软基处理方法深层搅拌法课件

1、深层水泥土搅拌法 效果检验 施工工艺 概 述 设计与计算 概 述 加固原理 工程实例深层水泥土搅拌法 概 述利用特制的深层搅拌或粉喷机械，就地将软弱土和水泥浆（或粉）等固化剂强制搅拌混合，固化后形成具有整体性、水稳定性和足够强度的水泥加固土，与天然地基形成复合地基，提高地基的承载力，改善地基变形特性的一种地基处理方法,简称为CDM法。水泥土是通过机械强力将水泥与土搅拌形成具有较好物理力学性质的水泥加固土。深层水泥土搅拌法（Deep Mixing Method ） 概 述深层搅拌机深层搅拌法的发展历史： 20世纪40年代首创于美国，国内于1977年由冶金部建筑研究总院和交通部水运规划设计院研制，

2、1978年生产出第一台深层搅拌机，并于1980年在上海宝山钢铁总厂软基加固中获得成功。 概 述最适宜于加固各种成因的饱和软粘土。使用深层搅拌法加固的土质有新吹填的超软土、沼泽地带的泥炭土、粘土、粉质黏土、沉积的粉土和淤泥质土等。加固深度通常超过5m，最大的加固深度可达60m。适用范围 概 述由于将固化剂和原地基土就地搅拌混合，因而最大限度地利用了地基土。搅拌时地基土较少产生侧向位移，对周围建筑物影响小根据设计要求，可合理选择固化剂和配方，设计灵活。土体加固后重度不变，对软弱下卧层不产生附加沉降。可有效提高地基强度(当水泥掺量为8%和10%时，加固体强度分别为0.24MPa和0.65MPa，而天

3、然软土地基强度仅6kPa)施工时无振动，无噪音，无污染，可在市区及建筑群中施工与钢筋混凝土桩相比，节省了大量钢材，降低了造价。根据上部结构需要，可灵活采用柱状、壁状、格栅状和块状等加固形式。 概 述 概 述特 点粉体喷射搅拌法（DJM ）： 简称为粉喷（干喷）法，这是在软土地基中，通过粉喷机械把加固材料（石灰或水泥）的粉料，用气体喷射到地基中并与土搅拌混合，使粉喷料与地基土发生化学作用，形成具有一定强度、水稳定性的加固体，应用于地基加固。按喷射水泥的施工工艺，水泥土搅拌法分为:深层搅拌法(简称湿法)粉体喷搅法(简称干法) 概 述分 类当地基土的天然含水率小于30%、大于70%或地下水的pH 值

4、小于4 时不宜采用干法。地基加固:房屋建筑、油罐、堤坝等类工程的软基处理提高地基强度；控制沉降；防止液化支护结构:软土地基中的基坑围护结构以及防渗帐幕等类工程重力式支护结构；止水帷幕；SMW工法应用范围 概 述地基加固:提高地基强度；控制沉降；防止液化a)柱状布置；b) 壁状布置；c) 格栅状布置；d) 块状布置 地基加固Filz桥台地基140014008 x 1400路基软基处理Holm (2005)支护结构水泥土墙支护结构水泥土墙支护结构水泥土墙支护结构水泥土墙基坑围护结构、防渗帐幕深基坑围护水泥搅拌桩机 效果检验 施工工艺 概 述 设计与计算 加固原理 工程实例深层水泥土搅拌法深层搅拌桩

5、施工现场复合地基加固机理(宏观机理) 通过特制的施工机械，在土中形成一定直径的桩体，与桩间土形成复合地基承担基础传来的荷载，可提高地基承载力和改善地基变形特性。有时，当地基土较软弱、地基承载力和变形要求较高时，也采用壁式加固，形成纵横交错的水泥土墙，形成格栅形复合地基。甚至直接将拟加固范围内土体全部进行处理，形成块式加固实体。 加固原理水泥的水解和水化反应碳酸化作用粘土颗粒与水泥水化物作用 加固原理普通硅酸盐水泥成分主要为CaCl2、SiO2、Al2O3、Fe2O3、S2O3等，这些矿物能很快与软土中的水发生水化与水解作用生成Ca(OH)2、CaSiO3nH2O、含水铝酸钙等化合物而溶解于水，

