《地基處理技術》石灰樁、水泥土攪拌法研究報告

第10章石灰樁法

Chapter10LimeColumn

10.1概述

10.1Introduction用機械或人工的方法成孔，然后將不同比例的生石灰（塊或粉）和摻合料（粉煤灰、爐渣等）灌入，并進行振密或夯實形成石灰樁樁體，樁體與樁間土形成石灰樁復合地基，以提高地基承載力，減小沉降，稱為石灰樁法。

工人在用洛陽鏟進行石灰樁成孔工人用推土鐵釬將洛陽鏟帶出的土刮除石灰樁孔徑d=300mm，樁間距s＝800mm人工洛陽鏟

三名工人正在夯填石灰樁

夯填石灰樁所用的夯錘（夯板）

夯填石灰樁所用的夯錘（夯板）

運到施工現(xiàn)場的生石灰塊

運到施工現(xiàn)場的粉煤灰工人正在拌合生石灰塊與粉煤灰

量孔器（測量石灰樁孔徑及孔深）

量孔器（測量石灰樁孔徑及孔深）

石灰樁法適用于處理飽和黏性土、淤泥、淤泥質土、素填土和雜填土等地基；用于地下水位以上的土層時，宜增加摻合料的含水量并減少生石灰用量，或采取土層浸水等措施。10.2加固原理

10.2MechanismofReinforcement一、物理加固作用1擠密作用（1）成樁中擠密樁間土（2）生石灰吸水膨脹擠密樁間土2樁和地基土的高溫效應3置換作用4排水固結作用5加固層的減載作用二、石灰樁的化學加固作用1樁體材料的膠凝反應2石灰與樁周土的化學反應（1）離子化作用（熟石灰的吸水作用）（2）離子交換（3）固結反應（4）石灰的碳酸化一、設計參數(shù)及技術要點1樁徑一般為300～400mm，當排土成孔時，實際樁徑取1.1～1.2倍設計直徑。2樁長洛陽鏟成孔不宜超過6m，機械成孔管外投料時，不宜超過8m。10.3設計計算

10.3DesignProcedure3樁距可取2～3倍成孔直徑。4樁體抗壓強度可取350～500kPa。5樁間土承載力與置換率、施工工藝和土質情況有關。可取天然地基承載力的1.05～1.20倍。土質軟弱或置換率大時取高值。6樁土應力比可取3～4，長樁取大值。7復合地基承載力復合地基承載力特征值不宜超過160kPa。8布樁可僅布置在基礎底面下，當基底土的承載力特征值小于70kPa時，宜在基礎以外布置1～2排圍護樁。9墊層當?shù)鼗枰潘ǖ罆r，可在樁頂以上設200～300mm厚的砂石墊層。10樁身材料配合比生石灰與摻合料的體積比可選用1：1或1：2，對淤泥、淤泥質土、填土可適當增加生石灰用量。二、石灰樁復合地基承載力計算面積置換率m應取膨脹后的樁面積計算，即取1.1～1.2倍成孔直徑。三、石灰樁復合地基沉降計算石灰樁復合土層的壓縮模量宜通過樁身及樁間土壓縮試驗確定，初步設計時可按下式估算：

式中Es為天然土的壓縮模量（MPa），系數(shù)可取1.1～1.3，成孔對樁周土擠密效應好或置換率大時取高值。10.4施工

10.4Construction

一、施工工藝1管外投料法2管內投料法3挖孔投料法二、施工質量控制

1石灰材料應選用新鮮生石灰塊，有效氧化鈣含量不宜低于70％，粒徑不應大于70mm，含粉量不宜超過15％。2摻合料含水量宜控制在30％左右。3填料時必須分段壓（夯）實，人工夯實時，每段填料厚度不應大于400mm。4施工順序宜由外圍或兩側向中間進行。在軟土中宜間隔成樁。5樁位偏差不宜大于0.5倍樁身直徑。1石灰樁施工檢測宜在施工后7～10d后進行；竣工驗收檢測宜在施工后28d進行。2施工檢測可采用靜力觸探、動力觸探或標準貫入試驗。檢測部位為樁中心及樁間土，每兩點為一組。檢測組數(shù)不少于總樁數(shù)的1％。10.5質量檢驗

10.5QualityVerificationTest3石灰樁地基竣工驗收時，承載力檢驗應采用復合地基載荷試驗。數(shù)量宜為地基處理面積每200m2左右布置一個點，且每一單體工程不應少于3點。4石灰樁復合地基載荷試驗沉降比s/d取0.012。第11章水泥土攪拌法

