第06章2016-本科地基處理-化學(xué)加固法【20160523】

1、概述概述l化學(xué)加固法：化學(xué)加固法：利用水泥漿液或其他化學(xué)漿液，通過灌注壓入、高壓噴射利用水泥漿液或其他化學(xué)漿液，通過灌注壓入、高壓噴射和機(jī)械攪拌，使?jié){液與土顆粒膠結(jié)起來，以改善地基土的和機(jī)械攪拌，使?jié){液與土顆粒膠結(jié)起來，以改善地基土的物理力學(xué)性質(zhì)的地基處理方法。物理力學(xué)性質(zhì)的地基處理方法。漿液材料：水泥、水玻璃、木質(zhì)素、丙烯酰胺、紙漿液漿液材料：水泥、水玻璃、木質(zhì)素、丙烯酰胺、紙漿液施工工藝：注漿、旋噴、機(jī)械攪拌施工工藝：注漿、旋噴、機(jī)械攪拌高壓噴射注漿法高壓噴射注漿法2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代始于日本年代始于日本旋噴樁旋噴樁防滲帷幕防滲帷幕單管旋噴注漿單管旋噴注漿（Chemical chu

2、rning pileChemical churning pile）20MPa20MPa漿液漿液二重管旋噴注漿二重管旋噴注漿(Jumbo special grout)(Jumbo special grout)20MPa20MPa漿液漿液+0.7MPa+0.7MPa壓縮空氣壓縮空氣三重管旋噴注漿三重管旋噴注漿(Column Jet Pile)(Column Jet Pile)20MPa20MPa高壓水高壓水+0.7MPa+0.7MPa壓縮空氣壓縮空氣+2-5MPa+2-5MPa漿液漿液多重管旋噴注漿多重管旋噴注漿(Super soil stabilization)(Super soil stabi

3、lization)40MPa40MPa高壓水高壓水+(+(漿液、砂漿、礫石等）漿液、砂漿、礫石等）高壓噴射注漿法特點(diǎn)高壓噴射注漿法特點(diǎn)l適用范圍廣適用范圍廣:建設(shè)前、竣工后的托換建設(shè)前、竣工后的托換l施工簡便：施工簡便：50300mm小孔，可成小孔，可成0.44.0m固結(jié)體固結(jié)體l可控制固結(jié)體形狀可控制固結(jié)體形狀l可垂直、傾斜和水平噴射可垂直、傾斜和水平噴射l耐久性好，可用于永久性工程耐久性好，可用于永久性工程l料源廣：可摻入不同類型外摻劑，以實(shí)現(xiàn)速凝、抗料源廣：可摻入不同類型外摻劑，以實(shí)現(xiàn)速凝、抗凍、耐蝕、不沉淀凍、耐蝕、不沉淀l設(shè)備簡單：結(jié)構(gòu)緊湊、體積小設(shè)備簡單：結(jié)構(gòu)緊湊、體積小高壓噴射注

4、漿法適用范圍高壓噴射注漿法適用范圍l淤泥、淤泥質(zhì)土、黏性土、粉土、黃土、砂填土淤泥、淤泥質(zhì)土、黏性土、粉土、黃土、砂填土和碎石土等地基；和碎石土等地基；l對(duì)地下水流量大、漿液無法凝固、永久凍土及對(duì)對(duì)地下水流量大、漿液無法凝固、永久凍土及對(duì)水泥有嚴(yán)重腐蝕的地基不宜采用；水泥有嚴(yán)重腐蝕的地基不宜采用；加固機(jī)理加固機(jī)理2mmPQvAv空氣中噴射空氣中噴射破壞力（破壞力（kN）密度（密度（kg/m3）流量（流量（m3/s）噴射流的平均速度（噴射流的平均速度（m/s）噴射斷面積（噴射斷面積（m2）1) 高壓射流對(duì)土體的破壞作用高壓射流對(duì)土體的破壞作用2) 高壓旋噴成樁機(jī)理高壓旋噴成樁機(jī)理設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算

5、根據(jù)國內(nèi)外施工經(jīng)驗(yàn)確定，定噴及擺噴的有效長度約為旋根據(jù)國內(nèi)外施工經(jīng)驗(yàn)確定，定噴及擺噴的有效長度約為旋噴樁直徑的噴樁直徑的1.01.5倍。旋噴樁可采用矩形或梅花形布置。倍。旋噴樁可采用矩形或梅花形布置。1) 旋噴直徑確定旋噴直徑確定單位單位m2) 地基承載力計(jì)算地基承載力計(jì)算1aspkskpRfmm fAfspk：復(fù)合地基承載力特征值：復(fù)合地基承載力特征值(kPa)；fsk:處理后樁間土承載力特征值處理后樁間土承載力特征值(kPa);m：面積置換率；：面積置換率；Ap：單樁平均截面積：單樁平均截面積(m2)；Beta:樁間土承載力折減系數(shù)，無資料時(shí)取樁間土承載力折減系數(shù)，無資料時(shí)取00.5；Ra

