變形，施工序列應按行(row)進行，遠離相鄰結構，如圖Recommended sequence of installation in relation to adjacent construction.示。是瑞典在現有的鐵路路堤上施工石灰水泥柱的做法。步驟是跳孔施工大約五行，然後再回頭施工補上改良土壤柱體缺孔。

軟弱土壤地質改良攪拌工法在試驗室的模擬- On laboratory mixing

對混合過程的現場研究既困難又昂貴。因此，在實驗室環境中使用具有可控流變特性的材料和具有簡單幾何形狀的混合工具進行基礎研究是合適的。這些工作可以揭示哪些現象可能與現場試驗最相關。它的目的不應是提供直接適用的數據，而是產生結果，為解決實際問題背後的機制提出新的辦法。

為了確保新發現的相關性，實驗室測試必須與現實世界的問題保持密切聯繫。這也將確保問題不會過於簡單化。一些科學家指出，實驗室規模的螺旋鑽或槳式混合應該成為深度混合專案的一個組成部分，因為觀察到實驗室規模測試和全尺寸測試的性質之間的相似性（Al Tabbaa和Evans，1999;拉爾森等人， 1999;Hernandez Martinez & Al-Tabbaa， 2004）。

一種既定的觀點認為，混合過程不能在實驗室中類比（例如Terashi，1997;Bruce et al.， 1998a）。唯一可以模擬的變數是粘合劑的類型和數量。實驗室測試的主要目的是穩定土壤的可能（例如Carlsten，1991）。目的是，應該在混合程度方面產生最佳的改善效果，被視為關注土壤的一種指數（Babasaki等人，1997年）。企圖根據積累的經驗，在實驗室中取得的成果與在實地取得的成果之間建立經驗關係。

軟弱土壤地質改良攪拌工法質量保證和品質控制

PRODUCTION QUALITY CONTROL

質量保證和品質控制在深度混合工作中起著重要和必要的作用。至於地面改善方法的主要部分，有必要調查改善是否會按預期發揮作用，並檢查是否達到了預先假定的強度和變形特性。因此，品質評估必須適應當前的應用和深度混合的目的。主要在減少沉降，掌控變形特性，穩定性提高’強度特性是主要關注點。質量評估也可以指執行控制，即控制摻入粘合劑的量、轉速等。質量保證是一種過程工具，應保證符合設計產品。

深層軟弱土壤攪拌工法-品質控制和質量保證流程 圖。

品質控制可分為實驗室測試、測試軟弱土壤改良柱體現場測試、執行過程中的品質控制、執行后的品質驗證和後續測量。實驗室測試通常提前進行，以檢查目前的土壤是否可以穩定。這些實驗室測試通常包含在品質評估過程中。然而，在現場確定的強度和變形特性可能與實驗室樣品的強度和變形特性有很大不同。關於實驗室測試及其與現場屬性的關係的討論是廣泛的，值得探討。

傳統上，相對於不排水剪切強度的強度一直是主要檢查特徵。其他經常檢查的參數是軟弱土壤攪拌柱體的位置、長度和直徑。控制方法的選擇取決於要測量的特徵，穩定土壤中的預期強度以及執行控制的深度。因此，不同的方法可以根據粘合劑的類型而合適。最終設計應基於現場測量，乾濕混合質量評估之間的主要區別在於強度的預期幅度。品質控制的一項重要及主要任務是軟弱土層的座落和確定軟弱的程度。重要的是改良工法是弱土壤攪拌工法適用於量化對設計人員的預測，或者是適用於量化混合設備的性能。

Puppala& Porbaha（2004）和Puppala等人（2005）介紹了一項關於品質控制實踐的國際興趣調查的結果。結果表明，

弱土壤改良攪拌工法工地試驗方法最受歡迎，強度控制最為重要。CPT(圓錐貫入試驗-Dutch Cone Penetration Test, CPT)受青睞。標準貫入試驗(standard penetration test，SPT)主要用於亞洲，而CPT，vane tests (Vane shear test-葉片剪切試驗)和柱滲透測試-column penetration tests (Column penetration test by penetrometer with two-bladed vanes.-類CPT)主要用於歐洲。使用地球物理測試仍然不頻繁。樣品主要通過岩心取樣以及從測試坑和挖掘中獲取。統計表明;現有文獻的主要限制性是在歐洲、亞洲和美國進行的研究之間缺乏一致性。

