[工學(xué)]第三水泥土攪拌樁圍護

1、深基坑工程深基坑工程王志斌王志斌湖南科技大學(xué)城市地下工程系湖南科技大學(xué)城市地下工程系深深 基基 坑坑 工工 程程20112011年年8 8月月深基坑工程深基坑工程第三章第三章 水泥土攪拌樁圍護水泥土攪拌樁圍護3.1 3.1 概述概述1.概念：水泥土深層攪拌樁又稱概念：水泥土深層攪拌樁又稱攪拌樁攪拌樁擋墻，擋墻，是加固軟土地基的一種新方法，是加固軟土地基的一種新方法，它是利用水泥、石灰等材料作為固化它是利用水泥、石灰等材料作為固化劑，通過深層攪拌機械，將軟土和固劑，通過深層攪拌機械，將軟土和固化劑（漿液或粉體）強制攪拌，利用化劑（漿液或粉體）強制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物固化劑和

2、軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理理-化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的樁體。性、水穩(wěn)定性和一定強度的樁體。深基坑工程深基坑工程 2.發(fā)展發(fā)展 mixed-in-place method mip(mixed-in-place method mip(美國美國) ) deep mixing method (deep mixing method (日本日本) ) 固化劑固化劑采用水泥或石灰；采用水泥或石灰； 支擋高度，國內(nèi)最深支擋高度，國內(nèi)最深9m9m。深基坑工程深基坑工程l 3.3.適應(yīng)條件及范圍適應(yīng)條件及范圍 特點：施工無震動、噪音、無廢水泥漿；坑內(nèi)無需

3、支撐拉錨，優(yōu)良的抗特點：施工無震動、噪音、無廢水泥漿；坑內(nèi)無需支撐拉錨，優(yōu)良的抗?jié)B特性。滲特性。 適應(yīng)條件：深層攪拌樁最適宜于各種成因的飽和軟粘土，包括淤泥、淤適應(yīng)條件：深層攪拌樁最適宜于各種成因的飽和軟粘土，包括淤泥、淤泥質(zhì)土、粘土和粉質(zhì)粘土等。一般認(rèn)為含有高嶺石、多水高嶺石與蒙脫泥質(zhì)土、粘土和粉質(zhì)粘土等。一般認(rèn)為含有高嶺石、多水高嶺石與蒙脫石等粘土礦物的軟土加固效果較好；含有伊利石、氯化物等粘性土以及石等粘土礦物的軟土加固效果較好；含有伊利石、氯化物等粘性土以及有機質(zhì)含量高、酸堿度（有機質(zhì)含量高、酸堿度（phph值）較低的粘性土的加固效果較差。值）較低的粘性土的加固效果較差。 加固和支護深

4、度：國外最大深度加固和支護深度：國外最大深度60m 60m ，國內(nèi)一般最大加固深度，國內(nèi)一般最大加固深度151518m18m。直徑直徑500500600mm600mm。近年來廣泛應(yīng)用于近年來廣泛應(yīng)用于5 57m7m深基坑圍護結(jié)構(gòu)。深基坑圍護結(jié)構(gòu)。 用于樁間止水。用于樁間止水。 一般采用一般采用425425普通硅酸鹽水泥或礦渣水泥作為固化劑普通硅酸鹽水泥或礦渣水泥作為固化劑深基坑工程深基坑工程3.2 3.2 水泥土的加固機理與特性水泥土的加固機理與特性3.2.1 3.2.1 水泥土的加固機理水泥土的加固機理水泥土主要反應(yīng)有：水泥土主要反應(yīng)有：（1 1）水泥的水解和水化反應(yīng)）水泥的水解和水化反應(yīng)（

5、2 2）粘土顆粒與水泥水化物的作用）粘土顆粒與水泥水化物的作用（3 3）碳酸化作用）碳酸化作用深基坑工程深基坑工程3.2.2 3.2.2 水泥土的特性水泥土的特性1.物理力學(xué)特性物理力學(xué)特性p重度重度：比軟土大：比軟土大0.7%2.3%p無側(cè)限抗壓強度無側(cè)限抗壓強度qu=0.54.0mpap內(nèi)聚力內(nèi)聚力c=0.20.3qup內(nèi)摩擦角內(nèi)摩擦角=20302.水泥攪拌樁的施工參數(shù)水泥攪拌樁的施工參數(shù)p摻入比：水泥重量與被加固土體的重量之比，一般為摻入比：水泥重量與被加固土體的重量之比，一般為7%15%p攪拌次數(shù)：攪拌頭從上到下或從下到上運動的次數(shù)，三攪三噴、三攪攪拌次數(shù)：攪拌頭從上到下或從下到上運動