6、:單樁豎向承載力特征值單樁豎向承載力特征值(kN);acupRf A1naisippiRdhqA qfcu：與旋噴樁樁身水泥土配比相同的室內(nèi)加固土試塊在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條：與旋噴樁樁身水泥土配比相同的室內(nèi)加固土試塊在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下件下28d齡期的立方體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值齡期的立方體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值(kPa)；yita:樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，可取樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，可取0.33;d：樁體：樁體平均直徑平均直徑(m)；n：樁長范圍內(nèi)所劃分的層數(shù)；：樁長范圍內(nèi)所劃分的層數(shù)；hi:樁周第樁周第i層的厚度（層的厚度（m）；）；qsi:樁周第樁周第i層土的摩阻力特征值層土的摩阻力特征值(kPa);qp：樁端地基土

7、未經(jīng)修正的承載力特征值（：樁端地基土未經(jīng)修正的承載力特征值（kPa）；）；3) 地基變形計(jì)算地基變形計(jì)算樁長范圍內(nèi)復(fù)合土層與下臥地基變形之和，其樁長范圍內(nèi)復(fù)合土層與下臥地基變形之和，其中復(fù)合土層的壓縮模量可按下式計(jì)算：中復(fù)合土層的壓縮模量可按下式計(jì)算：1spspEm EmE4) 防滲堵水設(shè)計(jì)防滲堵水設(shè)計(jì)此類工程設(shè)計(jì)時(shí)，最好按雙排或三排布置孔位，形成帷幕，此類工程設(shè)計(jì)時(shí)，最好按雙排或三排布置孔位，形成帷幕，孔距孔距1.73R0（R0為旋噴樁設(shè)計(jì)半徑），排距為旋噴樁設(shè)計(jì)半徑），排距1.5R0，最經(jīng)濟(jì)。，最經(jīng)濟(jì)。22022LeR若想增加每排旋噴樁交圈厚度若想增加每排旋噴樁交圈厚度e e，可適當(dāng)縮小孔

8、距，按下式，可適當(dāng)縮小孔距，按下式考慮：考慮：定噴和擺噴作為防滲堵水施工方法：定噴和擺噴作為防滲堵水施工方法：5) 漿量計(jì)算漿量計(jì)算221 1022144eQD K hD K hQ： 需要用漿量需要用漿量(m3)；De: 旋噴樁體直徑旋噴樁體直徑(m)；D0：注漿管直徑（：注漿管直徑（m）；）；K1: 填充率（填充率（0.75-0.9）；）；h1: 旋噴長度旋噴長度(m);K2：未旋噴范圍土的填充率（：未旋噴范圍土的填充率（0.5-0.75）；）；h2：未旋噴長度（：未旋噴長度（m）；）；Beta：損失系數(shù)，通常?。簱p失系數(shù)，通常取0.1-0.2.a.a.體積法：體積法：a.a.噴量法：噴量法

9、：1HQqvQ： 需要用漿量需要用漿量(m3)；v: 提升速度提升速度(m/min)；H： 噴射長度（噴射長度（m）；）；q: 單位時(shí)間噴漿量（單位時(shí)間噴漿量（m3/min）；）；Beta：損失系數(shù)，通常?。簱p失系數(shù)，通常取0.1-0.2.5) 漿液材料漿液材料l有良好的可噴性有良好的可噴性：國內(nèi)水泥漿為主劑，：國內(nèi)水泥漿為主劑，1:11.5:11:11.5:1即可保證較即可保證較好噴射效果；好噴射效果；l足夠的穩(wěn)定性足夠的穩(wěn)定性: :漿液在初凝前析水率小，水泥的沉降速度慢，漿液在初凝前析水率小，水泥的沉降速度慢，分散性好以及漿液混合后經(jīng)高壓噴射而不改變其物理化學(xué)性質(zhì)；分散性好以及漿液混合后經(jīng)

10、高壓噴射而不改變其物理化學(xué)性質(zhì)；l氣泡少氣泡少：若漿液帶大量氣泡，則固結(jié)體硬化后會(huì)有氣孔，降低：若漿液帶大量氣泡，則固結(jié)體硬化后會(huì)有氣孔，降低噴射固結(jié)體的密度，導(dǎo)致其強(qiáng)度及抗?jié)B性降低；噴射固結(jié)體的密度，導(dǎo)致其強(qiáng)度及抗?jié)B性降低；l良好的力學(xué)性質(zhì)良好的力學(xué)性質(zhì)；l無毒無臭無毒無臭：不污染環(huán)境和傷害人體，凝膠體為不溶和非易燃易：不污染環(huán)境和傷害人體，凝膠體為不溶和非易燃易爆物，漿液對(duì)注漿設(shè)備、管路無腐蝕性并容易清洗；爆物，漿液對(duì)注漿設(shè)備、管路無腐蝕性并容易清洗；l結(jié)石率高結(jié)石率高：固化后固結(jié)體有一定粘結(jié)性，牢固與土粒相粘結(jié)；：固化后固結(jié)體有一定粘結(jié)性，牢固與土粒相粘結(jié)；l合適的膠凝時(shí)間合適的膠凝時(shí)間

