第10章.水泥土攪拌樁

水泥土攪拌法主要內(nèi)容概述加固機(jī)理水泥土的工程特性設(shè)計(jì)計(jì)算施工工藝質(zhì)量檢驗(yàn)一、概述1.水泥上攪拌法的概念及分類水泥上攪拌法是適用于加固飽和粘性土和粉土等地基的一種方法，它是利用水泥（或石灰）等材料作為固化劑通過(guò)特制的攪拌機(jī)械，就地將軟土和固化劑（漿液或粉體）強(qiáng)制攪拌，使軟土硬結(jié)成具有整體件、水穩(wěn)性和一定強(qiáng)度的水泥加固土—水泥土，從而提高地基土強(qiáng)度和增大變模。根據(jù)施工方法的不同，它可分為水泥漿攪拌和粉體噴射攪拌兩種。前者是用水泥漿和地基土攪拌，后者是用粉體或石灰和地基土攪拌。10.1概述10.1概述水泥土攪拌法分為深層攪拌法(簡(jiǎn)稱濕法)和粉體噴攪法(簡(jiǎn)稱干法)。2.適用條件水泥土攪拌法適用于處理正常固結(jié)的淤泥與淤泥質(zhì)土、粉土、飽和黃土、素填土、粘性土以及無(wú)流動(dòng)地下水的飽和松散砂土等地基。當(dāng)?shù)鼗恋奶烊缓啃∮?0％（黃土含水量小于25%）、大于70％或地下水的pH值小于4時(shí)不宜采用干法。冬期施工時(shí)，應(yīng)注意負(fù)溫對(duì)處理效果的影響。濕法的加固深度不宜大于20m；干法不宜大于15m。水泥土攪拌樁的樁徑不應(yīng)小于500mm。一般認(rèn)為用水泥作加固料，對(duì)含有高嶺石、多水高嶺石、蒙脫石等粘土礦物的軟土加固效果較好；而對(duì)含有伊利石、氯化物和水鋁石英等礦物的粘性土以及有機(jī)質(zhì)含量高，pH值較低的粘性土加固效果較差。3.獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)最大限度地利用了原土；攪拌時(shí)施工，對(duì)原有建筑物影響很小；根據(jù)地基土的不同性質(zhì)和工程要求，可以合理選擇固化劑的類型及其配方，設(shè)計(jì)靈活；10.1概述攪拌時(shí)無(wú)振動(dòng)、無(wú)污染、無(wú)噪音，可在市區(qū)內(nèi)和密集建筑群中施工；加固后土體的重度基本不變，不會(huì)產(chǎn)生附加沉降；與鋼筋混凝土樁基相比，降低成本的幅度較大；可根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的需要，靈活地采用柱狀、壁狀、格柵狀和塊狀等加固型式。10.1概述水泥的水解和水化反應(yīng)：用水泥加固軟土?xí)r，水泥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。土顆粒與水泥水化物的作用離子交換和團(tuán)?；饔茫核嗨赡z粒子。硬凝反應(yīng)：生成不溶于水的結(jié)晶化合物。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碳，發(fā)生碳酸化反應(yīng)，生成不溶于水的碳酸鈣，這種反應(yīng)使水泥土增加強(qiáng)度，速度緩慢，增幅效果小。10.2加固機(jī)理10.3.1水泥土的室內(nèi)配合比試驗(yàn)試驗(yàn)?zāi)康模核嗥贩N、摻入量、水灰比、外摻劑對(duì)水泥土的影響，齡期與強(qiáng)度的關(guān)系。試驗(yàn)設(shè)備：土工試驗(yàn)儀器和砂漿混凝土試驗(yàn)儀器。土樣制備：風(fēng)干土樣、烘干土樣、原裝土樣。固化劑：水泥品種、水泥摻入比。外摻劑:改善水泥土的性能和提高強(qiáng)度。試件的制作和養(yǎng)護(hù)試件的養(yǎng)護(hù)方法：標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，溫度20±3°，濕度＞90%物理力學(xué)性能試驗(yàn)10.3水泥加固土的工程特性10.3.2水泥土的物理性質(zhì)含水量：水泥在硬凝過(guò)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(lái)。故水泥土的含水量略低于原土樣的含水量，水泥土的含水量比原土樣的含水量減少0.5%~7.0%,且隨著水泥摻入比的增加而減小。重度：水泥土的重度與天然軟土的重度相近。因此采用深層攪拌法加固厚層軟土地基時(shí)，其加固部分對(duì)下部未加固部分不致產(chǎn)生過(guò)大的附加荷重，也不會(huì)發(fā)生較大的附加沉降。10.3水泥加固土的工程特性相對(duì)密度：水泥的比重為3.1，比一般軟土的2.65～2.75大，故水泥土的比重也比天然土稍大。