毕业设计软土地基处理施工

目录TOC\o"1-2"\h\z\uHYPERLINK\l"_Toc231351742"前言1HYPERLINK\l"_Toc231351743"第一章绪论2HYPERLINK\l"_Toc231351744"1.1概述2HYPERLINK\l"_Toc231351745"1.2发展概况3HYPERLINK\l"_Toc231351746"1.3工程应用情况4HYPERLINK\l"_Toc231351747"1.4搅拌法的特点及适用性6HYPERLINK\l"_Toc231351748"1.5勘察要求7HYPERLINK\l"_Toc231351749"第二章水泥土搅拌法加固机理9HYPERLINK\l"_Toc231351750"2.1水泥浆液喷射搅拌加固土的原理9HYPERLINK\l"_Toc231351751"2.2水泥粉体喷射搅拌加固机理11HYPERLINK\l"_Toc231351752"2.3水泥土的材料特性11HYPERLINK\l"_Toc231351753"第三章水泥土室内配比试验与分析15HYPERLINK\l"_Toc231351754"3.1室内配合比试验15HYPERLINK\l"_Toc231351755"3.2试验结果及分析18HYPERLINK\l"_Toc231351756"第四章柱状水泥土搅拌桩复合地基设计与计算28HYPERLINK\l"_Toc231351757"4.1工程概况28HYPERLINK\l"_Toc231351758"4.2设计原则29HYPERLINK\l"_Toc231351759"4.3设计要求及参数选择31HYPERLINK\l"_Toc231351760"4.4单桩竖向承载力的设计与计算31HYPERLINK\l"_Toc231351761"4.5复合地基承载力的设计与计算33HYPERLINK\l"_Toc231351762"4.6下卧层强度验算36HYPERLINK\l"_Toc231351763"4.7复合地基沉降变形验算41HYPERLINK\l"_Toc231351764"4.8方案选择49HYPERLINK\l"_Toc231351765"4.9理正地基处理计算软件——地基处理计算49HYPERLINK\l"_Toc231351766"第五章壁状水泥土搅拌桩复合地基设计与计算55HYPERLINK\l"_Toc231351767"5.1工程概况55HYPERLINK\l"_Toc231351768"5.2格栅形水泥土支挡墙的设计原则55HYPERLINK\l"_Toc231351769"5.3水泥土重力式挡土墙设计计算57HYPERLINK\l"_Toc231351770"第六章水泥土搅拌法的施工工艺与质量检验67HYPERLINK\l"_Toc231351771"6.1水泥土搅拌法的施工工艺67HYPERLINK\l"_Toc231351772"6.2质量检验75HYPERLINK\l"_Toc231351773"结论77HYPERLINK\l"_Toc231351774"参考文献79HYPERLINK\l"_Toc231351775"致谢80前言我国地域广大，有各种成因的软弱土层，其分布范围广、土层厚度大。这类软土的特点是含水量高、孔隙比大、抗剪强度低、压缩性高、渗透性差、受力后沉降稳定时间长。近年来由于工业布局或城市发展规划，经常需要在软土地基上进行建筑施工。由于软土地基不良的建筑性能，因此需要进行人工加固。软土就地加固是基于最大限度地利用原土，经过适当的改性后作为地基，以承受相应的外力。在软土地基中搅拌掺入各类固化剂使软土固化，是一种通用的地基加固方法。水泥土搅拌法是用于加固软弱地基的一种新型技术，它是利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂（浆液状或粉体状）强制搅拌，利用固化剂和软土之间产生的一系列物理-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优质地基。由固化剂（水泥）与软土搅拌形成的固结体在我国称为水泥土搅拌桩。又由于历史上的原因和使用习惯，将用水泥浆与软土搅拌形成的柱状固结体称为深层搅拌桩；将用水泥粉体与软土搅拌形成的柱状固结体称为粉喷桩。将这两类地基加固方法（即拌入水泥浆的湿法和拌入水泥粉的干法）合称水泥土搅拌法（简称搅拌法）。在复合地基法中，水泥土搅拌桩复合地基以其独特的优点应用非常广泛。随着水泥土桩的试验研究、理论分析等工作的开展，水泥土搅拌桩复合地基理论研究水平获得了很大的提高。第一章绪论1.1概述水泥土搅拌法是以水泥作为固化剂的主剂，通过特制的搅拌机械边钻进边往软土中喷射浆液或雾状粉体，在地基深处就地将软土和固化剂（浆液或粉体）强制搅拌，使喷入软土中的固化剂与软土充分拌合在一起，由固化剂和软土之间所产生的一系列物理-化学作用，形成的抗压强度比天然土强度高得多，并具有整体性、水稳定性的水泥加固土状柱体，由若干根这类加固土桩柱体和桩间土构成复合地基。另外根据需要，也可将搅拌桩柱体逐根紧密排列构成地下连续墙或作为防水围幕、基坑工程围护挡墙、被动区加固、大体积水泥稳定土等。搅拌法分为“深层搅拌法”（亦称湿法）和粉体搅拌法（简称干法）。深层搅拌法是使用水泥浆作为固化剂的水泥土搅拌法；粉体搅拌法是以干水泥粉（石灰粉）作为固化剂的水泥土搅拌法。深层搅拌法亦称为浆液搅拌法；粉体喷搅法详称粉体喷射搅拌法。所谓“深层”搅拌法相对“浅层”搅拌法而言的。20世纪20年代。美国及西欧国家在软土地区修建公路和堤坝时，经常采用一种“水泥土”（或石灰土）来作为路基或坝基。这种水泥土（或石灰土）是按照地基加固所需的范围，从地表挖取0.6～1.0m深的软土，在附近用机械或人工拌土水泥或石灰，然后放回原处压实，这就是最深的软土，在附近用机械或人工拌土水泥或石灰，然后放回原处压实，这就是最初始的软土的浅层搅拌加固法。这种加固软土的方法，深度一般小于1～3m。后来随着加固技术的发展，浅层搅拌法逐步发展成在含水量高的软土地基中原位进行加固处理，搅拌翼做成复轴，喷嘴一边喷出水泥乳状物等固化材料，一边向下移动，并缓慢向前推进。处理深度一般为3～4m，对于处理深度小于2m的就称为表层处理。浅层搅拌法是从路基稳定方法中发展而来的，即先在软土中散布石灰或水泥等粉体固结材料，再将其卷入土中混合搅拌；而深层搅拌法用特制的搅拌机械，一般能使加固深度都大于5m，国外最大加固深度可打60m。水泥土搅拌法适用于软土地基的加固。如沿海一带的海滨平原、河口三角洲、湖盆地周围、山间谷地等沉积的河海相软土，对在这类沉积厚度大、含水量高（一般在60%～80%，高者达100%～200%）、孔隙比大于1.0、抗剪强度底、压缩性高、渗透性差的软土地区进行建筑时，通常都需要进行地基处理。