11、：從漿液開始配制起，到土體混合后逐漸失去：從漿液開始配制起，到土體混合后逐漸失去其流動(dòng)性為止的這段時(shí)間；其流動(dòng)性為止的這段時(shí)間；質(zhì)量檢驗(yàn)質(zhì)量檢驗(yàn)l檢驗(yàn)內(nèi)容：檢驗(yàn)內(nèi)容：固結(jié)體質(zhì)量檢查：樁體整體性和均勻性、有效直徑、垂直固結(jié)體質(zhì)量檢查：樁體整體性和均勻性、有效直徑、垂直度、強(qiáng)度特性（樁的軸向壓力、水平力、抗酸堿性、抗凍度、強(qiáng)度特性（樁的軸向壓力、水平力、抗酸堿性、抗凍性和抗?jié)B性等）、溶蝕和耐久性能；性和抗?jié)B性等）、溶蝕和耐久性能；注漿效果：承載力、防滲帷幕滲透系數(shù)測(cè)試；注漿效果：承載力、防滲帷幕滲透系數(shù)測(cè)試；l檢驗(yàn)方法：檢驗(yàn)方法：開挖；鉆孔取芯；標(biāo)貫；載荷試驗(yàn)開挖；鉆孔取芯；標(biāo)貫；載荷試驗(yàn)水泥土攪

12、拌法水泥土攪拌法l北歐北歐 瑞典（粉）；瑞典（粉）；l日本日本 港灣技術(shù)研究所（漿）港灣技術(shù)研究所（漿）l加固飽和黏土地基；水泥（或石灰）等材料作為固化劑，加固飽和黏土地基；水泥（或石灰）等材料作為固化劑，通過攪拌機(jī)械，在地基深處就地將軟土與固化劑（漿液或通過攪拌機(jī)械，在地基深處就地將軟土與固化劑（漿液或粉體）強(qiáng)制攪拌，由固化劑和軟土間產(chǎn)生一系列物理和化粉體）強(qiáng)制攪拌，由固化劑和軟土間產(chǎn)生一系列物理和化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強(qiáng)度的學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強(qiáng)度的水泥加固土，從而提高地基強(qiáng)度和增大變形模量。水泥加固土，從而提高地基強(qiáng)度和增大變形模量。l水泥

13、漿攪拌（深層攪拌法）；粉體噴射攪拌法水泥漿攪拌（深層攪拌法）；粉體噴射攪拌法Favorable Soil Properties FHWA NHI-04-001 (2004)水泥土水泥土攪拌攪拌樁優(yōu)點(diǎn)樁優(yōu)點(diǎn)l利用了原狀土利用了原狀土l不會(huì)使地基側(cè)向擠出，減小對(duì)周圍建筑物的影響不會(huì)使地基側(cè)向擠出，減小對(duì)周圍建筑物的影響l設(shè)計(jì)比較靈活設(shè)計(jì)比較靈活l施工無振動(dòng)噪音和污染，可在市區(qū)和密集建筑物中進(jìn)行施工施工無振動(dòng)噪音和污染，可在市區(qū)和密集建筑物中進(jìn)行施工l土體加固后重度不變，對(duì)軟弱下臥層不產(chǎn)生附加沉降土體加固后重度不變，對(duì)軟弱下臥層不產(chǎn)生附加沉降l與剛性樁相比，節(jié)省鋼材降低造價(jià)與剛性樁相比，節(jié)省鋼材降低

14、造價(jià)l布樁形式靈活布樁形式靈活1 1）水泥的水解和水化反應(yīng)）水泥的水解和水化反應(yīng)普通硅酸鹽水泥主要由氧化鈣、二氧化硅、三氧化二鋁、三普通硅酸鹽水泥主要由氧化鈣、二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵及三氧化二硫等組成；處理軟土?xí)r，不同氧化物分氧化二鐵及三氧化二硫等組成；處理軟土?xí)r，不同氧化物分別形成不同的水泥礦物：硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、別形成不同的水泥礦物：硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣、硫酸鈣等。鐵鋁酸四鈣、硫酸鈣等。水泥顆粒表面的礦物很快與軟土中的水發(fā)生水解和水化反應(yīng)，水泥顆粒表面的礦物很快與軟土中的水發(fā)生水解和水化反應(yīng)，生成氫氧化鈣、含水硅酸鈣、含水鋁酸鈣及含水鐵酸鈣等化生成

15、氫氧化鈣、含水硅酸鈣、含水鋁酸鈣及含水鐵酸鈣等化合物。合物。2 2）粘土顆粒與水泥水化物作用）粘土顆粒與水泥水化物作用攪拌樁加固機(jī)理攪拌樁加固機(jī)理(1)硅酸三鈣（硅酸三鈣（3CaOSiO2）：在水泥中含量最高（約占全重的：在水泥中含量最高（約占全重的50左右），是左右），是決決定強(qiáng)度的主要因素定強(qiáng)度的主要因素。 2(3CaOSiO2)+6H2O3CaO2SiO23H2O +3Ca(OH)2(2)硅酸二鈣（硅酸二鈣（2CaOSiO2）：在水泥中含量較高（約占全重的：在水泥中含量較高（約占全重的25左右），它左右），它主主要產(chǎn)生后期強(qiáng)度要產(chǎn)生后期強(qiáng)度。 2(2CaOSiO2)+4H2O3CaO2S

