05--水利工程地基处理--深层搅拌法ppt课件

1、121 1、概念：、概念： 利它是利用水泥利它是利用水泥( (或石灰等材料作为固化剂，通或石灰等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂过特制的搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂( (浆液或粉体强制搅拌，由固化剂和软土间所产生浆液或粉体强制搅拌，由固化剂和软土间所产生的一系列物理的一系列物理- -化学反应，使软土硬结成具有整体性、化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基强水稳定性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基强度和增大变形模量。度和增大变形模量。 根据施工方法的不同，水泥土搅拌法分为水根据施工方法的不同，水泥土搅拌法分为水

2、泥浆搅拌和粉体喷射搅拌两种。前者是用水泥浆和地泥浆搅拌和粉体喷射搅拌两种。前者是用水泥浆和地基土搅拌，后者是用水泥粉或石灰粉和地基土搅拌。基土搅拌，后者是用水泥粉或石灰粉和地基土搅拌。一、概述一、概述32、开展、开展P72）20世纪世纪20年代：美国、西欧；水泥土年代：美国、西欧；水泥土 二战后，就地搅拌桩二战后，就地搅拌桩MIP，mixed-in-place-pile ），），DCMDeep cement mixing等等20世纪世纪50年代，传入日本，较快发展年代，传入日本，较快发展20世纪世纪70年代末，我国引进年代末，我国引进3、优点：、优点： （1）（）（9）一、概述一、概述44 4

3、、适用情况：、适用情况： 水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂上等地基。地下水的饱和松散砂上等地基。 当地基土的天然含水量小于当地基土的天然含水量小于3%3%（黄土含水量小于（黄土含水量小于25%25%）、大于）、大于70%70%或地下水的或地下水的pHpH值小于值小于4 4时不宜采用干时不宜采用干法。冬期施工时，应注意负温对处理效果的影响。法。冬期施工时，应注意负温对处理效果的影响。 需要作试验确定情况：泥炭土、地下水具有侵蚀需要作试验

4、确定情况：泥炭土、地下水具有侵蚀性的土性的土 加固效果较差情况：有机质含量高、生活垃圾类加固效果较差情况：有机质含量高、生活垃圾类填土填土一、概述一、概述5（一水泥的水解和水化发应：（一水泥的水解和水化发应： CaO、SiO2、Al2O3Ca(OH)2、CaSiO3nH2O等等（二土颗粒与水泥水化物的作用（二土颗粒与水泥水化物的作用 当水泥的各种水化物生成后，有的自身继续硬化，形成水当水泥的各种水化物生成后，有的自身继续硬化，形成水泥石骨架泥石骨架; 有的则与其周围具有一定活性的粘土颗粒发生反应：有的则与其周围具有一定活性的粘土颗粒发生反应： (1)离子交换和团粒化作用：离子交换和团粒化作用：

5、Na+、KCa2+，形成大，形成大颗粒，强度提高。颗粒，强度提高。 (2)硬凝反应：生成不溶于水的结晶化合物。硬凝反应：生成不溶于水的结晶化合物。（三碳酸化作用（三碳酸化作用 生成不溶于水的碳酸钙，使水泥土增加强度。生成不溶于水的碳酸钙，使水泥土增加强度。二、加固机理微观角度）二、加固机理微观角度）6（一石灰吸水作用（一石灰吸水作用 （二石灰发热（二石灰发热 （三石灰吸水膨胀（三石灰吸水膨胀 （四离子交换作用与土粒的凝聚作用（四离子交换作用与土粒的凝聚作用 （五石灰的胶凝作用（五石灰的胶凝作用二、加固机理微观角度）二、加固机理微观角度）7（一桩身材料：（一桩身材料： 水泥、水泥系固化材料、石灰