深层搅拌法是一种有效的地基处理方法，它具有成桩效率高、成本低、施工占地面积小、不使施工现场周围遭受污染，并且施工过程中无振动、无噪音等特点，特别适合于城市中心区及建筑物较为密集的地域施工和加固。对旧城改造的地基加固施工，深层搅拌法是最佳选择方案，尤其对20m深度范围内没有理想持力层的软土地基。1.2发展概况国外发展概况1824年，英国人阿斯皮琴首先制造出硅酸盐水泥并获得专利；1885年，又在德国提出了用硅酸盐水泥作为注浆材料的专利申请。1915年，日本在长崎县松岛煤矿竖井开挖工程中采用水泥灌浆进行止水。1917年，美国开始用水泥拌和粘土作为道路的基层材料；1920年又用石灰拌和粘土作为路基；而建于1945年的得克萨斯高速公路基层的石灰土加固效果至今仍为人们所承认。美国在第二次世界大战后研制成功一种就地搅拌桩（MIP），即从不断回转的螺旋转中空轴的端部向周围已被搅松的土中喷射水泥浆，经叶片的搅拌而形成水泥土桩，桩径0.3～0.4m，长度10～12m。1953年日本清水建设株式会社从美国引进这种施工方法，继而又开发出以螺旋钻机为基本施工机械的CSL法和MR-D法（以开发公司名称的首字母命名）。CSL法和MR-D法都是采用螺旋钻机杆上带有特殊形状的搅拌翼片，并通过钻机杆供给水泥浆，与土进行强制搅拌而成。到了60年代，日本和瑞典分别开发研制成功一种用于加固深层软土的方法—深层搅拌法，可用来处理地下深部的河流冲积软土、湖泊和海底极软的沉积土，以及河道两岸的超软吹填土，甚至新近沉积的淤泥等。一般采用的固化剂均为水泥浆或石灰粉。1965年日本运输省港湾技术研究所开发生产的DLM法，即将石灰掺入软弱地基中加以原位搅拌，使之固结的深层搅拌工法。DLM法是由两根带有旋转叶片的回转轴及在其中间部位兼作导向柱的固化剂输入管组成，固化剂是从两个搅拌面的交叉部位输入地基中的。通常形成两个圆叠合形状断面的双柱状加固体。1967年，日本港湾技术研究所土工部参照MIP工法的特点，开始研制石灰搅拌施工机械。1974年由日本港湾技术研究所等单位又合作开发研制成功水泥搅拌固化法（CMC），用于加固钢铁厂矿石堆放地基，加固深度达32m。接着，日本各大施工企业接连开发研制加固原理、固化剂接近、机械规格和施工效率各异的深层搅拌机械，例如深层化学搅拌法DCM，深层水泥搅拌法DMIC，深层水泥固结法DCCM等。这些施工机械一般具有偶数个搅拌轴（2根、4根或8根），每个搅拌叶片的直径可达1.25m，一次加固的最大面积可达9.5m2，常在港工建筑中的防波堤、码头岸边及高速公路高填方下的深厚层软土地基加固工程中使用。国内发展概况我国于20世纪70年代末致力于这项技术的开发并应用于工程实践中。1977年由冶金部建筑研究总院和交通部水运规划设计院进行了室内试验和机械研制工作，于1978年底制造出我国第一台SJB-1型双搅拌轴、中心管输浆的搅拌机械，并由江阴市江阴振冲器厂成批生产（目前SJB-2型加固深度可达18m）。1980年初在上海宝钢三座卷管设备基础的软土地基加固工程中首次获得成功。1980年初天津市机械施工公司与交通部一航局科研所利用日本进口螺旋钻孔机械进行改装，制成单搅拌轴和叶片。输浆型搅拌机，1981年在天津造纸厂蒸煮锅改造扩建工程中获得成功。近十年来，搅拌法加固技术发展迅速。目前，按照固化材料的种类可分为水泥系搅拌（喷射水泥浆或雾状水泥粉体）和石灰系搅拌（喷射雾状石灰粉体）等；若按喷射材料的形态可分为浆液搅拌（喷射水泥浆等）和粉体喷射搅拌（喷射雾状石灰粉体或水泥粉体、石灰水泥混合粉体等）。铁道部科学研究院1988年研制成功的DDG-2型工程钻机，配以泥浆泵和粉喷机等可以进行浅层水泥浆搅拌和粉喷搅拌，加固深度6m，成孔直径200mm，可做600的斜搅，主要用于整治路基和基床病害。1.3工程应用情况搅拌水泥土桩问世以来，发展迅速，应用广泛。在日本大量用于各种建筑物的地基加固、稳定边坡、防止液化及负摩擦等。CDM法在日本及其他发达国家还广泛用于海上工程，如海底盾沟稳定掘进、人工岛海底地基加固、桥墩基础地基加固、岸壁码头地基加固、护岸及防波堤地基的加固等等。由于日本的特殊环境，其海上工程的投入相当巨大，这也促进了CDM工法的迅速发展。在日本。仅粉体搅拌水泥土桩，截止1993年施工项目数已超过1400项，加固土方量达到1000万m3。国外的深层搅拌机械采用了高新技术，实现了施工监控的自动化，确保了施工质量，目前尚未见到失败的工程例证。其工程应用中，设计方法比较保守，置换率高达40%～80%，桩体设计强度值一般不超过0.6Mpa。由于理论研究投入不够，目前还没有取得完整的应力场和变形场数据，使其设计计算方法不近人意。深层搅拌水泥土在我国应用10余年来，应用范围不断扩展，形成了我国的特色。深层搅拌水泥土桩率先用于10层综合楼的地基处理，大量用于8层左右的多层建筑物地基处理以及深基坑开挖中的支挡防渗工程。根据我国国情，开发的价格低、机型轻便的搅拌机械，在软土地基加固中取得了显著的社会效益和经济效益。20世纪90年代，我国的水泥土桩发展进入高潮，除西北、西南、东北边远地区以外，其他十几个省、市、自治区，包括台湾，都有应用的实例，尤以浙江、上海、湖北、江苏、广东等省市应用最多。近几年，夯实水泥土桩也在北京大量应用。（原）冶金工业部、建设部以及浙江、武汉、上海、福建、天津等先后颁布了行业规范及地区性规范（定），成为当前深层搅拌水泥土桩设计和施工的依据。在工程实践中，由于我国搅拌机械的性能及施工监控系统比较落后，加上操作不认真、设计理论不完善，工程中出现了不少事故，暴露了许多问题。当务之急是继续完善和开发适合我国国情的搅拌机械，重点解决施工监控系统装置的研制。在设计理论上，虽然我国的科技人员进行了大量的工作，在水泥土的基本性质、临界桩长、固结特性、桩体冻侧等方面取得了可喜的进展，但确少系统的研究，没有揭示水泥土桩复合地基的应力场和变形场，使设计水平停滞不前。当今水泥土桩应用继续升温，解决上述问题意义重大。1.4搅拌法的特点及适用性1.4.1搅拌法的优点搅拌法加固软土技术，其独特的优点如下：（1）水泥搅拌法由于将固化剂和原地基软土就地搅拌混合，因而最大限度的利用了原土；（2）搅拌时不会使地基侧向挤出，所以对周围原有建筑物的影响很小；（3）按照不同地基土的性质及工程要求，合理选择固化剂及其配方，设计比较灵活；（4）施工时无振动、无噪音、无污染，可在市区内和密集建筑群中施工；（5）土体加固后重度基本不变，对软弱下卧层不致产生附加沉降；（6）与钢筋混凝土桩基相比，节省了大量的钢材，并降低了造价；根据上部结构的需要，可灵活采用柱状、壁状、格栅状和块状等加固型式。由于受搅拌机械搅拌能力的限制，不适用于地基承载力大于120kPa的粘性土和粉土地基。原地基承载力高时，湿法施工比干法施工搅拌可能性大，且搅拌效果更理想。