16、iO23H2O +Ca(OH)2(3)鋁酸三鈣（鋁酸三鈣（3CaOAl2O3）：占水泥重量的：占水泥重量的10，水化速度最快，促進(jìn)早凝水化速度最快，促進(jìn)早凝。 3CaOAl2O3+12H2O+ Ca(OH)23CaOAl2O3Ca(OH)2 12H2O (4)鐵鋁酸四鈣（鐵鋁酸四鈣（4CaOAl2O3Fe2O3）：占水泥重量的：占水泥重量的10，能，能促進(jìn)早期強(qiáng)度促進(jìn)早期強(qiáng)度。 4CaOAl2O3Fe2O3+ 2Ca(OH)2 +10H2O3CaOAl2O36H2O+ 3CaOFe2O36H2O（5）硫酸鈣（硫酸鈣（CaSO4）：）：變自由水為結(jié)晶水變自由水為結(jié)晶水，減少量約為水泥桿菌重的，減

17、少量約為水泥桿菌重的46%，具具膨脹作用膨脹作用。 3CaSO4+3CaOA12O3+32H2O3CaOAl2O33CaSO432H2O 水泥的水解和水化反應(yīng)水泥的水解和水化反應(yīng)黏土顆粒與水泥水化物的作用黏土顆粒與水泥水化物的作用 （1 1）離子交換和團(tuán)粒化作用）離子交換和團(tuán)?；饔灭ね梁退Y(jié)合時(shí)就表現(xiàn)出一種膠體特征黏土和水結(jié)合時(shí)就表現(xiàn)出一種膠體特征，例如土中含量最多的二氧化硅遇水，例如土中含量最多的二氧化硅遇水后，后，形成硅酸膠體微粒，其表面帶有鈉離子形成硅酸膠體微粒，其表面帶有鈉離子Na+Na+或鉀離子或鉀離子K+K+，它們能和水泥，它們能和水泥水化生成的鈣離子水化生成的鈣離子Ca2+Ca

18、2+進(jìn)行當(dāng)量吸附交換進(jìn)行當(dāng)量吸附交換，使較小的土顆粒形成較大的土團(tuán)，使較小的土顆粒形成較大的土團(tuán)粒，從而使土體強(qiáng)度提高。粒，從而使土體強(qiáng)度提高。水泥水化生成的凝膠粒子的比表面積比原水泥顆粒大水泥水化生成的凝膠粒子的比表面積比原水泥顆粒大10001000倍倍，因而產(chǎn)生很大，因而產(chǎn)生很大的表面能，有強(qiáng)烈的吸附活性，能使較大的土團(tuán)粒進(jìn)一步結(jié)合起來，形成水的表面能，有強(qiáng)烈的吸附活性，能使較大的土團(tuán)粒進(jìn)一步結(jié)合起來，形成水泥土的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，并封閉各土團(tuán)之間的空隙，形成堅(jiān)固的聯(lián)結(jié)。從宏觀上來泥土的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，并封閉各土團(tuán)之間的空隙，形成堅(jiān)固的聯(lián)結(jié)。從宏觀上來看也就是使水泥土的強(qiáng)度大大提高?？匆簿褪鞘顾嗤恋膹?qiáng)

19、度大大提高。SiO2+Ca(OH)2+nH20CaOSiO2(n+1)H2O(A12O3) (CaOA12O3(n+1)H2O)（2 2）硬凝反應(yīng)）硬凝反應(yīng) 隨水泥水化反應(yīng)的深入，溶液中析出大量的鈣離子，當(dāng)其數(shù)量超過上述隨水泥水化反應(yīng)的深入，溶液中析出大量的鈣離子，當(dāng)其數(shù)量超過上述離子交換的需要量后，則在堿性的環(huán)境中，能使組成粘土礦物的二氧化離子交換的需要量后，則在堿性的環(huán)境中，能使組成粘土礦物的二氧化硅及三氧化二鋁的一部分或大部分與鈣離子進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。隨著反應(yīng)的硅及三氧化二鋁的一部分或大部分與鈣離子進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。隨著反應(yīng)的深入，逐漸生成不溶于水的穩(wěn)定的結(jié)晶化合物，增大了水泥土的強(qiáng)度。深入，逐

20、漸生成不溶于水的穩(wěn)定的結(jié)晶化合物，增大了水泥土的強(qiáng)度。 （3）碳酸化作用）碳酸化作用 水泥水化物中游離的氫氧化鈣能吸收空氣中的二氧化碳，發(fā)生碳酸化水泥水化物中游離的氫氧化鈣能吸收空氣中的二氧化碳，發(fā)生碳酸化反應(yīng)，生成溶于水的碳酸鈣：反應(yīng)，生成溶于水的碳酸鈣： Ca(OH)2+CO2CaCO3+H2O 幾個(gè)參數(shù)幾個(gè)參數(shù)l水灰比水灰比 水與水泥質(zhì)量之比；水與水泥質(zhì)量之比；l水泥摻入比水泥摻入比awaw 水泥質(zhì)量與被加固的軟土質(zhì)量之比；水泥質(zhì)量與被加固的軟土質(zhì)量之比；l水泥用量水泥用量 某樁徑下每延米樁長所使用的水泥質(zhì)量；某樁徑下每延米樁長所使用的水泥質(zhì)量；l水泥含量水泥含量 單位體積土體中所使用的