6、就使水泥颗粒新鲜面不断发生水解与水化而使水饱和，后来再水解的物质不能溶解则形成胶体，从而增强了软土强度。水泥的水解和水化反应 加固原理粘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。 加固原理离子交换 软土中的Na+、K+与Ca2+进行当量吸附交换，使较小的土颗粒形成较大的土团，从而使土体强度提高。 水泥水化后生成的凝胶离子比表面积比原水泥颗粒大1000倍，因而产生很大的表面能，具有强烈的吸附活性，能使较大的土团进一步结合起来，形成坚固联结，提高了承载力。硬凝反应 水泥水化后，溶液中析出了大量Ca2+ ，部分

7、进行离子交换外，其余部分则发生下列反应：SiO2+ Ca(OH)2+ nH2O CaSiO3(n+1)H2OAl2O3+ Ca(OH)2+ nH2O CaAl2O3(n+1)H2O生成后的矿物硬化，增大了土的强度。粘土颗粒与水泥水化物的作用水泥水化物中游离的Ca(OH)2能吸附水与空气中的CO2，发生下列反应：Ca(OH)2+ CO2= CaCO3+H2OCaCO3不溶于水，也能增大地基承载力，但速度慢。碳酸化作用 加固原理 效果检验 施工工艺 概 述 设计与计算 加固原理 工程实例深层水泥土搅拌法室内配比试验设计参数的确定复合地基的计算设计过程 设计与计算水泥掺入比 水泥土的强度增长率在不同

8、的掺入量区域、不同的龄期时段内是不相同的，而且原状土不同，水泥土的强度增长率也不同。酸钙、石膏、粉煤灰等。 设计与计算室内配比试验为设计计算和施工提供指标一般为1216% 水灰比1：0.5龄 期 水泥土的无侧限抗压强度随着龄期的增长而增大，其强度增长规律不同于混凝土，一般在T28d后强度仍有较大增长。直到90d后其强度增长率逐渐变缓。所以，以龄期90天作为标准强度。 设计与计算室内配比试验最佳外掺剂最佳外掺剂提高水泥强度，改善其性能木质素璜酸钙、石膏、粉煤灰等。 设计与计算室内配比试验外 掺 剂作 用掺量（%）碳 酸 钠早 强0.2 0.4氯 化 钙早 强2 5三乙醇胺早 强0.05 0.2木

9、质素磺酸钙减水、可泵0.2 0.5粉 煤 灰填充、早强50 80水泥土物理性质指标重度、含水量水泥土力学性质指标无侧限抗压强度抗拉强度抗剪强度变形模量压缩系数和压缩模量测试指标 设计与计算室内配比试验水泥掺入比龄期最佳外掺剂不同水泥土的性质物理性质：重度:稍大于软土。当水泥掺入比在8%20%之间，水泥土重度比原状土增加约3%6%含水量:含水量一般比原状土降低715%抗渗性: 渗透系数K一般在10-710-8cm/ces 设计与计算力学性质1) 无侧限抗压强度：qu=300400kPa，比原状土提高几十倍乃至几百倍。其影响因素主要有：水泥掺入量aw： aw增大， qu增大， aw5%，一般aw=

10、1025%；龄期：90100天；水泥标号；土的含水量w： w大， qu减小；有机质含量增高，qu减小；外掺剂：石膏、磷石膏、粉煤灰等。 设计与计算力学性质2）其它强度：抗拉、抗剪、弹性模量也相应增大。抗拉强度:在（0.150.25）qu之间。抗剪强度:当水泥土qu=0.54MPa时，其粘聚力c在1001000kPa之间，其摩擦角在2030之间。变形特性:当qu=0.54.0MPa时，其50d后的变形模量相当于（120150）qu。3）抗冻性：-15度以上，能保证强度。 设计与计算固化剂选择品种、外掺剂平面布置、桩径桩长、水泥掺入比、根数设计参数设计参数的确定 设计与计算S等边三角形或方形布置，