6、水泥、水泥系固化材料、石灰（二水泥土的物理性质：（二水泥土的物理性质： 含水量含水量(减少减少0.57%) 重度重度(增加增加0.53%) 相对密度应是比重，增加相对密度应是比重，增加0.72.5%） 浸透浸透(10-810-5cm/s，低渗透性，低渗透性)三、水泥加固土的工程特性三、水泥加固土的工程特性8（三力学性能（三力学性能 1、无侧限抗压强度及其影响因素、无侧限抗压强度及其影响因素 水泥土的无侧限抗压强度：水泥土的无侧限抗压强度： 一般为一般为3004000kPa，即比天然软土大几十倍至数百倍。其，即比天然软土大几十倍至数百倍。其变形特征随强度不同而介于脆性体与弹塑体之间。变形特征随强

7、度不同而介于脆性体与弹塑体之间。三、水泥加固土的工程特性三、水泥加固土的工程特性9（三力学性能（三力学性能 1、无侧限抗压强度及其影响因素、无侧限抗压强度及其影响因素 影响水泥土的无侧限抗压强度的因素：影响水泥土的无侧限抗压强度的因素： 水泥掺入比、水泥标号、龄期、含水量、有机质含量、外掺水泥掺入比、水泥标号、龄期、含水量、有机质含量、外掺剂、养护条件及土性等。剂、养护条件及土性等。（1水泥掺入比水泥掺入比aw对强度的影响对强度的影响 掺入比掺入比aw概念概念 小于小于5%时反应微弱时反应微弱 要求必须大于要求必须大于10% awfcu经验公式经验公式(见书见书)三、水泥加固土的工程特性三、水

8、泥加固土的工程特性10（三力学性能（三力学性能 1、无侧限抗压强度及其影响因素、无侧限抗压强度及其影响因素 影响水泥土的无侧限抗压强度的因素：影响水泥土的无侧限抗压强度的因素：（2龄期对强度的影响龄期对强度的影响 水泥土水泥土3个月作为强度标准值个月作为强度标准值（3水泥强度等级对强度的影响水泥强度等级对强度的影响 水泥土的强度随水泥标号的提高而增加水泥土的强度随水泥标号的提高而增加 （4土样含水量对强度的影响土样含水量对强度的影响 无侧限抗压强度随着土样含水量的降低而增大，一般含水无侧限抗压强度随着土样含水量的降低而增大，一般含水量量w降低降低10%强度增加强度增加1050% 三、水泥加固土

9、的工程特性三、水泥加固土的工程特性11（三力学性能（三力学性能 1 1、无侧限抗压强度及其影响因素、无侧限抗压强度及其影响因素 影响水泥土的无侧限抗压强度的因素：影响水泥土的无侧限抗压强度的因素：（5 5土样中有机质含量对强度影响土样中有机质含量对强度影响 有机质含量少的水泥土强度比有机质含量高有机质含量少的水泥土强度比有机质含量高的水泥土强度大得多的水泥土强度大得多 。（6 6外掺剂对强度的影响外掺剂对强度的影响 掺加粉煤灰的水泥土，其强度一般都比不掺掺加粉煤灰的水泥土，其强度一般都比不掺粉煤灰的有所增长。粉煤灰的有所增长。 （7 7养护方法养护方法 温度湿度：对短龄期水泥土强度的影响很大，

10、温度湿度：对短龄期水泥土强度的影响很大，对水泥土后期强度的影响较小对水泥土后期强度的影响较小 。三、水泥加固土的工程特性三、水泥加固土的工程特性12（三力学性能（三力学性能 2 2、抗拉强度、抗拉强度 水泥土水泥土tt随随fcufcu的增长而提高，幂函数关系。的增长而提高，幂函数关系。3 3、抗剪强度、抗剪强度 水 泥 土 抗 剪 强 度 随水 泥 土 抗 剪 强 度 随 f c uf c u 的 增 长 而 提 高 。 当的 增 长 而 提 高 。 当fcu=0.5fcu=0.54MPa4MPa时，粘聚力时，粘聚力c c在在1001001000KPa1000KPa，在在20203030。4