21、水泥質(zhì)量；單位體積土體中所使用的水泥質(zhì)量；水泥土的物理力學(xué)性質(zhì)水泥土的物理力學(xué)性質(zhì)土的天然重度土的天然重度0（kN/m3）水泥摻入比水泥摻入比aw（）（）水泥土的重度水泥土的重度（kN/m3）（-0）/0100%17.1517.180.5%717.220.7%1017.291.1%1217.381.6%1517.411.8%17.1717.250.6%1517.441.7%2017.441.7%17.1517.31.1%1517.52.3%2517.62.9%重度重度由于拌入軟土中的水泥漿的重度與軟土的重度相近，所以由于拌入軟土中的水泥漿的重度與軟土的重度相近，所以水泥土的重度與水泥土的重度與

22、天然軟土的重度相差不大。天然軟土的重度相差不大。土的天然比重土的天然比重水泥摻入比水泥摻入比aw（）（）水泥土的比重水泥土的比重（-0）/0100%2.70652.7080.1%102.7120.2%152.7361.1%202.7682.3%252.7812.8%比重比重由于水泥的比重比一般軟土（由于水泥的比重比一般軟土（2.652.652.752.75）大，故）大，故水泥土的比重也比天水泥土的比重也比天然土的略高然土的略高。由表可見，盡管水泥摻入比為。由表可見，盡管水泥摻入比為2525時(shí)，水泥土的比重也僅時(shí)，水泥土的比重也僅比天然軟土增加比天然軟土增加3 3。l含水量含水量l水泥土在硬凝過

23、程中，由于水泥水化等反應(yīng)，使部分自由水以結(jié)晶水的水泥土在硬凝過程中，由于水泥水化等反應(yīng)，使部分自由水以結(jié)晶水的形式固定下來，故形式固定下來，故水泥土的含水量略低于原土樣的含水量水泥土的含水量略低于原土樣的含水量，如表所示試，如表所示試驗(yàn)結(jié)果，水泥土含水量比原土樣的含水量減少驗(yàn)結(jié)果，水泥土含水量比原土樣的含水量減少0.5%0.5%7.0%7.0%，且隨著水泥，且隨著水泥摻入比的增加而減小。摻入比的增加而減小。土樣含水量土樣含水量w0水泥摻入比水泥摻入比aw（）（）水灰比水灰比水泥土含水量水泥土含水量w含水量減少量含水量減少量w0 -w46.630.541.05.6541.84.8741.94.7

24、1041.25.41540.46.22039.47.25050.549.60.4748.91.11047.72.31246.93.11546.13.9滲透性滲透性O(shè)kumura以及以及Suzuki等通過大量的試驗(yàn)，得到等通過大量的試驗(yàn)，得到水泥土的滲水泥土的滲透性隨含水量減小而降低，隨水泥用量增大而降低的結(jié)論，透性隨含水量減小而降低，隨水泥用量增大而降低的結(jié)論，并且得到當(dāng)水泥用量達(dá)到并且得到當(dāng)水泥用量達(dá)到1520時(shí)，水泥土的滲透系時(shí)，水泥土的滲透系數(shù)比原狀土小二到三個(gè)數(shù)量級(jí)。數(shù)比原狀土小二到三個(gè)數(shù)量級(jí)。 水泥土被用作深基坑開挖和大壩用的防水帳幕、垃圾處理水泥土被用作深基坑開挖和大壩用的防水帳幕

25、、垃圾處理場(chǎng)的防滲處理等工程時(shí)，其低滲透性起了重要作用。場(chǎng)的防滲處理等工程時(shí)，其低滲透性起了重要作用。0.0010.010.11100510152025Cement Content, acw (%)Permeability, k (x10-5 cm/s)Soil 1Soil 2Soil 3Permeability of Soil-Cement MixtureHan et al. (2002)wi 12.6pH12.6時(shí)，水化反應(yīng)的主要生成物水化硅酸三鈣會(huì)產(chǎn)生逆向反應(yīng)時(shí)，水化反應(yīng)的主要生成物水化硅酸三鈣會(huì)產(chǎn)生逆向反應(yīng), ,這樣大大降低水泥土的強(qiáng)度。這樣大大降低水泥土的強(qiáng)度。 3CaO2SiO2x

26、H2O3CaO2SiO2xH2O +Ca(OH)2 (C3S2HX) (Hydrated gel)粘粒含量粘粒含量Masaaki Gotoh研究發(fā)現(xiàn)，粘粒含量越高，其加固強(qiáng)度越低。研究發(fā)現(xiàn)，粘粒含量越高，其加固強(qiáng)度越低。Woo認(rèn)為認(rèn)為土的塑限土的塑限增大或者粘粒含量增大，水泥的加固效果也越差增大或者粘粒含量增大，水泥的加固效果也越差。圖為某一水泥摻量時(shí)，細(xì)粒土。圖為某一水泥摻量時(shí)，細(xì)粒土含量對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響。含量對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響。有機(jī)質(zhì)含量及含鹽量有機(jī)質(zhì)含量及含鹽量MiuraMiura等通過大量的試驗(yàn)，得到等通過大量的試驗(yàn)，得到有機(jī)質(zhì)含量小于有機(jī)質(zhì)含量小于6 6時(shí)，用石灰加固效果優(yōu)于水時(shí)，用石