11、可只在基础平面范围内布置桩径450、500、600mm一、桩径、平面布置设计参数的确定 设计与计算1、当土质条件、施工因素限制加固深度L时， 根据桩长单桩承载力Pa和水泥土抗压强度qu 参照室内配合比试验选择所需的水泥掺入比。二、桩长、水泥掺入比设计参数的确定设计与计算2、当搅拌加固的深度不受限制时，可根据室内配合比试验资料选定水泥掺入比再确定桩身强度根据桩身强度计算单桩承载力特征值计算桩身长度。设计参数的确定设计与计算3、直接根据上部结构对地基的要求，选定单桩承载力特征值计算桩身长度、强度选择水泥掺入比设计参数的确定设计与计算 根据设计要求的地基复合地基承载力特征值Rsp和前面求得的单桩承载

12、力特征值Pa n。三、桩的根数设计参数的确定设计与计算设计原理桩土共同承载 承载 桩的承载力 + 桩间土承载力（折减） 沉降 桩范围的压缩 + 桩端以下土的沉降 设计与计算复合地基的计算水泥搅拌桩单桩承载力标准值 Ra应由单桩载荷试验确定，也可通过下式计算：(1)(2)单桩承载力的确定 设计与计算复合地基的计算上式中 fcu与搅拌桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块（边长为70.7mm 的立方体，也可采用边长为50mm 的立方体）在标准养护条件下90d 龄期的立方体抗压强度平均值（kPa ）； 桩身强度折减系数，可取0.25 0.33 ；up桩的周长（m ）；n 桩长范围内所划分的土层数；qs

13、i桩周第i层土的侧阻力特征值。对淤泥可取4 7kPa ；对淤泥质土可取6 12kPa ；对软塑状态的粘性土可取10 15kPa ；对可塑状态的粘性土可以取12 18kPa ；li桩长范围内第层土的厚度（m ）；qp 桩端地基土未经修正的承载力特征值（kPa ），可按现行国家标准建筑地基基础设计规范GB 50007 的有关规定确定； 桩端天然地基土的承载力折减系数，可取0.4 0.6 ，承载力高时取低值。 设计与计算深层搅拌桩复合地基承载力应由现场复合地基载荷试验确定，也可按下式确定：fsp,k=m（Ra/Ap）+ （1-m）fsk式中 fsk处理后天然地基承载力特征值（kPa），宜按当地经验取

14、值，如无经验时，可取天然地基承载力特征值； m面积置换率，m=Ap/A； Ap桩的截面积(m2)； 桩间土承载力折减系数，桩间土为软土时，可取0.51.0，当桩间土为硬土时，可取0.10.4，当不考虑桩间软土作用时，可取零； Ra单桩承载力特征值（kN）。（3） 具体设计时，可根据（1）、（2）式首先确定Ra ，再根据软土物理力学性质求得fsk ，再按上部结构总荷载和基底面积大小确定设计要求的复合地基承载力标准值fsp,k ，再由（3）式计算m、n。复合地基承载力计算 设计与计算面积置换率m桩数n式中 A基底面积，m2。桩数n确定后，即可按正方形、等边三角形进行桩的平面布置。 设计与计算当深层

15、搅拌桩为摩擦型桩，面积置换率m较大（ m 0.2），且不是单行竖向排列时，应按群桩作用来进行下卧弱层验算。fspkAfsk(A-A1)GqsAsfA1下卧弱层验算 设计与计算下卧层地基强度验算式中 假想实体基础底面压力(kPa)； 基础底面积(m2)； 假想实体基础的自重(kN)； 假想实体基础侧表面积(m2)； 假想实体基础侧表面平均摩阻力(kPa)； 假想实体基础边缘地基土的容许承载力(kPa)； 假想实体基础底面积(m2)； 假想实体基础底面经修正后的地基容许承载力(kPa) 设计与计算沉降计算水泥土桩复合地基的变形包括：水泥土桩群体的压缩变形和桩端下未加固土层的压缩变形之和。桩群体的压