若采用干法施工，搅拌后形成的水泥土均匀性相对较差,且易出现蜂窝状。另外，由于这种土的天然含水量较低，满足不了水泥水解水化反应的水量要求，容易使水泥土成干粉状，从而达不到理想的结果。从另一角度，对地基承载力较高的土，采用水泥土搅拌法进行加固，一旦施工质量达不到要求，由于机械搅拌对土的扰动，破坏了原土体结构，其效果反而比天然地基还差。所以对地基承载力较高的土采用搅拌法进行加固时，更要重视施工质量。1.4.2搅拌法的适用性水泥土搅拌法一般可用于增加软土地基的承载力、减少沉降量、提高边坡的稳定性。一般适用于以下几种情况：（1）作为建筑物或构筑物的地基、厂房内具有地面荷载的地坪、高填方路堤下基层等；（2）进行大面积地基加固、防止码头岸壁的滑动、基坑开挖时作支护和减少软土中地下构筑物的沉降；（3）作为地下防渗墙以阻止地下渗透水流、对桩侧或板桩背后的软土进行加固。水泥土搅拌法用于处理泥炭土、有机质土、塑性指数Ip大于25的粘土（这种土容易在搅拌头叶片处形成泥团，无法完成水泥土搅拌），地下水具有腐蚀性时以及无工程经验的地区，必须通过现场试验确定其适用性。1.5勘察要求对于拟采用搅拌法的工程，除了常规的工程地质勘察要求之外，尚应对下述各项内容予以特别重视：填土层的组成填土层的组成的勘察，特别是大块物质（石块、树根等）的尺寸和含量对搅拌的施工速度有很大影响。某工程实测表明，搅拌头穿过1m厚的含大块石的人工回填土层需要40～60min，而穿过一般软土仅需2～3min。所以应探明大块石，必须清除大块石后再行施工。土的含水量当水泥配方相同时，其强度随土样的天然含水量的降低而提高。试验证明，当土样含水量在50%～85%范围内发生变化时，含水量每降低10%，强度可提高30%。有机质含量对于有机质含量较高的软土，用水泥加固后的强度一般较低，因为有机质使土层具有较大的水容量和塑性及较大的膨胀性和低渗透性，并使土具有了一定的酸性，这些都阻碍水泥的水化反应，故影响水泥土的强度增长，因此对有机质含量较高的明、暗浜填土及冲填土应予慎重考虑。对由生活垃圾组成的填土，不应采用搅拌法加固。一般当地基土中有机质含量大于1%时，加固效果较差。土质分析除按常规分析土的物理力学性能之外，还应对土做可溶性盐含量分析及总烧矢量分析。从土的主要成分和有机质含量，判断水泥加固土加固效果，亦可在拟加固的土样中加入氢氧化钠溶液，抽出浸后液体，其颜色越深，加固效果越差。水质分析对地下水的酸碱度（pH值）以及硫酸盐含量忽然侵蚀性二氧化碳等进行分析，以判断对水泥的侵蚀性影响。如前所述，地下水中的硫酸盐以及土中的有机质均为影响搅拌桩的加固效果和桩身强度的形成，因此要对土质和地下水质进行分析。土的其他指标采用干法加固砂土应进行颗粒级配分析，特别注意土的粘粒含量及对加固料有害的土中离子种类及数量，如、等。第二章水泥土搅拌法加固机理2.1水泥浆液喷射搅拌加固土的原理软土与水泥采用机械搅拌加固的基本原理是基于水泥加固土（简称水泥土）的物理化学反应。水泥加固土的物理化学反应过程与混凝土的硬化机理不同，混凝土的硬化主要是在粗填充料（比表面不大，活性很弱的介质）中进行水解和水化作用，所以凝结速度较快。而在水泥加固土中，由于水泥的掺量很少（仅占被加固土重的7%～20%），水泥的水解和水化反应完全是在具有一定活性介质的土的围绕下进行的，所以硬化速度缓慢且作用复杂，因此水泥加固土强度增长的过程也比混凝土慢。水泥的水解和水化反应普通硅酸盐水泥主要是由氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁及三氧化硫等组成，由这些不同的氧化物分别组成了不同的水泥矿物：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙、硫酸钙等。用水泥加固软土时，水泥颗粒表面的矿物很快与软土中的水发生水解和水化反应，生成氢氧化铝、含水硅酸钙、含水铝酸钙及含水铁酸钙等化合物。其各自的反应过程如下：（1）硅酸三钙（3CaO·SiO2）：在水泥中含量最高（约占全重的50%左右），是决定强度的主要因素。2（3CaO·SiO2）+6H2O→3CaO·2SiO2·3H2O+3Ca(OH)2（2）硅酸二钙（2CaO·SiO2）：在水泥中含量较高（占25%左右），它主要产生后期强度。2（2CaO·SiO2）+4H2O→3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2（3）铝酸三钙（3CaO·Al2O3）：占水泥重量10%，水化速度最快，促进早凝。3CaO·Al2O3+6H2O→3CaO·Al2O3（4）铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3）：占水泥重量10%左右，能促进早期强度。4CaO·Al2O3·Fe2O3+2Ca(OH)2+10H2O→3CaO·Al2O3·6H2O+3CaO·Fe2O3·6H2O所生成的氢氧化钙、含水硅酸钙能迅速溶于水中，使水泥颗粒表面重新暴露出来，再与水发生反应，这样周围的水溶液就逐渐达到饱和。当溶液达到饱和后，水分子虽继续深入颗粒内部，但新生成物已不能再溶解，只能以细分散状态的胶体析出，悬浮于溶液中，形成胶体。（5）硫酸钙（CaSO4）：虽然它在水泥中的含量仅占3%左右，但它与铝酸三钙一起与水反应，生成一种被称为“水泥杆菌”的化合物：3CaSO4+3CaO·Al2O3+32H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O根据电子显微镜的观察，水泥杆菌最初以针状结晶形式在比较短的时间里析出，其生成量随着水泥掺入量的多少和龄期的长短而异。由X射线衍射分析，这种反应迅速，最后把大量的自由水以结晶水的形式固定下来，这对于含水量高的软土的强度增长有特殊意义，使土中自由水的减少量约为水泥杆菌生成重量的46%。当然，硫酸钙的掺量不能太多，否则这种水泥杆菌针状结晶会使水泥发生膨胀而遭到破坏。所以，如使用得合适，在某种特定条件下可利用这种膨胀势来增加地基加固效果。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。㈠离子交换和团粒化作用粘土和水结合时就表现出一种胶体特征，如土中含量最多的二氧化硅遇水后，形成硅酸胶体微粒，其表面带有钠离子Na+或钾离子K+，它们能和水泥水化生成的氢氧化钙中钙离子Ca2+进行当量吸附交换，使较小的土颗粒形成较大的土团粒，从而使土体强度提高。水泥水化生成的凝胶粒子的比表面积约比原水泥颗粒大1000倍，因而产生很大的表面能，有强烈的吸附活性，能使较大的土团粒进一步结合起来，形成水泥土的团粒结构，并封闭各土团的空隙，形成坚固的联结，从宏观上看也就使水泥土的强度大大提高。