軟弱土壤地質改良攪拌工法混合良窳-Mixture quality

質量評估的討論中，首先必須將品質定義為一個概念。使用「品質好」或「壞」的表達不夠清晰的明確。品質控制可能評估強度大小和可變性。品質控制也要評估粘合劑的分佈或強度性質的可變性，用以針對控制和判斷混合過程的關鍵。

軟弱土壤攪拌柱體混合物質量的評估是任何混合研究的核心。混合物品質與混合程度或所需的混合時間需求關聯。混合物混合良好的攪拌能量與攪拌時間將均質混合物定義為「混合物的每個部分的所有成分含量都是均勻的混合物」。同質性一詞對不同的人和不同行業可能意味著不同的產品。因此，該概念僅在與合適且定義明確的量表相關聯時才有用。

在評估軟弱土壤攪拌柱體混合物品質時，有必要區分粘合劑的分佈和欲改良土體特殊性質。除了混合過程的效率外，還涉及許多因素。產品最重要的結果結合操作的有效性，需要使用許多間接測量方法來評估操作的有效性，因為混合設備可以同時執行多種功能，例如破碎欲改良土體和分配粘合劑。

通常，混合程度展現混合物中存在的變化。例如，統計變異係數可用作混合物質量差異的表達。從混合物中取出的樣品只能近似地反映混合物組成物件的分佈情形。分析的樣本越多，近似值就越好。當分析的樣本數較少時，統計分析中假定的誤差將很大。此誤差表示為定義統計值所在邊界的可信區間。可信區間的大小取決於所分析的樣本數和統計可靠性。完全混合可以定義為從混合物中提取的所有樣品都含有與整個混合物相同比例的組成物件或相同性質的狀態。

根據從穩定土壤中取出的樣品中粘合劑含量的測定結果，可以使用混合指數定量評估混合物品質。根據濃度方差，有大量不同的混合指數定義(different mixing indices based on concentration variances)為（Poux等人，1991年）:

結合劑土壤混合濃度方差s2:多樣點濃度的均方變異性。

利用混合指數概念估計均勻性是基於估計濃度方差的能力。假設採樣誤差和分析誤差彼此獨立，混合物的濃度方差可以寫成（Yip and Hersey，1977）：

其中σ2mix是由於混合引起的方差，σ2 analysis是由於分析方法引起的方差，σ2sampling是由於採樣方法和樣品大小引起的方差，σ2purity是由於樣品純度引起的方差。採樣方法和分析方法對總誤差的貢獻可能很大，因此，在研究例如混合過程對均勻性的影響時，能夠估計分析方法和採樣方法的影響並確保樣品自然化非常重要。

混合效率也可以通過將實驗室製備的樣品的強度與從現場取出的樣品的強度進行比較來評估。這種類型的品質評估定義基於這樣的假設，即從實驗室製備的試樣測試中獲得的強度和變形特性是可以達到的最佳結果。設計必須基於實驗室和現場之間差異的經驗。Porbaha等人（1999年）建議使用基於電阻比的基於可靠性的質量指數。電阻比R可以定義為測量強度與設計強度的無量綱比。

註:

無量綱量（也稱為裸量、純量或標量以及維數一的量）

質量指數λ描述了將 R 的期望值與其受限值 1.0 差與標準差數的商:

其中 E[ R] 是期望值，σ [R] 是標準差。電阻比R作為質量指標，因此考慮了設計中的預先假定強度。混合的效率應基於混合物中存在的變化，例如變異係數。使用強度大小作為衡量標準可能會令人困惑，因為高強度並不一定意味著混合物中存在的變化很低。強度大小主要取決於粘合劑的類型和含量，混合的效率則次之。

軟弱土壤攪拌柱體混合物質量管控-Quality control

執行許多參數的持續監控和記錄來監督施工過程。根據CENT C 288，執行控制應包括：

A混合工具的穿透和補償速度(阻尼克服)

B混合工具攪拌裝置的轉速

C 結合劑輸送壓力（在乾混結合劑）

D 粘合劑/漿料的進料速率。

扭矩或其他一些與能量相關的器械參數通常是常態量測。斯堪的納維亞國家施工過程控制還可能涉及記錄;混合深度、結合劑灌注開始時間、被改良土體底部停留時間、被改良土體完成時間、結合劑混合細節、注漿壓力、結合劑總注漿量、被改良土體混合土密度。在施工過程中有時會測量被改良土體孔隙水壓力、垂直和橫向位移量。