27、灰加固效果優(yōu)于水泥加固，但當(dāng)有機(jī)質(zhì)含量超過泥加固，但當(dāng)有機(jī)質(zhì)含量超過8 8時(shí)，水泥加固比用石灰加固效果好時(shí)，水泥加固比用石灰加固效果好，見圖。為，見圖。為了克服有機(jī)質(zhì)對(duì)強(qiáng)度提高的影響，需要使用大量的石灰和水泥進(jìn)行加固，也會(huì)了克服有機(jī)質(zhì)對(duì)強(qiáng)度提高的影響，需要使用大量的石灰和水泥進(jìn)行加固，也會(huì)出現(xiàn)過剩的未參加反應(yīng)的石灰和水泥，并且得到它們?cè)诙唐趦?nèi)對(duì)水泥土的強(qiáng)度出現(xiàn)過剩的未參加反應(yīng)的石灰和水泥，并且得到它們?cè)诙唐趦?nèi)對(duì)水泥土的強(qiáng)度影響不大。影響不大。BromsBroms指出指出在含鹽量較高的海相軟土進(jìn)行水泥加固時(shí)，由于絮凝作用其強(qiáng)度大大在含鹽量較高的海相軟土進(jìn)行水泥加固時(shí)，由于絮凝作用其強(qiáng)度大大降低。

28、降低。MiuraMiura等通過對(duì)土中加入鹽配制不同含鹽量的試料土，然后進(jìn)行水泥或者等通過對(duì)土中加入鹽配制不同含鹽量的試料土，然后進(jìn)行水泥或者石灰加固試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖。從圖形中可以看到，當(dāng)含鹽量增加到一定時(shí)，石灰加固試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖。從圖形中可以看到，當(dāng)含鹽量增加到一定時(shí)，強(qiáng)度隨含鹽量增大而增大。但是，強(qiáng)度隨含鹽量增大而增大。但是，當(dāng)土中含有當(dāng)土中含有SOSO4 42-2-時(shí)，對(duì)水泥的水化將起到阻時(shí)，對(duì)水泥的水化將起到阻礙作用。礙作用。 Effect of Organic Content抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度水泥土的抗拉強(qiáng)度可以由傳統(tǒng)的拉伸試驗(yàn)和劈裂試驗(yàn)確定。隨著無側(cè)限抗水泥土的抗拉強(qiáng)度可以由傳

29、統(tǒng)的拉伸試驗(yàn)和劈裂試驗(yàn)確定。隨著無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的增長而提高?？估瓘?qiáng)度與抗壓強(qiáng)度之比隨抗壓強(qiáng)度的增加而減小。壓強(qiáng)度的增長而提高?？估瓘?qiáng)度與抗壓強(qiáng)度之比隨抗壓強(qiáng)度的增加而減小?？辜魪?qiáng)度抗剪強(qiáng)度北京市水利科學(xué)研究院通過對(duì)大量的不同細(xì)粒狀土料、不北京市水利科學(xué)研究院通過對(duì)大量的不同細(xì)粒狀土料、不同水泥摻量的水泥土剪切試驗(yàn)，得到水泥土的凝聚力同水泥摻量的水泥土剪切試驗(yàn)，得到水泥土的凝聚力C和內(nèi)和內(nèi)摩擦角摩擦角隨水泥摻量增加而增加，并通過回歸分析得到凝聚隨水泥摻量增加而增加，并通過回歸分析得到凝聚力力C和抗壓強(qiáng)度的關(guān)系式：和抗壓強(qiáng)度的關(guān)系式：C=0.048+0.225qu 00.475fcuf2029.8

30、0.390.000016fcucuff當(dāng)水泥土的當(dāng)水泥土的fcu1MPafcu1MPafcu1MPa時(shí)時(shí)SaitohSaitoh等（等（19801980）研究了水泥土無豎向壓力時(shí)的）研究了水泥土無豎向壓力時(shí)的直剪強(qiáng)度與無側(cè)限抗壓直剪強(qiáng)度與無側(cè)限抗壓強(qiáng)度間關(guān)系：強(qiáng)度間關(guān)系：變形模量變形模量變形模量（剛度）是水泥土設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，例如地基的沉降分析和動(dòng)變形模量（剛度）是水泥土設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，例如地基的沉降分析和動(dòng)力反應(yīng)分析都需要用到變形模量（剛度）。通常定義：力反應(yīng)分析都需要用到變形模量（剛度）。通常定義：當(dāng)正應(yīng)力達(dá)當(dāng)正應(yīng)力達(dá)50%無側(cè)限抗壓強(qiáng)度時(shí)，水泥土的應(yīng)力與應(yīng)變的比值，稱之為水泥土的變形無側(cè)