16、缩变形值可根据上部结构、桩长、桩身强度等因素按经验取2040mm。桩端以下未加固土层的压缩变形值可按分层总和法计算 设计与计算总沉降量公式加固区压缩量下卧层压缩量（天然土）加固区（复合土层）压缩模量 设计与计算设计中注意问题：设计参数的取值复合地基承载力：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。置换率与桩长的选取当地基处理是以提高地基强度为主时，宜用短桩而提高桩的置换率;当地基处理时以减小沉降为主时，可根据桩端是否达到较硬土层而分别采用“变掺量、变强度”方法或“变置换率”的方法。 设计与计算置换率与桩长的选取最优设计

17、设计与计算 效果检验 施工工艺 概 述 设计与计算 加固原理 工程实例深层水泥土搅拌法 施工机械 主机 施工工艺深层搅拌法的主要机具为搅拌机搅拌头搅拌头有单头、双头和双向搅拌头等多种。深层搅拌桩施工现场深基坑围护水泥搅拌桩机（一）粉体喷射搅拌法(粉喷桩法)施工方法：通过专用的施工机械，将搅拌钻头下沉到预计孔底后用压缩空气将固化剂（生石灰或水泥粉体材料）以雾状喷入加固部位的地基土，凭借钻头和叶片旋转使粉体加固料与软土原位搅拌混合自下而上边搅拌边喷粉，直到设计停灰标高为保证质量，可再次将搅拌头下沉至孔底，重复搅拌 施工工艺 粉体喷射搅拌施工作业顺序 a） 搅拌机对准桩位；b）下钻；c）钻进结束 d

18、）提升喷射搅拌 e）提升结束优、缺点 优点：以粉体作为主要加固料，不需向地基注入水分，因此加固后地基土初期强度高;可以根据不同土的特性、含水量、设计要求合理选择加固材料及配合比，对于含水量较大的软土，加固效果更为显著；施工时不需高压设备，安全可靠，如严格遵守操作规程，可避免对周围环境产生污染、振动等不良影响。 缺点：是于目前施工工艺的限制，加固深度不能过深，一般为8-15m。 施工工艺（一）粉体喷射搅拌法(粉喷桩法)（二）深层水泥搅拌法 1.施工方法： 用回转的搅拌叶将压入软土内的水泥浆与周围软土强制拌和形成水泥加固体。搅拌机由电动机、中心管、输浆管、搅拌轴和搅拌头组成，并有灰浆搅拌机、灰浆泵

19、等配套设备。 我国生产的搅拌机现有单搅头和双搅头两种，加固深度达30m形成的桩柱体直径60cm-80cm。 施工工艺水泥搅拌法施工工艺流程 施工工艺注意：复搅工艺 确保搅拌均匀，必要时采用“二喷三搅”工艺 （干法工艺为一次搅拌，因而不均匀）。提升速度喷浆速度 提升搅拌速度不宜大于0.5m/min； 提升速度与喷浆速度应协调，以保证延桩身全长 喷浆均匀。3.优点 与粉体喷射搅拌法相比有其独特的优点：加固深度加深；由于将固化剂和原地基软土就地搅拌，因而最大限度利用了原土；搅拌时不会侧向挤土，环境效应较小。 施工工艺 效果检验 水泥搅拌法地基承载力的检验应采用复合地基载荷试验和单桩载荷试验。工程概况

20、：广州市某粮食仓库长30m，宽16m，单层承重墙结构，拱形屋面。条形基础宽度1.5m，埋深0.9m。设计要求基础下地基承载力达到100kpa。拟建场地表层为1.5m厚的杂填土，其下即为厚度30m、含水量高达70，地基承载力仅为30kpa、压缩模量为1.45MPa的淤泥层。地基土不能满足上部结构的要求，需要进行地基处理喷粉搅拌桩加固。试确定桩长和桩的布置。（根据室内水泥土配比试验，水泥土试块抗压强度为1600kPa） 工程实例SMW（Soil Mixing Wall）工法施工SMW是Soil Mixing Wall的缩写。SMW工法连续墙于1976年在日本问世，据统计，至1993年7月，该法在日

