第11章 水泥土攪拌法

第11章水泥土攪拌法

（CementDeepMixing）水泥土攪拌法是利用水泥等材料作為固化劑通過特制的攪拌機械，就地將軟土和固化劑（漿液或粉體）強制攪拌，使軟土硬結成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強度的水泥加固土，從而提高地基土強度和增大變形模量。11.1概述深層單軸攪拌機三軸水泥攪拌機水泥粉噴機水泥粉噴機底盤貯灰罐水泥粉噴機的攪拌葉片

水泥土攪拌法分為深層攪拌法（濕法）和粉體（水泥或石灰）噴攪法（干法）。

適用范圍：水泥土攪拌法適用于處理正常固結的淤泥與淤泥質土、粉土、飽和黃土、素填土、粘性土以及無流動地下水的飽和松散砂土等地基。當?shù)鼗恋奶烊缓啃∮?0％、大于70％或地下水的pH值小于4時不宜采用干法。

發(fā)展概況：

（1）水泥漿液攪拌法：由美國在第二次世界大戰(zhàn)后研制成功的，稱為就地攪拌樁（MIP）。國內(nèi)1978年研制出第一臺攪拌機械。

（2）粉體噴射攪拌法（DryJetMixingMethod，簡稱DJM法）：由瑞典人KjeldPaus于1967年提出設想，1971年制成第一根樁，1974年獲得專利。鐵四院1983年開始試驗研究，并應用于實際工程中。

特點：

⑴基本不存在擠土效應，對周圍地基擾動小；

⑵可根據(jù)不同土質和工程設計要求，合理選擇固化劑及配方，應用較為靈活；

⑶施工無振動，無噪音，污染小，可在市區(qū)和建筑物密集地帶施工；

⑷土體加固后，重度基本不變，軟弱下臥層不致產(chǎn)生較大附加沉降；

⑸結構型式靈活多樣，可根據(jù)工程需要，選用柱狀、壁狀、格柵狀或塊狀。

（6）在負溫下制作的水泥土正溫后強度可繼續(xù)增長且接近標準值，因此只要地溫不低于-10度，就可進行深層攪拌法冬季施工。地基加固支護結構

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水泥土墻11.2加固機理一、加固機理

1.水泥的水解水化反應2.土顆粒與水泥水化物的作用（1）離子交換和團?；饔茫?）硬凝反應3.碳酸化作用

⑴硅酸三鈣：在水泥中含量最高(50％)，是決定強度的主要因素。⑵硅酸二鈣：在水泥中含量較高(25%)，它主要產(chǎn)生后期強度。⑶鋁酸三鈣：占水泥總量的10％左右，水化速度最快，促進早凝。⑷鐵鋁酸四鈣：占水泥總量的10％作用，能促進早期強度。⑸硫酸鈣：含量3％左右，生成“水泥桿菌”狀的化合物，能將大量自由水一結晶水形式固定下來，使土中自由水減少。1.水泥的水解和水化反應

（1）離子交換和團?；饔谜惩令w粒帶負電，吸附陽離子，形成膠體分散體系。表面帶有鉀離子或鈉離子，可與水泥水化反應的鈣離子進行離子交換，產(chǎn)生凝聚，形成較大的團粒，提高土體強度。（2）硬凝反應在堿性環(huán)境下，溶液中析出大量的鈣離子，與二氧化硅或三氧化鋁產(chǎn)生化學反應，生成不溶于水的鋁酸鈣等結晶水化物。在水中和空氣中逐漸硬化，提高水泥強度，使水泥具有足夠的水穩(wěn)定性。2.粘土顆粒與水泥水化物的作用3.碳酸化作用

水泥水化物中游離的氫氧化鈣吸收水中和空氣中的二氧化鈣，發(fā)生碳酸化作用，生成不溶于水的碳酸鈣。水泥土

1.水泥土的物理性質

（1）重度當水泥摻入比在8%～20%之間，水泥土重度比原狀土增加約3%～6%。（2）含水量隨水泥摻合量的增大而降低，一般比原狀土降低15％～18%。（3）抗?jié)B性滲透系數(shù)k一般在10-8～10-9cm/s。二、水泥土的工程特性

2.水泥土的力學性質

（1）無側限抗壓強度水泥土的無側限抗壓強度qu在0.3～4.0MPa之間，比原狀土提高幾十倍乃至幾百倍。

（2）抗拉強度水泥土抗拉強度與抗壓強度有一定關系，一般情況下，抗拉強度在（0.15～0.25）qu之間。

（3）抗剪強度當水泥土qu=0.5～4MPa時，其粘聚力C在100～1000KPa之間，其摩擦角在20～30之間。

（4）變形特性當qu=0.5～4.0MPa時，其50d后的變形模量相當于（120～150）qu。1.水泥摻入比αw

水泥摻入比是指摻入土中水泥質量與被加固軟土的濕重量比值的百分數(shù)。水泥土的強度隨摻入比的增加呈增大的趨勢。2.齡期

水泥土強度隨齡期的增長呈增大趨勢，齡期超過28d后仍有明顯增長，90d后，強度增長才減慢。

3.水泥標號

水泥土強度隨水泥標號的提高而增加。水泥標號提高100號，水泥強度約增大50～90％。三、影響水泥土力學性質的主要因素

水泥土的強度隨地基含水量增大而降低。如圖水泥摻入比小于20％時，水泥土無側限抗壓強度隨土中含水量降低而增加；大于20％時，存在一個峰值。4.含水量5.天然地基土中的有機質含量有機質可使土具有較大的水容量和塑性、膨脹性及低滲透性，并使土的酸性增加，使水泥的水化反應受到抑制。有機質含量小的水泥土強度比有機質含量高的水泥土強度高的多。