31、限抗壓強(qiáng)度時(shí)，水泥土的應(yīng)力與應(yīng)變的比值，稱之為水泥土的變形模量模量E50。Terashi等研究了等研究了Honmoku海相軟土和海相軟土和Kawasaki軟土，得到了軟土，得到了無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和變形模量之間的關(guān)系無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和變形模量之間的關(guān)系：當(dāng)：當(dāng)qu1500kPa, E50(2001000)qu。Saitoh通過大量的試驗(yàn)得到了在水泥通過大量的試驗(yàn)得到了在水泥用量用量415時(shí)，時(shí)，E50(3501000)qu。 壓縮系數(shù)和壓縮模量壓縮系數(shù)和壓縮模量l水泥土的壓縮系數(shù)約為水泥土的壓縮系數(shù)約為(2.03.5)10-5(kPa)-1，其相應(yīng)的壓，其相應(yīng)的壓縮模量縮模量Es=60100MPa，

32、小于變形模量，這是因?yàn)闊o側(cè)限，小于變形模量，這是因?yàn)闊o側(cè)限抗壓時(shí)樁體多呈脆性破壞，其變形較小的緣故?？箟簳r(shí)樁體多呈脆性破壞，其變形較小的緣故。我國規(guī)范我國規(guī)范說明中提出說明中提出Ep(100120)fcu,k，fcu,k為為70.7mm立方體室內(nèi)立方體室內(nèi)配制時(shí)的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。配制時(shí)的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。水泥土攪拌樁設(shè)計(jì)與施工水泥土攪拌樁設(shè)計(jì)與施工l設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)l施工工藝施工工藝l質(zhì)量控制質(zhì)量控制水泥土攪拌樁設(shè)計(jì)水泥土攪拌樁設(shè)計(jì)l地質(zhì)勘察要求地質(zhì)勘察要求土質(zhì)分析（有機(jī)質(zhì)，可溶鹽，總燒失量）土質(zhì)分析（有機(jī)質(zhì)，可溶鹽，總燒失量）水質(zhì)分析（地下水水質(zhì)分析（地下水PH值，硫酸鹽含量）值，硫酸鹽含量）

33、l固化劑固化劑 宜選用強(qiáng)度等級(jí)為宜選用強(qiáng)度等級(jí)為32.5級(jí)以上的普通硅酸鹽水泥，水泥摻量宜為級(jí)以上的普通硅酸鹽水泥，水泥摻量宜為1220。l加固形式加固形式柱狀，壁狀，塊狀柱狀，壁狀，塊狀l加固范圍加固范圍工民建：可僅在上部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)范圍內(nèi)部樁，不必象柔性樁一樣在基礎(chǔ)工民建：可僅在上部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)范圍內(nèi)部樁，不必象柔性樁一樣在基礎(chǔ)以外設(shè)置保護(hù)樁。以外設(shè)置保護(hù)樁。公路工程：路堤范圍內(nèi)，路堤坡腳外側(cè)仍需打設(shè)兩排；公路工程：路堤范圍內(nèi)，路堤坡腳外側(cè)仍需打設(shè)兩排；l墊層墊層l應(yīng)在基礎(chǔ)和樁之間設(shè)置應(yīng)在基礎(chǔ)和樁之間設(shè)置200300mm厚褥墊層，其材料可厚褥墊層，其材料可選用中砂、粗砂、級(jí)配砂石等，最大粒徑不宜大

34、于選用中砂、粗砂、級(jí)配砂石等，最大粒徑不宜大于20mm。水泥土攪拌樁設(shè)計(jì)計(jì)算水泥土攪拌樁設(shè)計(jì)計(jì)算l單樁承載力，由樁身材料強(qiáng)度確定的單樁承載力；由樁周單樁承載力，由樁身材料強(qiáng)度確定的單樁承載力；由樁周土和樁端土所提供的單樁承載力。土和樁端土所提供的單樁承載力。：1napsi ippiRuq lq AacupRf AIta：樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，干法：樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，干法0.2-0.3；濕法；濕法0.25-0.33；fcu：與樁身水泥土相同配比室內(nèi)加固土試塊在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下：與樁身水泥土相同配比室內(nèi)加固土試塊在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下90d齡期時(shí)的齡期時(shí)的抗壓強(qiáng)度平均值；抗壓強(qiáng)度平均值；Up：樁身周長；：樁身

35、周長；alpha：樁端天然地基土承載力折減系數(shù)，可取：樁端天然地基土承載力折減系數(shù)，可取0.4-0.6；qsi：樁間第：樁間第i層土摩阻力特征值，淤泥層土摩阻力特征值，淤泥4-7kPa；淤泥質(zhì)土：；淤泥質(zhì)土：6-12kPa；軟塑黏土：；軟塑黏土：10-15kPa；可塑黏土：；可塑黏土：12-18kPa；qp：樁端地基土未經(jīng)修正的承載力特征值；：樁端地基土未經(jīng)修正的承載力特征值；在單樁設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能使土對(duì)樁的支撐力與樁身強(qiáng)度所確在單樁設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能使土對(duì)樁的支撐力與樁身強(qiáng)度所確定的承載力相近，并使后者略大于前者最為經(jīng)濟(jì)。因而攪定的承載力相近，并使后者略大于前者最為經(jīng)濟(jì)。因而攪拌樁設(shè)計(jì)拌樁設(shè)計(jì)主要