Chapter11Soil-CementDeepMixingMethod11.1概述

11.1Introduction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。

水泥粉噴機

水泥粉噴機

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粉噴機的控制柜三軸水泥攪拌機水泥土攪拌法分為深層攪拌法（濕法）和粉體噴攪法（干法）。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、黏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％、或地下水的pH值小于4時不宜采用干法。水泥漿液攪拌法是美國在第二次世界大戰(zhàn)后研制成功的，稱（Mixed－in－PlacePile(簡稱MIP法）。國內1978年研制出第一臺攪拌機械。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。鐵道第四勘察設計院1983年開始試驗研究，并應用于過程中。水泥土攪拌法的優(yōu)點：（1）最大限度地利用了原土；（2）攪拌時無振動、無噪音和無污染，對周圍原有建筑物及地下溝管影響很小；（3）設計靈活，可按不同地基土的性質及工程設計要求，合理選擇固化劑及其配方；（4）根據(jù)上部結構的需要可靈活地采用柱狀、壁狀、格柵狀和塊狀等加固形式；（5）與鋼筋混凝土樁基相比，可節(jié)約鋼材并降低造價。11.2加固機理

11.2MechanismofReinforcement1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11.3室內試驗

11.3LaboratoryTest軟土地基深層攪拌加固法是基于水泥對軟土的作用，而目前這項技術的發(fā)展僅經過二十余年，無論從加固機理到設計計算方法或者施工工藝均有不完善的地方，有些還處于半理論半經驗的狀態(tài)，因此應該特別重視水泥土的室內外試驗。（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。11.4設計計算

11.4DesignProcedure

（3）樁徑

常用樁徑500～700mm。（4）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)。當樁端土未經修正的承載力特征值大于樁周土的承載力特征值的平均值時，可取0.1～0.4，差值大時取低值；當樁端土未經修正的承載力特征值小于或等于樁周土的承載力特征值的平均值時，可取0.5～0.9，差值大時或設置褥墊層時均取高值。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。

式中－－與攪拌樁樁身水泥配比相同的室內加固土試塊（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）；

n－－樁長范圍內所劃分的土層數(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)的黏性土可取10～15kPa；對可塑狀態(tài)的黏性土可取12～18kPa；

li－－樁長范圍內第i層土的厚度（m）；

qp－－樁端地基土未經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；－－樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)，可取0.4～0.6，承載力高時取低值。（5）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。（6）布樁樁可只在基礎平面范圍內布置，獨立基礎下的樁數(shù)不宜少于3根。（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可按等代實體基礎法進行計算。水泥土攪拌法的施工步驟為：

（1）攪拌機就位、調平；（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。11.5施工(Construction)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，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。11.6質量檢驗

11.6QualityVerificationTest

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0.5％～1％，且每項單體工程不應少于3點。（3）水泥土攪拌樁復合地基的沉降比取0.006。第12章夯實水泥土樁法

Chapter12RammedSoil-CementColumn

12.1概述

12.1Introduction將水泥和土按設計的比例拌和均勻，在孔內夯實至設計要求的密實度而形成的加固體，并與樁間土組成復合地基的地基處理方法。

夯實水泥土樁法適用于處理地下水位以上的粉土、素填土、雜填土、黏性土等地基。處理深度不宜超過10m。夯實水泥土樁具有施工周期短、造價低、施工文明、質量容易控制、不受場地條件限制等優(yōu)點。12.2作用機理

(MechanismofReinforcement)

1夯實水泥土樁的化學作用機理（1）水泥土的固化原理（2）水泥的水解水化反應（3）水泥水化物與土顆粒的作用2夯實水泥土樁的物理作用機理

12.3設計計算(Design)

1樁長應根據(jù)土質情況、工程要求和成孔設備等因素確定。采用洛陽鏟成孔工藝時，深度不宜超過6m。當相對硬層的埋藏深度不大時，應按相對硬層埋藏深度確定。2樁徑樁孔直徑宜為300～600mm，可根據(jù)設計及所選用的成孔方法確定。

3樁距樁距宜為2～4倍樁徑。

4布樁范圍夯實水泥土樁可只在基礎范圍內布樁。

5墊層褥墊層厚100～300mm，可采用中砂、粗砂或碎石等，最大粒徑不宜大于20mm。

6承載力復合地基承載力特征值應按現(xiàn)場復合地基載荷試驗確定。初步設計時也可按第11章水泥土攪拌法的公式估算，其中樁間土的承載力折減系數(shù)β可取0.9～1.0。

7樁身材料樁孔內夯填的混合料配合比應按工程要求、土料性質及采用的水泥品種，由配合比試驗確定，并滿足下式要求：式中fcu—樁體混合料試塊（邊長150mm立方體）標準養(yǎng)護28d立方體抗壓強度平均值（kPa）。