一般水泥土的相對(duì)密度比軟土約增加0.7％～2.5％。滲透系數(shù)：水泥土的滲透系數(shù)隨水泥摻入比的增大和養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)而減小。水泥土減少了天然軟土的水平向滲透性，這對(duì)深基坑施工是有利的，可利用它作為防滲帷幕；但對(duì)垂直向滲透性改善效果不明顯。10.3水泥加固土的工程特性10.3.3水泥土的力學(xué)性質(zhì)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度及影響因素：水泥土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度一般為300~4000kPa，即比天然軟土大幾十倍至數(shù)百倍。影響水泥土抗壓強(qiáng)度的因素很多，主要有：水泥摻入比、水泥強(qiáng)度等級(jí)、齡期、含水量、有機(jī)質(zhì)含量、外摻劑、養(yǎng)護(hù)條件及土性等。水泥摻入比aw對(duì)強(qiáng)度的影響：水泥土的強(qiáng)度隨著水泥摻入比的增加而增大，當(dāng)αw≤5％時(shí)由于水泥與土的反應(yīng)過(guò)弱，水泥土固化程度低，強(qiáng)度離散性也較大，故在深層攪拌法的實(shí)際施工中，選用的水泥摻入比以大于5％為宜。10.3水泥加固土的工程特性齡期對(duì)強(qiáng)度的影響：水泥土強(qiáng)度隨著齡期的增長(zhǎng)而增大，一般在齡期超過(guò)28天后仍有明顯增加。水泥強(qiáng)度等級(jí)對(duì)強(qiáng)度的影響：水泥土的強(qiáng)度隨水泥強(qiáng)度等級(jí)的提高而增加水泥強(qiáng)度等級(jí)提高10個(gè)等級(jí)，水泥土的強(qiáng)度增大約50%~90%,而水泥摻入比可減少。土樣含水量對(duì)強(qiáng)度的影響：水泥土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu隨著土樣含水量的降低而增大。當(dāng)土的含水量在50％～85％范圍內(nèi)變化時(shí)，含水量每降低10％，水泥土強(qiáng)度可提高30％。土樣中有機(jī)質(zhì)含量對(duì)強(qiáng)度的影響：有機(jī)質(zhì)含量少的水泥土強(qiáng)度比有機(jī)質(zhì)含量高的水泥土強(qiáng)度高得多。10.3水泥加固土的工程特性外摻劑對(duì)強(qiáng)度的影響：不同的外摻劑對(duì)水泥土強(qiáng)度有著不同的影響，如摻入石膏、氯化鈣、三乙醇胺等可提高水泥土的早期強(qiáng)度，但強(qiáng)度增加的百分?jǐn)?shù)隨齡期的增長(zhǎng)而減小。一般早強(qiáng)劑可選用三乙醇胺、氯化鈣、碳酸鈉或水玻璃等材料，其摻入量宜分別取水泥重量的0.05%、2%、0.5%和2%；減水劑可選用木質(zhì)素磺酸鈣，其摻入量宜取水泥重量的0.2%；石膏兼有緩凝和早強(qiáng)的雙重作用，其摻入量宜取水泥重量的2%。養(yǎng)護(hù)方法：養(yǎng)護(hù)方法對(duì)水泥土的強(qiáng)度影響主要表現(xiàn)在養(yǎng)護(hù)環(huán)境的濕度和溫度。養(yǎng)護(hù)方法對(duì)短齡期水泥土影響較大。10.3水泥加固土的工程特性抗拉強(qiáng)度：水泥土的抗拉強(qiáng)度隨抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)而提高?？辜魪?qiáng)度：水泥土的抗剪強(qiáng)度隨抗壓強(qiáng)度的增加而提高。變形模量：是水泥土的應(yīng)力與應(yīng)變的比值，其與無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度大致呈正比。壓縮系數(shù)和壓縮模量：水泥土試件的壓縮系數(shù)約為（2.0~3.5）×10-5（KPa）-1，其相應(yīng)的壓縮模量Es=（60~100）MPa。10.3.4水泥土抗凍性能：不低于-10℃，就可以進(jìn)行冬季施工。10.3水泥加固土的工程特性10.4.1水泥土攪拌樁的設(shè)計(jì)對(duì)地質(zhì)勘察的要求：土質(zhì)分析、水質(zhì)分析。加固形式的選擇：攪拌樁可布置成柱狀、壁狀和塊狀三種形式。柱狀：每隔一定的距離打設(shè)一根攪拌樁，即成為柱狀加固形式。適合于單層工業(yè)廠房獨(dú)立柱基礎(chǔ)和多層房屋條形基礎(chǔ)下的地基加固。