21、本各地施工已达1216万m2，约合800万m3,约占全日本用各种工法施工地下连续墙的50%左右。该法已在我国台湾地区以及泰国等东南亚国家和美国、法国许多地方广泛应用。SMW工法是日本一家中型企业-成辛工业株式会社所拥有和开发的一项专利。 SMW（Soil Mixing Wall）工法施工该工法是以多轴型钻掘搅拌机在现场向一定深度进行钻掘，同时在钻头处喷出水泥系强化剂而与地基土反复混合搅拌，在各施工单元之间则采取重叠搭接施工，然后在水泥土混合体未结硬前插入H型钢或钢板作为其应力补强材，至水泥结硬，便形成一道具有一定强度和刚度的、连续完整的、无接缝的地下墙体。SMW工法最常用的是三轴型钻掘搅拌机，

22、其中钻杆有用用于粘性土及用于砂砾土和基岩之分，此外还研制了其他一些机型，用于城市高架桥下等施工，空间受限制的场合，或海底筑墙，或软弱地基加固。 SMW（Soil Mixing Wall）工法施工SMW工法施工顺序如下：1、导沟开挖：确定是否有障碍物及做泥水沟。2、置放导轨。3、设定施工标志。4、SMW钻拌：钻掘及搅拌，重复搅拌，提升时搅拌。5、置放应力补强材（H型钢）6、固定应力补强材。7、施工完成SMW. SMW（Soil Mixing Wall）工法施工SMW工法施工顺序如下：1、导沟开挖：确定是否有障碍物及做泥水沟。2、置放导轨。3、设定施工标志。4、SMW钻拌：钻掘及搅拌，重复搅拌，提

23、升时搅拌。5、置放应力补强材（H型钢）6、固定应力补强材。7、施工完成SMW. SMW（Soil Mixing Wall）工法施工SMW工法的主要特点:1、施工不扰动邻近土体，不会产生邻近地面下沉、房屋倾斜、道路裂损及地下设施移位等危害。2、钻杆具有螺旋推进翼与搅拌翼相间设置的特点，随着钻掘和搅拌反复进行，可使水泥系强化剂与土得到充分搅拌，而且墙体全长无接缝，从而使它可比传统的连续墙具有更可靠的止水性，其渗透系数K可达10-7cm/s。3、它可在粘性土、粉土、砂土、砂砾土、100以上卵石及单轴抗压强度60MPa以下的岩层应用。4、可成墙厚度5501300mm,常用厚度600mm；成墙最大深度目

24、前为65m,视地质条件尚可施工至更深。5、所需工期较其他工法为短，在一般地质条件下，每一台班可成墙7080m2。6、废土外运量远比其他工法为少。 SMW（Soil Mixing Wall）工法施工SMW工法连续墙的经济指标：SMW工法连续墙的造价，目前在日本约为15000日元/m2,约合人民币2600元/m2左右，钢材用量约为200kg/m3,如以500m周长的两层地下室的基坑围护为例，约需钢材500t左右。 SMW（Soil Mixing Wall）工法施工 SMW（Soil Mixing Wall）工法施工 SMW（Soil Mixing Wall）工法施工 SMW（Soil Mixing

25、 Wall）工法施工 SMW（Soil Mixing Wall）工法施工 SMW（Soil Mixing Wall）工法施工 SMW（Soil Mixing Wall）工法施工 SMW（Soil Mixing Wall）工法施工 SMW（Soil Mixing Wall）工法施工 SMW工法机械及其改进 对原地土搅拌加固的SMW工法（Sdoil mising Wall），噪音振动小、施工排土量少、对周围地基无不良影响，易满足日益提高的环保要求。它采用多轴钻削搅拌机及全重叠搭接法施工，高效地形成有优良止水性的连续墙，施工深度也不断加大，最深已接近70m，从而得到蓬勃的发展。同时，其施工机械也不断