11、4、变形模量、变形模量( (无侧限无侧限)-)-土力学土力学 当当vv达达5050fcufcu时，水泥土的应力与应变的比时，水泥土的应力与应变的比值，称之为水泥土的变形模量值，称之为水泥土的变形模量E50E50。 E50=126fcu E50=126fcu 5 5、压缩系数和压缩模量有侧限）、压缩系数和压缩模量有侧限）-土力学土力学 av av约为约为(2.03.5)(2.03.5)10-2(MPa)-1(10-2(MPa)-1(低压缩性土低压缩性土) )，压缩模量压缩模量Es 60100MPa Es 60100MPa 三、水泥加固土的工程特性三、水泥加固土的工程特性13（四水泥土的抗冻性能（

12、四水泥土的抗冻性能 自然冰冻不会造成水泥土深部的结构破坏自然冰冻不会造成水泥土深部的结构破坏 在长期冰冻下强度几乎不增长，但恢复正常温度后正常增长在长期冰冻下强度几乎不增长，但恢复正常温度后正常增长不低于不低于-15时冰冻对水泥土结构损害甚微时冰冻对水泥土结构损害甚微只要地温不低于只要地温不低于-10就可进行水泥土搅拌法的冬季施工就可进行水泥土搅拌法的冬季施工三、水泥加固土的工程特性三、水泥加固土的工程特性14（一水泥土搅拌桩的设计（一水泥土搅拌桩的设计 1、对地质勘察的要求、对地质勘察的要求 土质、水质分析土质、水质分析2、加固形式的选择、加固形式的选择 柱状、壁状和格栅状）、块状。柱状、壁

13、状和格栅状）、块状。3、加固范围的确定、加固范围的确定 桩可只在基础平面范围内布置，独立基础下的桩数不宜少于桩可只在基础平面范围内布置，独立基础下的桩数不宜少于3根。柱状加固可采用正方形、等边三角形等布桩型式。根。柱状加固可采用正方形、等边三角形等布桩型式。 四、设计计算四、设计计算1516v.youku/v_show/id_XMTE0MzQ4MDY4.html17（二水泥土搅拌桩的计算（二水泥土搅拌桩的计算 1 1、柱状加固地基、柱状加固地基(1)(1)单桩竖向承载力的设计计算单桩竖向承载力的设计计算 公式：公式： 单桩竖向承载力特征值应通过现场载荷试验确单桩竖向承载力特征值应通过现场载荷试

14、验确定，初步设计时可按式定，初步设计时可按式(5(517)17)估算，并应满足式估算，并应满足式(5-(5-18)18)的要求，应使由桩身材料强度确定的单桩承载力的要求，应使由桩身材料强度确定的单桩承载力大于大于( (或等于或等于) )由桩周土和桩端土的抗力所提供的单桩由桩周土和桩端土的抗力所提供的单桩承载力。承载力。)175(1ppinisipaAqlquR)185( pcuaAfR地基土抗力地基土抗力桩体本身桩体本身四、设计计算四、设计计算18（二水泥土搅拌桩的计算（二水泥土搅拌桩的计算 1、柱状加固地基、柱状加固地基(1)单桩竖向承载力的设计计算单桩竖向承载力的设计计算 参数含义参数含义

15、fcu标准养护下标准养护下90d龄期立方体抗压强度平均值龄期立方体抗压强度平均值/kPa桩身强度折减系数桩身强度折减系数,干法干法0.200.30,湿法湿法0.250.33up桩的周长桩的周长/mn 桩长范围内所划分的土层数桩长范围内所划分的土层数qsi桩周第桩周第i层土的侧阻力特征值。淤泥层土的侧阻力特征值。淤泥47kPa；淤泥质土；淤泥质土612kPa；对软塑状态的粘性土可取；对软塑状态的粘性土可取1015kPa；对可塑状态的；对可塑状态的粘性土可以取粘性土可以取1218kPa)175(1ppinisipaAqlquR)185( pcuaAfR四、设计计算四、设计计算19（二水泥土搅拌桩的