㈡硬凝反应随着水泥水化反应的深入，溶液中析出大量的钙离子，当其数量超过离子交换的需要量后，在碱性环境中，能使组成粘土矿物的二氧化硅及三氧化二铝的一部分或大部分与钙离子进行化学反应，逐渐生成不溶于水的稳定结晶化合物，增大了水泥土的强度。从扫描电子显微镜观察中可见，拌入水泥7天时，土颗粒周围充满了水泥凝胶体，并有少量水泥水化物结晶的萌芽。一个月后水泥土中生成大量纤维状结晶，并不断延伸充填到颗粒间的空隙中，形成网状构造。到五个月时，纤维状结晶辐射向外伸展，产生分叉，并相互连结形成空间网状结构，水泥的形状和土颗粒的形状已不能分辨出来。2.1.3碳酸化作用水泥水化物中游离的氢氧化钙能吸收水中和空气中的二氧化碳，发生碳酸化反应，生成不溶于水的碳酸钙，其反应如下：Ca(OH)2+CO2→CaCO3↓+H2O这种反应也能使水泥土增加强度，但增长的速度较慢，幅度也较小。从水泥土的加固机理分析，由于搅拌机械的切削搅拌作用，实际上不可避免地会留下一些未被粉碎的大小土团。在拌入水泥后将出现水泥浆包裹土团的现象，而土团间的大孔隙基本上已被水泥颗粒填满。所以，加固后的水泥土中形成一些水泥较多的微区，而在大小土团内部则没有水泥。只有经过较长的时间，土团内的土颗粒在水泥水解产物渗透作用下，才逐渐改变其性质。因此在水泥土中不可避免地会产生强度较大和水稳性较好的水泥石区和强度较低的土块区。两者在空间相互交替，从而形成一种独特的水泥土结构。可见，搅拌越充分，土块被粉碎得越小，水泥分布到土中越均匀，则水泥土结构强度的离散性小，其宏观的总体强度也最高。2.2水泥粉体喷射搅拌加固机理粉体喷射搅拌常用的固化剂有水泥粉体、生石灰和消石灰，也有掺入粉化灰、石膏等外加剂的。粉体固化剂与原状土搅拌混合后，使地基土和固化剂发生一系列物理化学反应，生成稳定的水泥土和石灰土。用水泥粉体作固化剂加固软土地基与用水泥浆作固化剂加固原理基本相同，只是用水泥粉体作固化剂，水化反应放热直接在地基土中，使水分蒸发和吸收水分的能力提高。2.3水泥土的材料特性2.3.1水泥土的物理性质（1）重度由于拌入软土中的水泥浆重度与软土的重度相近，所以水泥土的重度与天然软土的重度相近。通过大量水泥土重度试验结果表明，水泥土的重度仅比天然软土的重度提高0.5%～3%，所以采用水泥土搅拌法加固厚层软土地基时，其加固部分对于未加固部分不致产生过大的附加荷重，也不会产生较大的附加沉降。（2）含水量水泥土在凝结与硬化过程中，由于水泥水化等反应，使部分自由水以结晶水的形式固定下来，使水泥土的含水量略低于原土样的含水量，试验结果分析，水泥土含水量比原土样含水量减少0.5%～7%，且随着水泥掺入量的增大而减少。（3）相对密度由于水泥的相对密度为3.1，比一般软土的相对密度2.65～2.75为大，故水泥土的相对密度比天然软土的相对密度稍大。（4）渗透系数水泥土的渗透系数随水泥掺入比aw的增大和养护龄期的增大而减少，水泥土的渗透系数小于原状土。水泥土的渗透系数与原状土性、水泥掺入量、搅拌的均匀程度以及初始含水量等因素有关。一般可达10-7～10-10cm/s数量级。2.3.2水泥土的力学性质（1）无侧限抗压强度水泥土的无侧限抗压强度是衡量水泥土力学性质的极其重要的一个指标，一般其值为0.3～4MPa，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性体之间，图2.1为水泥土的应力—应变曲线，从图中可见，水泥土受力开始阶段，应力与应变关系基本上符合虎克定律。当外力达到极限强度时，对于强度大于2Mpa的水泥土很快出现脆性破坏，破坏后残余强度很小，此时的轴向应变约为（0.8～1.2）%（如图2.1中的A20、A25试件）；对强度小于2MPa的水泥土则表现为塑性破坏（如图2.1中的A5、A10、A15试件）。（2）抗拉强度水泥土抗拉强度指指标是设计水水泥土搅拌桩桩挡墙的一个个重要参数。一一般应通过室室内试验确定定，水泥土的的抗拉强度σt随其无侧限限抗压强度的的增长而提高，当水泥土的无无侧限抗压强强度=0.5～4Mpa时，其抗拉拉强度σt=0.05～0.70MMpa，即有σt=0.06～0.3。有资资料介绍用劈劈裂法求得粘粘土的加固土土抗拉强度σt与无侧限抗压强度度的关系，随随着的增大，抗抗拉强度σt的增长速率率有逐渐降低低的趋势。（3）抗剪强度水泥土的抗剪强度度可由高压三三轴剪切仪进进行测定，通通过大量实验验结果表明：：水泥土的抗剪强度度随抗压强度度的增加而提提高，当=00.5～4MPa时，其粘聚聚力C=0.1～1.1MPa，一般约为为的20%～30%，其内摩擦擦角变化在20°～30°之间；另外外，室内试验验的抗剪强度度τ与无侧限抗抗压强度的关关系，随着的的增大，抗剪剪强度和无侧侧限抗压强度度的比值有变变小的趋势，其其总体的规律律为τ=(1/2～1/3)。（4）变形模量当垂直应力达500%无侧限抗压压强度时，水水泥土的应力力与应变的比比值称为水泥泥土的压缩模模量E50。（5）压缩系数和压缩缩模量水泥土桩的压缩系系数约为0.02～0.0355MPa-1，其相应应的压缩模量量ES=660～100Mppa，小于变形形模量。我国国《建筑地基基处理技术规规范》（JGJ79—2002）中提出搅搅拌桩的压缩缩模量可取（100～120），对桩较短短或桩身强度度较低者可取取低值，反之之可取高值。（6）水泥土桩的抗冻冻性能将水泥土试件置于于自然负温下下进行抗冻试试验，经观察察表明，试件件外观无显著著变化，仅有有少数试块表表面出现裂纹纹，并有局部部片状剥落，边边角脱落和微微膨胀，但影影响深度及面面积均不大，可可见自然冰冻冻条件下不会会对水泥土桩桩深部造成结结构破坏。水泥土桩经长时间间冰冻后的强强度与不经过过冰冻的强度度相差无几，但但当冰冻后再再恢复正温，其其强度继续升升高，可升高高到接近标准准值，即冻后后正常养护90d的强度与标标准强度非常常接近。在自自然温度不低低于－15℃的条件下，冰冰冻对水泥土土结构损害甚甚微，因此，只只要在地温不不低于－10℃的条件下，就就可以进行搅搅拌法的冬季季施工。第三章水泥土室内内配比试验与与分析复合地基承载力是是根据设计要要求来确定的的，为了满足设设计要求,必须进行水水泥加固土的的室内配合比比试验。室内试验时时，应考虑采用用的施工工艺艺以及室内与与现场的差异异。现根据本工工程设计要求求进行水泥土土室内配合比比试验，通过不同水水灰比、水泥掺入比比、龄期、外掺掺剂等进行试试验对比，分析影响水水泥土强度的的各种因素。水水泥土配合比比试验是水泥泥搅拌桩的设设计和施工的的基础工作，是是控制水泥搅搅拌成本和施施工质量的依依据，每一项项水泥搅拌桩桩工程正式施施工前必须认认真进行该项项工作。因此此，通过水泥泥土的室内配配合比试验，可可以定量地反反映出水泥土土的强度特性性的演变规律律，为软土地地基处理设计计提供可靠的的依据。