26、地得到改进和完善。 SMW工法机械及其改进1 标准机型 首创 SMW工法的日本成幸株式会社使用的标准机型主要参数见表1。为了实现超过整机高度所容许的施工深度，钻杆可分节接成，每节由不同长度的分段组成。预钻所用的单轴钻杆分段长度为3.0，6.0，9.0m，都带有螺旋； 3轴钻杆搅拌螺旋段长6.75m，无螺旋接杆分段长度为10，2.0，3.0，6.75m（850另有0.82m分段）。施工时根据桩架高度和成墙深度选用不同的段组成节，按节进行接续钻削搅拌，见又如公称直径 850，桩架高 30m，成墙深45.0m.对单轴钻杆：第一节为9026.0m，第二图1，其中待接分节放置在预先开挖的地槽中，以方便接

27、续。钻头公称直径 550mm 850mm行走底盘 DH608-120M桩架高度 18-33m,M70D 18-30m， M90D驱动电机 4555kw 48p2 75kw 46p2输出轴转速 3017.5rmin 3015rmin最大施工深度 35.00m 45.0m 例如公称直径550，桩架高 18m，成墙深35.0m. 对单轴钻杆：第一节为6.06.0m，第H节为9.0 3.0m，第三节为 9.0 3.0m，第四节为 3m； 对三轴钻杆：第一节为 6.75（螺旋段） 3.0 2.0m，第二节为 6.75 3.0m，第三节为6.753.0m，第四节为6.75m。节为9.026.0m； 对三轴

28、钻杆：第一节为 6.752（螺旋段）6.75 2.02 0.82m，第二节为 6.752 3.00.82m，第三节为 6.75 0.82m。 钻杆接头阳样形式见图2，由两根圆销构成轴向连接。单轴钻杆采用图中（a）形式，由4条键传递较大的扭矩；三轴钻杆扭矩较小，则采用图中（b）形式。2 低高度机型 标准机型接续作业时，需要开挖接杆用地槽，取放接杆时则要横向移动机架，接续单轴钻杆约需15min，而三轴钻杆约需30min。整机稳定性差，工作效率低。为此日本大成建设、三和机材、成和机工与成幸株式会社联合开发了SMW15M机型，见图3。 钻杆分成两节，整机高17.9m，最大施工深度25.3m，稳定角15

29、.8（标准机型配30m桩架时整机高32.6m，不接续最大施工深度23.4m，稳定角只有 7. 4）。接杆安置在专门设计的桩架侧面，可实现自动就位和自动连接，大大简化了接续作业。 为了适应城市高架下方等低空间场地的施工，成幸株式会社进一步采用了SMW500D系列机型。该系列机型最低整机高度只有5m，底盘可采用通用履带式或专用轨道式，如图4，其钻杆形式见图5。为避免接续作业，日本利根。成幸、三和机材等开发有 STS机型（Safety Telescopic System）见图6。 其特点是伸缩式钻杆，第一节为276mm12.2m，第二节205mm 8. 3m，第三节 152mm 8.0m，最大可承受

30、600kN拉拔力。各节间无专门伸缩驱动装置，仅依靠固定销进行轴向定位，伸缩时拔出固定销然后有插人。作周期只需8分钟。钻杆全缩时长14.0m，全伸时长30.0m。混凝土由三组液压卷筒收放的软管注人。为防止钻削过程中软管扭曲剪断，软管具有强抗扭能力，每路采用二个旋转接头。该机采用M90D17m桩架，最大施工深度 27. 6m，稳定角约 16。由于第一节外径较大（一般钻杆外径216mm），弯曲刚度大，容易保证初始钻孔精度。3 TMW机型 SMW连续墙截面在两圆相交处形成细腰，使墙面波状不平，同时降低了连续墙的防水能力。TMW机型（Toautsu soil Mixing Wall）则可形成等厚度混合土连续墙，见图7。与SMW机