6、的次數(shù)，三攪三噴、三攪一噴等一噴等p水灰比：規(guī)范為水灰比：規(guī)范為0.40.6，實際，實際0.60.7深基坑工程深基坑工程3.3.影響水泥攪拌質(zhì)量的主要因素影響水泥攪拌質(zhì)量的主要因素（1 1）固化劑和外加劑）固化劑和外加劑 （2 2）水泥的摻合量）水泥的摻合量 （3 3）齡期）齡期 （4 4）土的含水量）土的含水量 （5 5）土質(zhì)的影響）土質(zhì)的影響 （6 6）有機質(zhì)含量和砂粒的含量）有機質(zhì)含量和砂粒的含量 （7 7）攪拌的方法與時間）攪拌的方法與時間 深基坑工程深基坑工程3.3 3.3 水泥土攪拌樁圍護的設(shè)計與計算水泥土攪拌樁圍護的設(shè)計與計算1.1.設(shè)計原則設(shè)計原則（1 1）技術(shù)先進；（）技術(shù)先

7、進；（2 2）施工可行；（）施工可行；（3 3）安全可靠；（）安全可靠；（4 4）經(jīng)濟合理。）經(jīng)濟合理。2.2.進行設(shè)計時應(yīng)綜合考慮下列因素：進行設(shè)計時應(yīng)綜合考慮下列因素：（1 1）基坑的幾何尺寸、形狀、開挖深度；）基坑的幾何尺寸、形狀、開挖深度；（2 2）工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件：土層分布及其物理力學(xué)性質(zhì)，地下水情況；）工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件：土層分布及其物理力學(xué)性質(zhì)，地下水情況；（3 3）支護結(jié)構(gòu)所受的荷載及大??；）支護結(jié)構(gòu)所受的荷載及大??；（4 4）基坑周圍的環(huán)境、建筑、道路及地下管線情況。）基坑周圍的環(huán)境、建筑、道路及地下管線情況。深基坑工程深基坑工程3.水泥土攪拌樁的布置形式水泥土攪拌

8、樁的布置形式 水泥土攪拌樁是一種具有一定剛性的脆性材料所構(gòu)成，抗壓強度水泥土攪拌樁是一種具有一定剛性的脆性材料所構(gòu)成，抗壓強度遠(yuǎn)大于抗拉強度。一般采用水泥土攪拌樁作圍護結(jié)構(gòu)以遠(yuǎn)大于抗拉強度。一般采用水泥土攪拌樁作圍護結(jié)構(gòu)以“重力式重力式”擋擋墻為宜。墻為宜。深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程4.4.構(gòu)造要求構(gòu)造要求格柵布置格柵布置時，水泥土的時，水泥土的置換率置換率對于淤泥不宜小于對于淤泥不宜小于0.8，淤泥質(zhì)土不宜小，淤泥質(zhì)土不宜小于于0.7，一般粘性土及砂土不宜小于，一般粘性土及砂土不宜小于0.6；格柵長寬比不宜大于；格柵長寬比不宜大于2 ；樁

9、與樁之間的樁與樁之間的搭接寬度搭接寬度 ：考慮截水作用時，樁的有效搭接寬度不宜?。嚎紤]截水作用時，樁的有效搭接寬度不宜小于于150mm；當(dāng)不考慮截水作用時，搭接寬度不宜小于；當(dāng)不考慮截水作用時，搭接寬度不宜小于100mm。不能滿足要求不能滿足要求時，宜采用基坑內(nèi)側(cè)土體時，宜采用基坑內(nèi)側(cè)土體加固加固或水泥土墻或水泥土墻插筋插筋、加混凝、加混凝土面板及土面板及加大嵌固深度加大嵌固深度等措施。等措施。深基坑工程深基坑工程5.5.水泥土擋墻的破壞模式水泥土擋墻的破壞模式（1 1）傾覆破壞；）傾覆破壞；（2 2）地基整體破壞；）地基整體破壞；（3 3）墻趾外移破壞；）墻趾外移破壞；（4 4）因墻體強度不

10、足引起的破壞。因墻體強度不足引起的破壞。深基坑工程深基坑工程6.6.水泥土擋墻的計算水泥土擋墻的計算 墻體尺寸的確定墻體尺寸的確定 抗傾覆穩(wěn)定計算抗傾覆穩(wěn)定計算 抗滑移穩(wěn)定計算抗滑移穩(wěn)定計算 整體穩(wěn)定驗算整體穩(wěn)定驗算 抗?jié)B驗算抗?jié)B驗算 墻體應(yīng)力驗算墻體應(yīng)力驗算 基底地基承載力驗算基底地基承載力驗算 格倉壓力驗算格倉壓力驗算 水泥土擋墻水平位移的計算水泥土擋墻水平位移的計算 一般情況下，墻體強度不成為設(shè)計的控制條件，而以結(jié)構(gòu)和邊坡一般情況下，墻體強度不成為設(shè)計的控制條件，而以結(jié)構(gòu)和邊坡的整體穩(wěn)定控制設(shè)計。的整體穩(wěn)定控制設(shè)計。深基坑工程深基坑工程（1 1）墻體尺寸確定）墻體尺寸確定先按經(jīng)驗確定擋墻