壁狀：將相鄰攪拌樁部分重疊搭接成壁狀加固形式。適用于深基坑開(kāi)挖時(shí)的邊坡加固以及建筑物長(zhǎng)高比較大、剛度較小、對(duì)不均勻沉降比較敏感的多層磚混結(jié)構(gòu)房屋條形基礎(chǔ)下的地基加固。10.4設(shè)計(jì)計(jì)算塊狀：上部結(jié)構(gòu)單位面積荷載大，不均勻下沉控制嚴(yán)格的建筑物地基進(jìn)行加固時(shí)可采用這種布樁形式。它是縱橫兩個(gè)方向的相鄰樁搭接而形成的。如在軟土地區(qū)開(kāi)挖深基坑時(shí)，為防止坑底隆起也可采用塊狀加固形式。加固范圍的確定：可僅在上部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)范圍內(nèi)布樁。水泥漿配合比及攪拌樁施工參數(shù)的確定：實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)求得最佳配方，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)成樁工藝試驗(yàn)，比較不同樁長(zhǎng)與不同樁身強(qiáng)度的單樁承載力，確定樁土共同作用的復(fù)合地基承載力。10.4設(shè)計(jì)計(jì)算10.4.2水泥土攪拌樁的計(jì)算柱狀加固地基：?jiǎn)螛敦Q向承載力設(shè)計(jì)計(jì)算：初步設(shè)計(jì)時(shí)：復(fù)合地基的設(shè)計(jì)計(jì)算：

10.4設(shè)計(jì)計(jì)算

根據(jù)設(shè)計(jì)要求的單樁承載力特征值Ra和復(fù)合地基承載力特征值fspk計(jì)算攪拌樁的置換率m和總樁數(shù)n’：10.4設(shè)計(jì)計(jì)算水泥土攪拌樁的沉降驗(yàn)算：水泥土攪拌樁復(fù)合地基變形s的計(jì)算，包括攪拌樁群體壓縮變形s1和樁端下未知土層的壓縮變形s2之和：s1計(jì)算方法：復(fù)合模量法；應(yīng)力修正法；樁身壓縮法。s2計(jì)算方法：

應(yīng)力擴(kuò)散法；等效實(shí)體法；Mindlin-Geddes方法。10.4設(shè)計(jì)計(jì)算壁狀加固地基：主要用于側(cè)向支護(hù)工程，平面上組成格柵形。優(yōu)點(diǎn)：

限制了格柵中軟土的變形，也大大減少了其豎向沉降；增加支護(hù)的整體剛度，保證復(fù)合地基在橫向力作用下共同工作。原則上按重力式擋土墻設(shè)計(jì)，要進(jìn)行抗滑、抗傾覆、抗?jié)B、抗隆起和整體滑動(dòng)計(jì)算。P161-P164。土壓力計(jì)算：抗傾覆驗(yàn)算：抗滑以計(jì)算：整體穩(wěn)定計(jì)算：10.4設(shè)計(jì)計(jì)算四、水泥土的應(yīng)用1.支護(hù)結(jié)構(gòu)重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)；止水帷幕；SMW工法2.地基加固

提高地基強(qiáng)度；控制沉降；防止液化（一）、支護(hù)結(jié)構(gòu)—水泥土墻止水帷幕

SMW工法承受荷載與防滲擋水結(jié)合起來(lái),使之成為同時(shí)具有受力與抗?jié)B兩種功能的支護(hù)結(jié)構(gòu)的圍護(hù)墻導(dǎo)溝開(kāi)挖

置放導(dǎo)軌

SMW鉆拌

置放應(yīng)力補(bǔ)強(qiáng)材（H型鋼）施工完成SMW（二）、地基加固a)柱狀布置；b)壁狀布置；c)格柵狀布置；d)塊狀布置

水泥土攪拌法的施工步驟為：（1）攪拌機(jī)定位、調(diào)平；（2）預(yù)攪下沉至設(shè)計(jì)加固深度；（3）邊噴漿（粉）、邊攪拌提升直至預(yù)定的停漿（灰）面；（4）重復(fù)攪拌下沉至設(shè)計(jì)加固深度；（5）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，噴漿（粉）或僅攪拌提升直至預(yù)定的停漿（灰）面；（6）清洗機(jī)械；（7）移位。10.5施工工藝（一）、施工機(jī)械－主機(jī)一般的施工工藝流程（一次噴漿、二次攪拌）（二）、施工工藝就位

預(yù)攪下沉

（制備水泥漿）

提升噴漿攪拌

沉鉆復(fù)攪

重復(fù)提升攪拌一、施工質(zhì)量檢驗(yàn)（1）成樁7d后，采用淺部開(kāi)挖樁頭，目測(cè)檢查攪