3.1室内配合比比试验3.1.1试验目目的水泥土配合比试验验的目的是认认识地基土的的特点，通过过水泥土无侧侧限抗压强度度测定，合理理确定加固料料和掺加料的的品种和数量量。水泥土的的无侧限抗压压强度一般为为300-44000kPPa，即比天然然软土大几十十倍至数百倍倍。其变形特特征随强度不不同而介于脆脆性体与弹塑塑体之间。3.1.2材料的的选用（1）固化剂的选择1）水泥品种：水泥泥采用32.5级普通硅酸酸盐水泥。2）水泥用量：根据据现场土质条条件，调整水水灰比，其范范围W/C=00.45～0.55。水泥用量量按土的天然然含水量不同同而变化，因因为本工程各各土层的含水水量均小于50％，所以水水泥用量为550kg/mm3。（2）水泥土的试样制备备1试模水泥搅拌土配合比比试验的标准准试模应为φ×h=5×10cm的圆试模。当当试验室不具具备条件时，允允许用7.007×7.07×7.07ccm的方试试模。它们之之间的关系式式为：圆试模模的强度=00.87方试试模的强度2成型把在施工场地现取取的原状土及及水泥运至试试验室，经原原材料试验后后，按拟定的的试验配方称称重后放入搅搅拌锅内拌和和均匀，然后后在试膜内装装入一半试料料，击振试模模50下，紧接接着填入其余余试料再击550下，最后后将试块表面面刮平，盖上上塑料布，以以防水分过快快蒸发。水泥泥土试件的制制备数量要求求每组试件不不少于3个。经过一一段龄期，测测出试块的无无侧限抗压强强度。有以下下公式求得：：qu=S=70.7mmm270.7mmm2图3.17..07×7.07×7.07ccm的方试试模3养生养生室温度20℃℃±2℃，湿度不低低于95%，养生生最后一天饱饱水24小时。在在实际施工中中,为了争取时时间，可采用用60℃高温养生的的方法进行水水泥搅拌土配配合比试验，高高温养生300h约相当当于标准养生生28d强度值值；高温养生生96h约相当当于标准养生生90d强度值值。（3）外掺剂的选择由于该地区土层含含水量低，土土层要求搅拌拌桩浆液具有有较高的水灰灰比，而较高高的水灰比将将导致成桩强强度降低。因因此，在水泥泥浆液中掺入入一定量的LST-6抗硫添加剂剂，提高浆液液和易性，以以达到浆液水水灰比合理，成成桩强度满足足地基处理要要求的目的。石膏兼有缓凝和早强作用，加入少量石膏，能提高强度，减少水泥用量。故掺入适量石膏。图3.2水泥泥砼标准养护护箱3.1.3实验过过程（1）根据地质钻探资资料,取地表下面面较有代表性性的土体作为为试样,测试其含水水量、孔隙率率、湿容重等等技术指标。（2）根据土质情况,,分别配制水水泥掺入比为为5％、10％、15％、20％，4个级别的混混凝土试样用用于试验。先先将水与水泥泥搅拌均匀制制成水泥浆，然然后倒入称好好的土样中，边边倒边搅拌，直直到水泥浆与与土搅拌均匀匀为止。（3）将搅拌均匀的试样样装入试模并并振实，尽可可能的排出气气泡，然后刮刮平，为防止止水分蒸发，将将其用塑料袋袋裹好。（4）放置一昼夜后，拆拆模、编号、称称重。（5）按设计掺量做水水泥土室内配配比试验18组，天然条条件养护（7天强度3组，14天强度3组，28天强度12组），并进进行无侧限抗抗压强度试验验。3.2试验结果及及分析水泥土的密度表3.1水泥土的密度试验验结果土质水泥掺入比（%）水灰比（%）原状土的密度（kkg/m3）水泥土的密度（kkg/m3）7d28d淤泥质粘土50.514.614.414.21014.414.11514.213.92014.213.8由表3.1可以看出，水泥土土的密度较加加固前的天然然土的密度虽虽有变化，但但由于加固土土中的水泥浆浆密度与被加加固土的密度度接近，所以以水泥土加固固地基对其下下部原状土不不会产生过大大的自重附加加应力及沉降降。水泥土的含水量水泥土的含水量试试验结果见表表3.2。从理论上上来说，被加加固土中的水水，一部分以以自由水的形形式蒸发掉，另另一部分与水水泥进行水化化反应被消耗耗，水泥土的的含水量要比比加固前的原原状土含水量量要低。实测测结果也表明明，其7d，28d的含水量均均较加固前低低，并且有一一种逐渐减小小的趋势。这这说明水泥与与被加固土中中的水，在整整个28d以致90d的龄期内都都发生反应，逐逐渐被消耗。表3.2水泥土含水量试验验结果土质水泥掺入比（%）水灰比（%）原状土含水量（%%）水泥土含水量（%%）7d14d28d淤泥质粘土50.53028.320.216.51028.821.517.41529.422.318.62030.623.419.3水泥土无侧限抗压压强度水泥与土结合提高高软土地基强强度的主要原原理是水泥与与土之间相互互的物理化学学反应作用，包括水泥水水化、凝结硬化作作用，水泥和软土土之间的离子子交换和团粒粒化作用，水泥掺量越越高，水泥土强度度越高。表3.3水泥土室内配合比比无侧限抗压压强度qu单位：MPa水灰比0.55龄期（d）7142890水泥掺量5%0.260.450.641.1210%0.340.480.811.4215%0.400.710.951.6720%0.441.101.272.23水灰比0.50龄期（d）7142890水泥掺量5%0.260.450.661.1610%0.340.490.851.4915%0.400.731.101.9320%0.441.121.312.30水灰比0.45龄期（d）7142890水泥掺量5%0.260.450.681.1910%0.340.490.901.5815%0.400.741.142.0020%0.441.211.422.49注：R90=K1·K22·K3·R28，其中K1为强度推断断系数,取1.174；K2为试件修正正系数，取1.15；K3为强度损伤伤系数,取1.3。水泥土7d、144d、28d和90d的无侧限抗抗压强度试验验结果见表3.3。影响水泥土搅拌桩桩抗压强度的的因素包括：：土样的性质质、水灰比、水水泥掺入比、龄龄期、水泥土土强度等级、外掺剂和搅拌均匀程度等。（1）水灰比从表3-3可以看出，水水泥浆中的水水灰比对水泥泥土强度影响响不大，相同同水泥掺入比比时，水灰比比0.55与0.50，0.50与0.45的水水泥土无侧限限抗压强度仅仅相差不大。水水泥浆的拌和和用水一方面面满足水泥水水化的需要，另另一方面满足足施工所需的的流动性。水水灰比越大，流流动性越好，有有利于水泥浆浆与粘土搅拌拌均匀，水泥泥土强度均匀匀性越好，但但水泥土的含含水量过大时时，不利于土土颗粒的凝聚聚固结，不利利于水泥土强强度的增长。因因此应在满足足施工和设计计要求的前提提下，选用水水灰比W/C=00.50。（2）水泥掺入比水泥掺入比aw==掺加的水泥泥重量/被加固土的的湿重量1000%。水泥土的的强度随着水水泥掺入比的的增加而增大大，当aw〈5%时，由于水水泥与土的反反应过弱，水水泥土固化程程度低，强度度离散性也教教大，故在水水泥土搅拌法法的实际施工工中，选用的的水泥掺入比比必须大于7%。