11、寬度和插入深度：先按經(jīng)驗確定擋墻寬度和插入深度： b=b=（0.60.60.80.8）h h d= d=（0.80.81.21.2）h h（2 2）土壓力計算）土壓力計算深基坑工程深基坑工程墻后主動土壓力 /2245224521222cchtgtgqhhea022022012222aaaaaaaaapzkc kzpc kcpzkccc kk 深基坑工程深基坑工程墻前被動土壓力墻前被動土壓力 245tg2245tg2122dpdddhche深基坑工程深基坑工程(3)(3)抗傾覆計算抗傾覆計算按重力式擋墻計算墻體繞前趾按重力式擋墻計算墻體繞前趾a a的抗傾覆安全系數(shù)的抗傾覆安全系數(shù) ，不小于，不小

12、于(1.0(1.01.1). 1.1). rddp1p22a0111322()/32amkmhehebwh k qe hz深基坑工程深基坑工程(4)(4)抗滑移計算抗滑移計算按重力式擋墻計算墻體沿底面滑動的安全系數(shù)：按重力式擋墻計算墻體沿底面滑動的安全系數(shù)：ap00ctgeebcwk(5)(5)墻身應(yīng)力驗算墻身應(yīng)力驗算 墻體所驗算截面處的法向應(yīng)力、剪應(yīng)力按下式進行墻體所驗算截面處的法向應(yīng)力、剪應(yīng)力按下式進行 ：kqbwu1kbe 深基坑工程深基坑工程（6 6）整體穩(wěn)定驗算）整體穩(wěn)定驗算深基坑工程深基坑工程7.7.減小水泥土擋墻位移的措施減小水泥土擋墻位移的措施墻體加墩或墻體起拱墻體加墩或墻體起

13、拱墻頂插筋墻頂插筋坑底加固坑底加固深基坑工程深基坑工程3.4 3.4 水泥土攪拌樁圍護的施工要點水泥土攪拌樁圍護的施工要點水泥土的配方設(shè)計水泥土的配方設(shè)計 1 1）根據(jù)設(shè)計工程荷載大小的要求，確定需用的水泥土標(biāo)準(zhǔn)強度）根據(jù)設(shè)計工程荷載大小的要求，確定需用的水泥土標(biāo)準(zhǔn)強度 2 2）根據(jù)地基土的性質(zhì)，選用水泥土的配方。）根據(jù)地基土的性質(zhì)，選用水泥土的配方。 對于一般粘性土地基，可按含水量的大小，初步選擇水泥系固化劑和對于一般粘性土地基，可按含水量的大小，初步選擇水泥系固化劑和外加劑的品種及摻合量外加劑的品種及摻合量 。 對于含水量大于對于含水量大于70%70%或有機質(zhì)含量較高的地基土，則應(yīng)根據(jù)地基

14、土對或有機質(zhì)含量較高的地基土，則應(yīng)根據(jù)地基土對ca(oh)ca(oh)2 2吸收量的不同，選擇合適的水泥系固化劑。吸收量的不同，選擇合適的水泥系固化劑。深基坑工程深基坑工程1.施工機械施工機械深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程2.2.攪拌工藝攪拌工藝合適的配方還需采用合適的機具和工藝流程才能保證水泥土達(dá)到設(shè)計合適的配方還需采用合適的機具和工藝流程才能保證水泥土達(dá)到設(shè)計強度。如果機具和工藝不適用，或重心不穩(wěn)，或攪拌的功率和噴漿力強度。如果機具和工藝不適

15、用，或重心不穩(wěn)，或攪拌的功率和噴漿力不足，常常造成只攪拌不噴漿，只轉(zhuǎn)動不攪拌，土體呈同心圓轉(zhuǎn)動或不足，常常造成只攪拌不噴漿，只轉(zhuǎn)動不攪拌，土體呈同心圓轉(zhuǎn)動或擺動，其后果是泥漿、泥塊、水泥漿分離，拌和不勻，上下不均一，擺動，其后果是泥漿、泥塊、水泥漿分離，拌和不勻，上下不均一，強度差異懸殊，總強度很低。因此，對不同土類、不同深度的加固體強度差異懸殊，總強度很低。因此，對不同土類、不同深度的加固體應(yīng)分別采用不同的機具和工藝流程，包括：攪拌機的功率，攪拌頭的應(yīng)分別采用不同的機具和工藝流程，包括：攪拌機的功率，攪拌頭的類型，噴漿的壓力和攪拌的流程等。類型，噴漿的壓力和攪拌的流程等。深基坑工程深基坑工程對于打入深度在對于打入深度在812m812m的攪拌樁，攪拌機的功率可用的攪拌樁，攪拌機的功率可用3545kw3545kw和軸桿直和軸桿直徑徑mmmm的單軸和雙軸攪拌頭。對于深度超過的單軸和雙軸攪拌頭。對于深度超過20m20m的攪拌樁，攪拌機的功的攪拌樁，攪拌機的功率應(yīng)增大至率應(yīng)增大至5560kw5560kw，攪拌頭的直徑，噴射壓力也相應(yīng)增大。一般采，攪拌頭的直徑，噴射壓力也相應(yīng)增大。一般采用的工藝流程如圖所