軟弱土壤攪拌柱體混合物的試樣-Penetration methods

有許多關於用於穩定土壤品質控制的式樣取得方法的出版物。亞洲和歐洲已經使用或開發了廣泛的貫入方法來評估穩定土壤的品質的試樣。這些方法是常規或專門設計的貫入方法，例如推，拉，旋轉或動態驅動方法。根據一項廣泛的調查，Puppala等人（2004a）最近提出了SPT，CPT和壓力計測試結果的執行和評估協定。Puppala等人（2004b）對測試結果和案例研究的解釋進行了進一步的調查。瑞典柱貫入測試最近由Axelsson& Larsson（2003）審查柱式穿透儀-Column penetration tests

在石灰 - 水泥柱方法開發的早期階段，得出的結論是，由於測試量小且難以知道探頭的確切位置，靜電滲透測試不適合獲得可信賴質量評估（Boman等人，1980）Torstensson（1980a，1980b）與瑞典國家公路管理局合作開發了乾式石灰膠結劑軟弱土壤柱靜電式滲透探頭，當今最常用的柱式滲透儀測試（The lime column probe 圖 a）。查爾姆斯理工大學在20世紀90年代初提出了乾式石灰膠結劑軟弱土壤柱靜電式滲透探頭的進一步發展。該測試被稱為預安裝乾式石灰膠結劑軟弱土壤柱滲透測試（Ekström，1992年）。探頭的形狀保持不變，但測試探頭布設在反方位,取其擾動較低。該方法進一步發展，其中在混合過程中安裝探頭，稱為預安裝的柱體施工中靜電子滲透試驗，Probe for reverse column penetration test 圖 b（Holmqvist，1992）。預安裝乾式石灰膠結劑軟弱土壤柱穿透測試方法目的是在測試期間將探針保持在柱的中心。在乾式石灰膠結劑軟弱土壤柱製造過程中，探頭通常放置在混合工具下方，導線穿過方鑽桿。製造乾式石灰膠結劑軟弱土壤柱時，探頭保持在柱子下方，導線穿過整個乾式石灰膠結劑軟弱土壤柱一直延伸到地表。

乾式石灰膠結劑軟弱土壤柱穿透測試通常根據瑞典指南（SGF，2000）進行，prEN 14679（2005）中描述;在此測試中，探頭應盡可能寬，最好比柱直徑小100毫米。通過將探頭以20 mm / s的速度向下壓入柱中心並連續記錄穿透阻力來執行測試。必要時預鑽改良柱體中心孔，以促進垂直度。根據Ekström（1994），可以使用這種方法測試長達12-15米，抗壓強度高達600-700 kPa的柱子。高強度的局部部分可能會被動態衝擊穿透。探頭可以配備多個葉片，以引導探頭並測試柱橫截面的更大一部分（Halkola，1999）。

results of column penetration tests from Arboga together with results of unconfined compression tests and triaxial tests on 50mm diameter samples圖顯示了Arboga的柱穿透測試結果以及50mm直徑樣品的無側限壓縮測試和三軸測試的結果。在比較中，剪切強度被假定為改良土壤抗壓強度的一半。因為土壤分層和土壤特性的變化,強度特性因被改良土體柱的長度位置而異。上層由灰褐色軟粘土組成，其敏感性低，含水量低於液體極限，當覆蓋應力較低時，很難將粘合劑混合到其中。結果清楚地顯示了測試體積對變異性的影響。由於調查量大，乾式石灰膠結劑軟弱土壤柱穿透測試顯示測試結果的變化較小。不同的穿透測試之間也存在很小的差異。

深層軟弱土壤攪拌工法增加與穩定土壤性質相關的穩定土壤力學系統的知識是迄今為止最重要的研究領域（包括增加有關穩定土壤性質的知識）。執行和品質控制未來研發需求,增加有關穩定土壤變異性的知識，考慮穩定土壤變異性的性質，測量和統計特徵。此外，研究如何使用概率和隨機分析方法來評估穩定土壤變異性的影響，並通過增加理解，評估對設計和施工的影響。明確定義「充分混合品質」。

開發測試方法;測試大部分採樣試體柱橫截面採樣小尺寸。使用的大多數方法都測試與最常見的機械系統相關的體積太小。唯一可靠的測試方法是總採樣(“the only reliable test method today is total sampling, managed by lifting up op the entire column”.)，通過採取整個軟弱土壤地質改良攪拌工法柱品質瞭解”。但缺乏簡單可靠的方法。深層軟弱土壤攪拌工法1999年在斯德哥爾摩舉行的可持續發展會議到2005年這段時期，深度混合方法已經是鞏固和成熟的時期。深度混合已被世界所接受。