16、计算（二水泥土搅拌桩的计算 1、柱状加固地基、柱状加固地基(1)单桩竖向承载力的设计计算单桩竖向承载力的设计计算 参数含义参数含义li 桩长范围内第桩长范围内第i层土的厚度层土的厚度/mqp桩端地基土未经修正的承载力特征值桩端地基土未经修正的承载力特征值(kPa)，可按现行国家，可按现行国家标准标准GB 50007的有关规定确定的有关规定确定桩端天然地基土的承载力折减系数桩端天然地基土的承载力折减系数,可取可取0.40.6，承载力高，承载力高时取时取 低值低值)175(1ppinisipaAqlquR)185( pcuaAfR四、设计计算四、设计计算20（二水泥土搅拌桩的计算（二水泥土搅拌桩的

17、计算 1、柱状加固地基、柱状加固地基(1)单桩竖向承载力的设计计算单桩竖向承载力的设计计算 公式理解公式理解 桩身强度折减系数的取值：桩身强度折减系数的取值：桩端天然地基土的承载力折减系数的取值桩端天然地基土的承载力折减系数的取值有效桩长的取值有效桩长的取值需设计确定的主要指标需设计确定的主要指标 桩长桩长l、水泥掺入比、水泥掺入比av)175(1ppinisipaAqlquR)185( pcuaAfR四、设计计算四、设计计算21（二水泥土搅拌桩的计算（二水泥土搅拌桩的计算 1、柱状加固地基、柱状加固地基(2)复合地基的设计计算复合地基的设计计算公式：公式： 加固后搅拌桩复合地基承载力特征值应

18、通过现场复合地基加固后搅拌桩复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定，也可按下式计算：载荷试验确定，也可按下式计算：)195()1 (skpaspkfmARmf参数含义：参数含义： 见教材。见教材。四、设计计算四、设计计算22（二水泥土搅拌桩的计算（二水泥土搅拌桩的计算 1、柱状加固地基、柱状加固地基(2)复合地基的设计计算复合地基的设计计算求置换率和总桩数：求置换率和总桩数：)205( skpaskspkfARffm)215( pAAmn四、设计计算四、设计计算23（二水泥土搅拌桩的计算（二水泥土搅拌桩的计算 1、柱状加固地基、柱状加固地基(2)复合地基的设计计算复合地基的设计计算

19、了解了解-的取值：的取值： 反映桩土共同作用反映桩土共同作用四、设计计算四、设计计算24（二水泥土搅拌桩的计算（二水泥土搅拌桩的计算 1、柱状加固地基、柱状加固地基(3)水泥土搅拌桩沉降验算水泥土搅拌桩沉降验算竖向承载搅拌桩复合地基变形竖向承载搅拌桩复合地基变形s： 包括复合土层的平均压缩变形包括复合土层的平均压缩变形s1与桩端下未加固土层的压缩与桩端下未加固土层的压缩变形变形s2复合土层的平均压缩变形复合土层的平均压缩变形s1的计算方法的计算方法: 规范采用复合模量法：规范采用复合模量法：spzlzElpps21pz搅拌桩复合土层顶面的附加压力值搅拌桩复合土层顶面的附加压力值kPa）pzl搅

20、拌桩复合土层底面的附加压力值搅拌桩复合土层底面的附加压力值kPa） 四、设计计算四、设计计算25（二水泥土搅拌桩的计算（二水泥土搅拌桩的计算 1、柱状加固地基、柱状加固地基(3)水泥土搅拌桩沉降验算水泥土搅拌桩沉降验算未加固土层的压缩变形未加固土层的压缩变形s2的计算方法的计算方法: 可按现行国家标准可按现行国家标准GB 50007的有关的有关规定进行计算。（应力扩散分层总和法）规定进行计算。（应力扩散分层总和法）四、设计计算四、设计计算26（二水泥土搅拌桩的计算（二水泥土搅拌桩的计算 1、柱状加固地基、柱状加固地基(4)复核地基设计复核地基设计-以沉降控制的设计思路以沉降控制的设计思路地层结