图3.3水泥掺掺入比Aw比与抗压强强度的关系选用水灰比为0..50的一组水泥泥土试块，绘绘制水泥掺入入比与无侧限限抗压强度的的关系曲线图图3.3。从图中可可以看出：水水泥土强度随随掺入比的增增大而提高，当当水泥掺入比比为5％时，因水水泥与土的反反应过弱，水水泥土强度较较天然地基的的强度提高很很小，固化程程度较差；水水泥掺入比在在10％～20％变化时，其其抗压强度增增加量最大。因此，为了充分发发挥水泥土的的强度，达到到最佳加固效效果，水泥掺掺入比宜取10％～20％。每增加单位水泥掺掺入比所引起起的强度增量量在不同龄期期是不同的，在0-90天范围内，龄期越长这种增量越高。经大量试验数据的分类数理统计，水泥土的抗压强度与水泥掺入比呈幂函数关系。其表达式为1.6（3）龄期水泥土的无侧限抗抗压强度随龄龄期增长的变变化关系曲线线如图3.4所示，无侧侧限抗压强度度随龄期增加加而增大，以以水泥掺入比比为15％为例，以90d的无侧限抗抗压强qu=1.933MPa为强度标准准值。强度增长的过程分分为3个阶段：eq\o\ac(○,1)28d以前为快速速增长期，强强度增长最快快，到28d时可达到强强度标准值的的70％左右；eq\o\ac(○,2)28～60d为稳定增长长期，强度增增长缓慢，至至60d时可达到强强度标准值的的90％左右；eq\o\ac(○,3)60d以后为缓慢慢增长期，强强度增长缓慢慢，仅增长强强度标准值的的10％左右。由无侧限抗压强度度试验，在其其它条件相同同时，不同龄龄期的水泥土土无侧限抗压压强度大致呈呈线性关系，这这些关系如下下：式中：为7d的龄龄期的无侧限限抗压强度。为14d的龄期的无无侧限抗压强强度。为28d的龄期的无无侧限抗压强强度。为90d的龄期的无无侧限抗压强强度。图3.4强度与与龄期增长的的变化曲线图3.5TYAA-20000型电液式压压力试验机当龄期超过3个月月后，水泥土土的强度增长长才缓慢。同同样，据电子子显微镜观察察，水泥和土土的硬凝反应应需3个月才能充充分完成。因因此水泥土选选用3个月龄期强强度作为水泥泥土的标准强强度较为适宜宜。一般情况况下，龄期少少于3d的水泥土强强度与标准强强度间关系其其线形较差，离离散性较大。回归分析还发现在在其他条件相相同时，某个个龄期（T）的无侧限限抗压强度fcuT与28d龄期的无侧侧限抗压强度度fcu28的比比值fcuT/fcu288的龄期T的关系具有有较好的归一一化性质，且且大致呈幂函函数关系。其其关系式如下下：fcuT/fcu228=0.22414T00.41977上式中龄期的使用用范围是（7-90）d。（4）外掺剂外掺剂对对水泥土强度度有不同的影影响，如木质质素磺酸钙主主要起减水作作用，石膏、三三乙醇胺对水水泥土强度起起增强作用，而而增强效果因因土样和掺入入比不同而有有多差别。一一般早强剂选选用三乙醇胺胺、氯化钙、碳碳酸钠或水玻玻璃等；减水水剂可选用木木质素磺酸钙钙，一般掺入入量宜取水泥泥质量的0.2％，石膏兼兼有缓凝和早早强双重作用用，加入少量量石膏，有利利于提高强度度，减少水泥泥用量。当石石膏掺量为3％时，养护28d的强度与不不掺石膏相比比可大幅提高高，见表3.4。表3.4石膏掺掺入比与水泥泥土强度关系系期龄值度强量掺膏石期龄值度强量掺膏石036900.0460.0520.0580.06370.4400.6660.8961.026281.3121.4251.9242.036注：掺入比为200%粉煤灰是工业废料料，但本身具具有一定的活活性，掺加粉粉煤灰的水泥泥土，其强度度一般都比不不掺粉煤灰的的有所增长。不不同水泥掺入入比的水泥土土，当掺入与与水泥等量的的粉煤灰后，强强度均比不掺掺粉煤灰的提提高10%，故在加固固软土时掺入入粉煤灰，不不仅可消耗工工业废料，还还可稍微提高高水泥土的强强度。掺入工业废渣的效效果。作为水水泥土搅拌桩桩，在掺入水水泥的同时还还可掺入工业业废料，其中中以产量极大大的钢铁工业业废渣—高炉矿渣和和转炉钢渣为为主，这些废废渣可利用一一般水泥厂的的磨粉车间经经过适当的加加工即可生产产出矿渣水泥泥和钢渣水泥泥。而这两种种水泥对于软软土地基的加加固效果比普普通硅酸盐水水泥以及纯硅硅酸盐水泥对对土的加固效效果要好得多多。（5）养护方法养护方法对水泥土土的强度的影影响主要表现现在养护环境境的湿度和温温度。国内外外试验资料都都说明，养护护方法对短龄龄期水泥土强强度的影响很很大，随着时时间的增长，不不同养护方法法下的水泥土土无侧限抗压压强度趋与一一致，说明养养护方法对水水泥土后期强强度的影响较较小。图3.6无侧限限抗压强度的的测定另外，水泥土的无无侧限抗压强强度还受以下下几种因素影影响：（6）水泥土等级水泥土的强度等级级随水泥强度度等级的提高高而增加，水水泥强度等级级提高100号，在同一一掺入比时，水水泥土强度约约增大20％～30％，达到相相同强度时，水水泥强度等级级提高100号，掺入比比可降低2％～3％。（7）天然地基土中的的有机质含量量天然土中的有机质质对水泥的水水化反应起阻阻碍作用，影影响水泥土的的固化，降低低水泥土强度度。有机质含含量越多，阻阻碍作用越大大，水泥土强强度降低越多多。有机质含量少的水水泥土强度比比有有机质含含量高的水泥泥土强度大得得多。由于有有机质使土体体具有较大的的水溶性和塑塑性，较大的的膨胀性和低低渗透性，并并使土具有酸酸性，这些因因素都阻碍水水泥水化反应应的进行。因因此，有机质质含量高的软软土，单纯用用水泥加固的的效果较差。（8）含水量当水泥掺入比小于于20％时，水泥泥土无侧限抗抗压强度随土土中含水量降降低而增大，当当土的含水量量为50％～85％，一般土土样含水量每每降低10％，强度增增加30％。但当水水泥掺入比较较大时（＞20％）,含水量与无无侧限抗压强强度曲线存在在一个峰值，见见图3.7。图3.7水泥土土无侧限抗压压强度与含水水量的关系曲曲线（淤泥质质粘土）（9）搅拌的均匀程度度施工时搅拌的均匀匀程度对水泥泥土强度的影影响很大。当当达到一定的的搅拌时间时时，强度增长长越缓慢。在在相同搅拌时时间的条件下下，土的物理理力学性质指指标中含水量量、塑性指数数、液性指数数对均匀性影影响很大。塑塑性指数越大大，土的粘性性越大越难搅搅拌均匀；而而含水量和液液性指数过低低，又宜产生生抱土现象，影影响搅拌效果果。3.2.4抗拉强强度σt水泥土的抗拉强度度随无侧限抗抗压强度的增增长而提高。当当水泥土的抗抗压强度Pa时，其抗拉拉强度Pa,即）。抗压与抗拉这两类类强度有密切切关系，根据据试验结果的的回归分析，得得到水泥土抗抗拉强度与其其无侧限抗压压强度有幂函函数关系：=0.078700.81111上式成立的条件是是：Pa。3.2.5抗剪强强度水泥土的无侧限抗抗剪强度越高高，其抗剪强强度也相应提提高。当PPPa,一般约为的（20-30）%，其内摩擦擦角变化在200-300之间。