36、是確定樁長和選擇水泥摻入比主要是確定樁長和選擇水泥摻入比。當(dāng)土質(zhì)條件和施工條件限制施工深度時(shí)，可先確定樁長，當(dāng)土質(zhì)條件和施工條件限制施工深度時(shí)，可先確定樁長，然后在確定摻入比。然后在確定摻入比。當(dāng)加固深度不受限制時(shí)，可以根據(jù)室內(nèi)配合比試驗(yàn)資料選當(dāng)加固深度不受限制時(shí)，可以根據(jù)室內(nèi)配合比試驗(yàn)資料選定水泥摻入比，再確定樁長。定水泥摻入比，再確定樁長。直接根據(jù)上部結(jié)構(gòu)對(duì)地基承載力的要求確定水泥摻入比。直接根據(jù)上部結(jié)構(gòu)對(duì)地基承載力的要求確定水泥摻入比。1aspkskpRfmm fAfspk：復(fù)合地基承載力特征值：復(fù)合地基承載力特征值(kPa)；m： 面積置換率；面積置換率；fsk: 處理后樁間土承載力特

37、征值處理后樁間土承載力特征值(kPa);Ap： 單樁平均截面積單樁平均截面積(m2)；Beta: 樁間土承載力折減系數(shù)；樁間土承載力折減系數(shù)；（反映樁土共同作用的參數(shù)）（反映樁土共同作用的參數(shù)）Ra: 單樁豎向承載力特征值單樁豎向承載力特征值(kN);復(fù)合地基承載力復(fù)合地基承載力spkskaskpffmRfA根據(jù)設(shè)計(jì)要求的單樁承載力特征值根據(jù)設(shè)計(jì)要求的單樁承載力特征值Ra和復(fù)合地基承載力和復(fù)合地基承載力特征值特征值fspk計(jì)算攪拌樁的置換率和總樁數(shù)計(jì)算攪拌樁的置換率和總樁數(shù)n：pmAnA根據(jù)上部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及對(duì)地基承載力和變形的要求選擇柱狀、壁狀、格柵狀、根據(jù)上部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及對(duì)地基承載力和變形的要求

38、選擇柱狀、壁狀、格柵狀、塊狀等加固形式。柱狀加固多采用正方形、等邊三角形等布置。塊狀等加固形式。柱狀加固多采用正方形、等邊三角形等布置。軟弱下臥層強(qiáng)度驗(yàn)算軟弱下臥層強(qiáng)度驗(yàn)算l應(yīng)力擴(kuò)散法應(yīng)力擴(kuò)散法zczzppf02 tanczb pppbh02 tan2 tanczlb pppbhlhPz:軟弱下臥層頂面處附加應(yīng)力；軟弱下臥層頂面處附加應(yīng)力；pcz:軟弱下臥層頂面處土的自重應(yīng)力；軟弱下臥層頂面處土的自重應(yīng)力；Fz:軟弱下臥層頂面處經(jīng)深度修正后的地基承載力特征值；軟弱下臥層頂面處經(jīng)深度修正后的地基承載力特征值；P0:基底平均壓力；基底平均壓力；B:矩形基礎(chǔ)矩形基礎(chǔ) 和條形基礎(chǔ)底邊寬度；和條形基礎(chǔ)底

39、邊寬度；L:矩形基礎(chǔ)底邊長度；矩形基礎(chǔ)底邊長度；Pc:基礎(chǔ)底面處土的自重應(yīng)力；基礎(chǔ)底面處土的自重應(yīng)力；H:基礎(chǔ)底面至軟弱下臥層頂面的距離；基礎(chǔ)底面至軟弱下臥層頂面的距離；Theta:地基壓力擴(kuò)散角；地基壓力擴(kuò)散角；復(fù)合地基沉降計(jì)算原理復(fù)合地基沉降計(jì)算原理復(fù)合地基沉降計(jì)算示意圖復(fù)合地基沉降計(jì)算示意圖復(fù)合地基加固區(qū)S2S1Lzn荷載加固區(qū)下臥層12sss 復(fù)合地基復(fù)合地基S1的沉降計(jì)算的沉降計(jì)算注：注：Es、Ep和和Eps分析基體、樁體和復(fù)合地基壓縮模量；分析基體、樁體和復(fù)合地基壓縮模量； pBoussenesq彈性應(yīng)力解；彈性應(yīng)力解； p復(fù)合地基上的作用荷載；復(fù)合地基上的作用荷載；pb0-樁體底

40、端土的承載力；樁體底端土的承載力； 、l分別為樁體剛性刺入量、樁長。分別為樁體剛性刺入量、樁長。加固區(qū)壓縮量加固區(qū)壓縮量S1水泥土攪拌樁復(fù)合地基的變形計(jì)算水泥土攪拌樁復(fù)合地基的變形計(jì)算p0z=pz- Lp0EsEpLSettlement within composite soil foundationpsz001E2LppssspspsEa1EaEorspsE1nm1ESettlement underneath composite soil foundation- using conventional methods12sss下臥層沉降下臥層沉降S2計(jì)算計(jì)算l土變形規(guī)律和指標(biāo)與傳統(tǒng)分層總和法相同，即采用壓縮規(guī)土變形規(guī)律和指標(biāo)與傳統(tǒng)分層總和法相同，即采用壓縮規(guī)律和壓縮指標(biāo)；律和壓縮指標(biāo)；l下臥層附加應(yīng)力計(jì)算，將加固區(qū)底面附加應(yīng)力下臥層附加應(yīng)力