21、构地层结构-沉降计算沉降计算-确定加固深度确定加固深度-试选施工桩长试选施工桩长试选桩身强度和水泥掺入量试选桩身强度和水泥掺入量计算单桩承载力计算单桩承载力计算有效桩长计算有效桩长计算面积置换率计算面积置换率进行布桩，桩可只在基础平面范围内布置进行布桩，桩可只在基础平面范围内布置 四、设计计算四、设计计算27（二技术要点和措施（二技术要点和措施 1、用于加固地基、用于加固地基P831）（10）2、用于防渗和挡土、用于防渗和挡土P831）（10）四、设计计算四、设计计算28（一水泥搅拌法（一水泥搅拌法 1、搅拌机械设备及性能、搅拌机械设备及性能 中心喷浆方式混合浆和叶片喷浆方式纯水泥浆）中心喷浆

22、方式混合浆和叶片喷浆方式纯水泥浆）五、施工方法五、施工方法29303132 33 34 35 36 37 38 39 4041424344双轴搅拌桩机直径700，搭接200桩长10m用于止水4546c)a)d)b)a)柱状布置；b) 壁状布置；c) 格栅状布置；d) 块状布置 47（一水泥搅拌法（一水泥搅拌法 2、施工工艺、施工工艺一般的施工工艺流程：一次喷浆、二次搅拌一般的施工工艺流程：一次喷浆、二次搅拌就位就位预搅下沉预搅下沉制备水泥浆制备水泥浆提升喷浆搅拌提升喷浆搅拌重复重复搅拌下沉搅拌下沉重复提升搅拌重复提升搅拌 清洗清洗 移位移位五、施工方法五、施工方法4849 水泥掺量 水泥掺入比

23、单位体积搅拌桩中水泥与土的重量比） 一般为1216% 水灰比1：0.5重量之比） 外加剂外外 掺掺 剂剂作作 用用掺量（掺量（% %）碳碳 酸酸 钠钠早早 强强0.2 0.2 0.40.4氯氯 化化 钙钙早早 强强2 2 5 5三乙醇胺三乙醇胺早早 强强0.05 0.05 0.20.2木质素磺酸钙木质素磺酸钙减水、可泵减水、可泵0.2 0.2 0.50.5粉粉 煤煤 灰灰填充、早强填充、早强50 80 8050. . （1 1复搅工艺复搅工艺 确保搅拌均匀，必要时采用确保搅拌均匀，必要时采用“二喷三搅工艺二喷三搅工艺 （干法工艺为一次搅拌，因而不均匀）。（干法工艺为一次搅拌，因而不均匀）。 （

24、2 2提升速度提升速度 喷浆速度喷浆速度 提升搅拌速度不宜大于提升搅拌速度不宜大于0.5m/min0.5m/min； 提升速度与喷浆速度应协调，以保证延桩身全长提升速度与喷浆速度应协调，以保证延桩身全长 喷浆均匀。喷浆均匀。 51q1 设计中的若干问题q2 施工中应注意的有关问题52q1.1 设计参数的取值q1.2 桩的长度-桩径-桩身强度关系q1.3 置换率与桩长的选取q1.4 暗浜及回填土的处理q 53q1.1 设计参数的取值q1.1.1 复合地基承载力q1.1.2 、 、 、 等参数的影响因素q siq541.1.1 复合地基承载力 加固后的地基强度一般可比原地基土的提高20%50%，故设计中不应将设计复合地基承载力取得过大，否则难以达到设计要求。55q1.1.2 、 、 、 等参数的影响因素q 桩身强度折减系数0.30.4）q 施工质量、土层情况、室内实验q 桩周土的摩阻力q 土层情况、工程经验q 桩端土承载力折减系数0.40.6）q 土层情况、桩长、工程经验q 桩间土承载力折减系数0.51.0）q 桩端土情况、工程