8沉降計算加固區(qū)的沉降變形可采用分層總和法，復合土層的分層與天然地基相同，各復合土層的壓縮模量等于該層天然地基壓縮模量的倍，由下式確定：

式中fak－－基礎底面下天然地基承載力特征值（kPa）。（1）夯實水泥土的施工，應按設計要求選用成孔工藝。擠土成孔可選用沉管、沖擊等方法；非擠土成孔可選用洛陽鏟、螺旋鉆等方法。（2）土料中有機質含量不得超過5%，含水量應滿足土料的最優(yōu)含水量wop，允許偏差不大于2％。在一般工程中，水泥與土料可采用1：6的體積比試配。12.5施工(Construction)（3）夯填樁孔時，宜選用機械夯實。分段夯填時，夯錘的落距和填料厚度應根據(jù)現(xiàn)場試驗確定，混合料的壓實系數(shù)不應小于0.93。（1）施工過程中對成樁質量的抽檢數(shù)量不應少于總樁數(shù)的2％。對一般工程，可檢查樁的干密度和施工記錄。（2）竣工驗收時，承載力檢驗應采用單樁復合地基載荷試驗。對重要或大型工程，尚應進行多樁復合地基載荷試驗。12.4質量檢驗

12.4QualityVerificationTest（3）夯實水泥土樁地基檢驗數(shù)量應為總樁數(shù)的0.5％～1％，且每個單體工程不應少于3點。（4）夯實水泥土樁復合地基的載荷試驗沉降比，對以卵石、圓礫、密實粗中砂為主的地基可取0.008，對以黏性土、粉土為主的地基可取0.01。第13章高壓噴射注漿法

Chapter13HighPressureJetGrouting

13.1概述

13.1Introduction用高壓水泥漿通過鉆桿由水平方向的噴嘴噴出，形成噴射流，以此切割土體并與土拌和形成水泥土加固體的地基處理方法。20世紀60年代末期，日本將高壓水射流技術應用到灌漿工程中，創(chuàng)造出一種全新的施工法－－高壓噴射注漿法。又稱CCP工法（ChemicalChurningPile）。

1972年鐵道部科學研究院率先開發(fā)高壓噴射注漿法。1975年，我國冶金、水電、煤炭、建工等部門和部分高等院校，也相繼進行了試驗和施工。已成功應用于已有建筑和新建工程的地基處理、深基坑地下工程的支擋和護底、構造地下防水帷幕等。高壓噴射注漿13.2定義及其種類

13.2DefinitionandTypes按噴射流移動軌跡分為旋噴、定噴和擺噴三種。按注漿管類型分為單管法、雙管法、三管法和多重管法。按加固形狀可分為柱狀、壁狀、條狀和塊狀。高壓噴射注漿法適用于處理淤泥、淤泥質土、流塑、軟塑或可塑黏性土、粉土、砂土、黃土、素填土和碎石土等地基。對于硬黏性土、含較多的塊石或大量植物根莖的地基，因噴射流可能受到阻擋或削弱，切削范圍小或影響處理效果。13.3加固地基的機理

13.3MechanismofReinforcement1、高壓噴射流對土體的破壞作用2、水（漿）、氣同軸噴射流對土的破壞作用3、水泥與土的固結機理

13.4設計計算(DesignProcedure)（1）高壓旋噴樁的直徑，應通過現(xiàn)場試驗確定，也可參照下表選用(單位:m)

標貫擊數(shù)單管法雙管法三管法黏性土0<N<50.5~0.80.8~1.21.2~1.8黏性土6<N<100.4~0.70.7~1.11.0~1.6砂土0<N<100.6~1.01.0~1.41.5~2.0砂土11<N<200.5~0.90.9~1.31.2~1.8砂土21<N<300.4~0.80.8~1.20.9~1.5（2）豎向承載旋噴樁復合地基承載力特征值應通過現(xiàn)場復合地基載荷試驗確定。初步設計時，可按下式估算：

式中：β為樁間土承載力折減系數(shù)，可取0～0.5，承載力較低時取低值。單樁豎向承載力特征值可通過現(xiàn)場單樁載荷試驗確定。也可從下兩式中取小值：

式中：η為樁身強度折減系數(shù)，可取0.33。（3）豎向承載旋噴樁復合地基宜在基礎和樁頂之間設置褥墊層。厚度可取200～300mm，其材料可選用中砂、粗砂、級配砂石等，最大粒徑不宜大于30mm。（4）獨立基礎下的布樁數(shù)一般不應少于4根。（5）高壓噴射注漿法用于深基坑、地鐵等工程形成連續(xù)體時，相鄰樁搭接不宜小于300mm。（1）高壓噴射注漿法的施工工序為：鉆機就位、鉆孔、插管、噴射注漿作業(yè)、拔管、清洗機具、移開機具、