6.外加劑

外摻劑對水泥土強度有不同的影響。7.攪拌的均勻程度

施工時攪拌的均勻程度對水泥土強度的影響很大。在攪拌時間相同的情況下，塑性指數(shù)越大，土的粘性越大，越難攪均勻；含水量和液性指數(shù)過低，易產(chǎn)生抱土現(xiàn)象，影響攪拌效果。（1）固化劑宜選用強度等級為32.5級以上的普通硅酸鹽水泥，水泥摻量宜為12％～20％。（2）樁長宜穿透軟弱土層到達承載力相對較高的土層。濕法加固深度不宜大于20m，干法加固深度不宜大于15m。11.3設計計算

（3）加固范圍和平面布置加固范圍：水泥攪拌樁既與鋼筋混凝土樁不一樣，也與散體材料樁不一樣，其剛度介于兩者之間，因此其加固范圍可僅布置在基礎范圍內(nèi)，而不必像散體材料一樣，在基礎以外設置保護樁。布樁形式：樁位的平面布置可采用等邊三角形和正方形等形式。布樁形式應根據(jù)地基土性質及上部建筑對變形的要求進行選擇，可采用柱狀、壁狀、格柵狀、塊狀等不同形式。b)c)a)d)a.柱狀b.壁狀c.格柵狀d.塊狀柱狀：每隔一定的距離打設一根攪拌樁，即成為柱狀加固形式。適合處理局部飽和軟粘土夾層和表層與樁端土質較好的建筑物地基。適用于單層工業(yè)廠房獨立柱基礎和多層房屋條形基礎下的地基加固。

壁狀和格柵狀：將相鄰攪拌樁部分重疊搭接成為壁狀加固形式。適用于深基坑開挖時邊坡加固以及建筑物長高比較大、剛度較小，對不均勻沉降比較敏感的多層磚混結構房屋條形基礎下的地基加固。

塊狀：由縱橫兩個方向的相鄰攪拌樁搭接而成。適用于上部結構單位面積荷載大，不均勻沉降控制嚴格的構筑物地基。在軟土地區(qū)開挖深基坑時，為防止基坑隆起或增大坑底土的被動土壓力及對基坑進行封底隔滲處理等也常采用塊狀加固形式。（4）樁徑

常用樁徑500～700mm。（5）承載力初步設計時按下式估算：式中Ra——單樁豎向承載力特征值（kN）；Ap——樁的截面積（m2）；β——樁間土承載力折減系數(shù)。當樁端土未經(jīng)修正的承載力特征值大于樁間土的承載力特征值的平均值時，取0.1～0.4，差值大時取低值；否則取0.5～0.9，差值大時或設置褥墊層時均取高值。式中——與攪拌樁樁身水泥配比相同的室內(nèi)加固土試塊（邊長70.7mm的立方體）在標準養(yǎng)護條件下90d齡期的立方體抗壓強度平均值（kPa）；η——樁身強度折減系數(shù)，干法可取0.20～0.30，濕法可取0.25～0.33；up——樁的周長（m）；

單樁豎向承載力特征值應通過現(xiàn)場載荷試驗確定。也可由下兩式估算，取小值。n——樁長范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)；

qsi——樁周第i層土的側阻力特征值。對淤泥可取4～7kPa；對淤泥質土可取6～12kPa；對軟塑狀態(tài)的粘性土可取10～15kPa；對可塑狀態(tài)的粘性土可取12～18kPa；

li——樁長范圍內(nèi)第i層土的厚度（m）；

qp——樁端地基土未經(jīng)修正的承載力特征值（kPa），可按現(xiàn)行國家標準《建筑地基基礎設計規(guī)范》GB50007的有關規(guī)定確定；α——樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)，可取0.4～0.6。（6）墊層應在基礎和樁之間設置200～300mm厚褥墊層，其材料可選用中砂、粗砂、級配砂石等，最大粒徑不宜大于20mm。（7）沉降計算水泥土攪拌樁復合地基的變形包括復合土層的平均壓縮變形與樁端下未加固土層的壓縮變形。復合土層壓縮變形可按下式計算：

Ep——水泥土攪拌樁的壓縮模量，可?。?00～120）fcu（kPa），對樁較短或樁身強度較低者可取低值。樁端以下未加固土層的壓縮變形按天然地基采用分層總和法進行計算。

水泥土攪拌法的施工步驟為：

（1）攪拌機就位、調(diào)平；（2）預攪下沉至設計加固深度；

（3）邊噴漿（粉）、邊攪拌提升直至預定的停漿（灰）面；（4）重復攪拌下沉至設計加固深度；

（5）根據(jù)設計要求，噴漿（粉）或僅攪拌提升直至預定的停漿（灰）面；

（6）關閉攪拌機械。11.4施工深層攪拌法施工工藝流程定位預攪拌下沉噴漿攪拌上升重復攪拌下沉重復攪拌上升完畢

一、施工質量檢驗（1）成樁7d后，采用淺部開挖樁頭，目測檢查攪拌的均勻性，量測成樁直徑。檢查量為總樁數(shù)的5％。（2）成樁后3d內(nèi)，可用輕型動力觸探（N10）檢查每米樁身的均勻性，檢驗數(shù)量為總樁數(shù)的1％，且不少于3根。11.5質量檢驗二、竣工驗收檢測

（1）豎向承載水泥土攪拌樁地基竣工驗收時，承載力檢驗應采用復合地基載荷試驗和單樁載荷試驗。（2）載荷試驗宜在成樁28d后進行。檢驗數(shù)量為總樁數(shù)的0