水泥土在三轴剪切切试验中受剪剪破坏时，试试件有清楚而而平整的剪切切面，剪切面面与最大主应应力面夹角约约600。根据试验结果的回回归分析，得得到水泥土的的内聚力c与其无侧限限抗压强度大大致呈幂函数数关系，其关关系式如下：：c=0.281330.70778上式成立的条件是是：Pa。3.2.6变形模模量当垂直应力达500%无侧限抗压压强度时，水水泥土的应力力与应变的比比值，称之为为水泥土的变变形模量E50。当Pa时，其变形形模量E50=10--550MPPa，即E50=（80-1550）。根据试验结果的线线性回归分析析，得到E50与大致呈正比比关系，它们们的关系式为为：E50=1263.2.7压缩系系数和压缩模模量桩身的压缩模量与与水泥的掺入入比、施工质质量、土性及及含水量、龄龄期、桩身强强度等有关。“规范”在计算复合合地基群桩体体的压缩变形形时，采用群群桩体的复合合模量法，并并且取桩身的的压缩模量==（100～120），一般取值范范围为0.8～3MPa，则取值范围围为80～360MPPa。第四章柱状水泥泥土搅拌桩复复合地基设计计与计算4.1工程概况4.1.1工程简述述南京市某物流中心心位于南京市市浦口区经济济技术开发区区的东南侧。拟拟建物流中心心楼高5层，为框架架结构，拟定定浅基础埋深深2.0m左右，并要要求选定地基基持力层地基基承载力特征征值fak不得小于180kPa。柱下为矩矩形基础，作作用在基础顶顶面的轴心荷荷载Fk=455kN。室内地面面高出室外地地面0.6m，基低处总总力矩Mk=349kN·M。水泥土搅搅拌桩复合地地基的沉降量量不得大于230mm。假想实体基基础自重：GA=1.077106kN，GB=1.51106kN。4.1.2地层岩性性及其岩土工工程地质特性性建筑场地区地层主主要为第四纪纪河流相及湖湖相沉积物，现现依其形成地地质年代、成成因类型及岩岩性特征自上上而下描述如如下：Ⅰ.杂填土：湿～饱和，由由碎砖、灰渣渣、石块夹粘粘性土组成，一一般厚1.0～2.0m。Ⅱ.粉质粘土：黄色，饱饱和，土质不不均，砂粘混混杂，一般厚厚1.2～2.7m，为软塑状状态、高压缩缩性土层。Ⅲ.淤泥质粘土：灰色色，饱和，稍稍密状态，一一般厚1.0～2.5m，为可塑状状态、中等压压缩性土层。Ⅳ1.粉质粘土：灰色，饱饱和，稍密状状态，一般厚厚6m～7m，为可塑状状态、中等压压缩性土层。Ⅳ2.淤泥质粘土：灰色色，饱和，土土质不均，一一般厚1.5～7.5m，为流塑状状态、高压缩缩性土层。Ⅳ3.粉质粘土：灰色，饱饱和，土质不不均，砂粘混混杂，未见底底，为软塑状状态、高压缩缩性土层。以上各土层物理力力学性质指标标见下表4.1。由该表可见，研究究场地区常用用地基深范围围内岩土状态态较为软弱，工工程地质性质质较差，作为为浅基础考虑虑的地基持力力层及下卧层层土体的地基基承载力标准准值均低于120kPPa，不能满足足该拟建工程程的要求。4.1.3地下水埋埋藏条件研究区建筑场地地地下水为潜水水类型，2006年10月份监测该该建筑场地稳稳定地下水表4.1岩土设设计参数表层次名称厚度(m）含水率(%)重度（kN/m3）孔隙比e压缩系数a1-2(MPa)压缩模量Es(MPa)地基承载力特征值值fakⅠ杂填土2.0Ⅱ粉质粘土1.835.718.51.00.5423.5110Ⅲ淤泥质粘土1.831.818.60.990.544.070Ⅳ1粉质粘土6.023.920.030.660.315.2120Ⅳ2淤泥质粘土2.043.417.81.220.782.270Ⅳ3粉质粘土＞3.0位埋深5.64mm。根据南京京市建筑设计计院有限责任任公司编号2006--186号岩土工程程勘察报告给给出的结论该该地下水对基基础工程无侵侵蚀性。4.1.4地震研究场地区抗震设设防烈度为Ⅷ度，地震基基本加速度0.2g,特征周期值0.35，建筑场地地类别为Ⅲ类，经处理理后，可考虑虑作为工程建建设场地是可可行的。4.2设计原则地基处理设计注重重参数的选择择和比较，一一般而言，应应根据工程要要求、岩土特特性和技术能能力三方面因因素，通过技技术经济分析析、对比确定定。水泥土搅搅拌桩地基设设计的理想情情况，是通过过对设计参数数或指标的调调整，使桩的的应力、桩间间土的应力和和复合地基的的沉降均在容容许限值内达达到尽可能大大，即“用足”而又“不超”。水泥土搅拌桩复合合地基的设计计主要是确定定置换率和长长度。竖向承承载搅水泥土土拌桩的长度度应根据上部部结构对承载载力和变形的的要求确定，并并宜穿透软土土层到达承载载力相对较高高的土层。4.2.1设计参数和指指标取值水泥土搅拌桩复合合地基的主要要设计参数主主要有桩周土土的侧摩阻力力，桩间、桩桩底天然地基基土的承载力力、，桩身强度度折减系数，桩桩端天然地基基土的承载力力折减系数，桩桩间土的承载载力折减系数数，均按试验验成果或规范范取值。设计指标包括：桩桩径D；面积置换m；桩身水泥泥土的无侧限限抗压强度，根根据计算并进进行试验确定定；桩长，可可由、计算得到或或根据土层情情况拟定；单单桩竖向承载载力，由设计计要求或设计计计算确定；；复合地基承承载力特征值值，根据实验验或按规范公公式计算确定定。4.2.2设计流程图4.1设计流程图图由于本工程的复合合地基承载力力特征值的设设计要求（≥≥180kPa）已知，所所以要进行复复合地基面积积置换率的设设计，而确定定面积置换率率的关键因素素就是确定单单桩竖向承载载力。影响单单桩竖向承载载力的因素除除了桩身材料料、桩间和桩桩底土外，还还有桩长和桩桩径。根据上上部结构对单单桩承载力特特征值（≥120kN）的要求，由由（4-2）式求得水水泥土的无侧侧限抗压强度度,然后根据室室内试验资料料得出相应的的水泥掺入比比；同时，根根据要求的承承载力特征值值代入（4-1）式求出桩桩长。本文通过选择两种种桩径（=0.5m，=0.55m），并且对对这两种方案案从满足复合合地基承载力力、下卧层强强度、沉降变变形的要求程程度上及技术术、经济等方方面进行分析析对比，选择择最优方案。设设计流程如图图4.1。4.3设计要求及参数选选择4.3.1设计要求（1）单桩容许承载力力特征值：Ra≥120kN；（2）复合地基承载力力特征值：fak≥180kPa；（3）复合地基工后沉沉降：S≤230mm；4.3.2设计参数的选择（1）布状形式：正三三角形；（2）桩中心间距：00.9～2.0m；（3）桩径：=0.550m，=0.55m；4.4单桩竖向承载力的的设计与计算算水泥土搅拌桩的单单桩竖向承载载力取决于桩桩身强度和地地基土强度的的情况，一般般应使土对桩桩的支承力与与桩身强度所所确定的承载载力接近，并并使后者略大大于前者最为为经济。水泥泥土搅拌桩竖竖向承载力特特征值通过下下两式计算，并并取其中较小小值。（4-11）（4-22）式中：：——单桩竖向承承载力特征（kN）；——与搅拌桩桩身身水泥土配比比相同的室内内加固土试块块（边长为70.7mmm的立方体，也也可采用边长长为50mmm的立方体）在在标准养护条条件下90d龄期的方体体抗压强度平平均值；——强度折减系数,可可取0.25～0.33，取=0.3；——桩截面积，取=00.196mm2，=0.23776m2；——桩长范围内所划分分的土层数；；——桩周第层土的的侧阻力特征征值。按《建筑桩基技技术规范》，对粉质粘土取166kPa，对粘土取16kkPa，对淤泥质粘土取112kPaa。——桩的周长，取=11.57m，=1.73mm；——桩端地基土未未经修正的承承载力特征值值，取=240kPPa。——桩长范围内第层土土层厚度（m）；——桩端天然地基土的的承载力折减减系数,取=0.4～0.6，取=0.4。4.4.1确定水泥掺入比根据“规范”，水泥掺入比一般般取5％～20％，又由第第三章讨论得得知，当掺入入比为10％～20％时，其抗抗压强度增长长最快，所以以做10％～20％的不同配配比的水泥土土试样，试验验结果如表4.2所示。表4.2不同的配合比和不不同龄期的水水泥土无侧限限抗压强度单位：MPaT(d)Aw(%)7142890100.3360.4880.8501.492150.3980.7261.0961.924200.4401.1241.3122.303注：=,其中为为强度推断系系数,取1.174；为试件修正正系数，取1.15；为强度损伤伤系数,取1.3；将各数据代入（44-2）式，计算算结果见表4.3。从计算结果上看，方方案1：当掺入比比=20%时，单桩竖竖向承载力特特征值Ra=135kN，满足要求求。方案2：掺入比=115%时，单桩竖竖向承载力特特征值Ra=137kN，满足要求求。4.4.2确定桩长根据桩身材料强度度所确定的单单桩承载力特特征值，分别别取桩长为4.0m和5.0m代入（4-1）式计算并并进行比较，结结果如表4.4所示。表4.3不同掺入比时单桩桩竖向承载力力特征值的比比较Aw(%)(MPa)单桩竖向承载力特特征值Ra（kN）方案1（=500mm）方案2（=550mm）101.49288106151.924113137202.303135164表4.4不同桩长长的单桩竖向向承载力特征征值的比较桩长(m)单桩竖向承载力特特征值Ra（kN）方案1（=500mm）方案2（=550mm）4.01211355.0151168根据《建筑地基处处理技术规范范》（JGJ—2002）条规定：“桩身材料强强度确定的单单桩承载力大大于（或等于于）由桩周土土和桩端土的的抗力所提供供的单桩承载载力”。综合考虑虑，取桩长==4.0m，=4.0m。实际取单桩竖向承承载力特征值值=121kkN，=135kkN。4.5复合地基承载力的的设计与计算算4.5.1确定面积置换率和和桩间距根据“规范”，水泥土搅拌桩复复合地基的承承载力特征值值计算公式为为：（4-3）根据设计要求的复复合地基承载载力特征值fsp，k，由下式计计算面积置换换率：（4-4）式中：：——桩间天然土土承载力特征征值，取=770kPa；——复合地基的承载力力特征值，取取=180kPa；——单桩竖向承载力特特征值，取==121kNN，=135kkN；——桩身截面积，取=00.196mm2，=0.23776m2；——桩间土的承载载力折减系数数，当桩端土土未经修正的的承载力特征征值大于桩周周土的承载力力的时，可取取0.1～0.4，本工程取取=0.2。将各数据代入式（4-3）计算，得：方案1：方案2：由公式：（4-55）计算桩中心间距，得得：=1.24m，取==1.2m；=1.41m，取==1.4m；图4.2水泥土土搅拌桩复合合地基桩位布布置图分别代入（4-44）式，计算算得：4.5.2计算桩数图4.3南京市市物流中心示示意图（4-6）式中：——面积积置换率，取取=15.7％，=14％；——桩身截面积，取==0.1966m2，=0.23776m2；——本工程加固面积，取A号仓库的加固面积：=150×75=11250m2，B号仓库的加固面积：=240×60=14400m2；将各数据代入（44-6）式计算，得得：方案1：A区仓库根B区仓库根合计n1=205447根总延米：L1=22054744=821888m方案2：A区仓库根B区仓库根合计n2=151114根总延米：L1=11511444=604556m4.6下卧层强度验算当水泥土桩以群桩桩型式出现时时，群桩中各各桩与单桩的的工作状态迥迥然不同，以以现场的载荷荷试验来看，群群桩的承载力力均小于单桩桩之和，群桩桩的沉降量大大于各单桩的的沉降量。可可见当桩距较较小时，由于于应力重叠，产产生“群桩”效应。因此此，当所设计计的水泥土搅搅拌桩为摩擦擦形、桩的置置换率较大时时（一般当m>20%时），且不不是单行竖向向排列时，或或当桩端下地地基土受力范范围内有软弱弱下卧层时，应应验算下卧层层强度。验算算时，即将基基础底面和桩桩端范围内的的搅拌桩和桩桩间土视为一一由复合土层层组成的假想想的实体基础础，并考虑实实体基础侧面面与土的摩阻阻力，用以下下两种方法进进行验算。4.6.1实体基础法由于每根水泥土搅搅拌桩不能充充分发挥单桩桩承载力的作作用，可将水水泥土搅拌桩桩群与桩周土土视为一假想想的实体基础础，见图4.4。考虑假想想实体基础侧侧面与土的摩摩阻力，验算算假想实体基基础底面的承承载力，要求求满足下式：：（4-7）式中：———假想实体基基础底面压力力（kPa）；——地基加固总面积（m2）；——假想实体基础底面面积（m2）；——假想实体基础侧面面积（m2）；——假想实体基础自重重（kN）；——假想基础边缘土的的平均摩阻力力标准值，取取=13kPPa；——复合地基承载力特特征值，取==180kPa。——假想实体基础边缘缘土的承载力力，取=700kPa。——假想实体基础底面面处的地基承承载力特征值值（kPa），取=2008kPa。将已知参数代入式式（4-7），计算结结果见表4.5。表4.5下卧层层强度验算结结果方案序号（m2）（m2）（m2）（kN）（kPa）（kPa）1A112501080418001.07106198208B144001382424001.511062062082A112501080418001.07106198208B144001382424001.51106206208注：=1.04；；计算结果表明，两两种方案都满满足下卧层强强度要求。图4.4假想实实体的基础4.6.2应力扩散法4.6.2.1确定矩形基础底面面宽度先进行地基承载力力深度修正。基基础埋深d=2m，查表4.6承载力修正正系数表4.6承载力力修正系数表表土的类别bd淤泥和淤泥质土01.0人工填土E或IL大于等于0.855的粘性土01.0得d=1.0，当基础础宽度大于3m或埋置深度度大于0.5m时，从载荷荷试验或其他他原位测试、规规范表格等确确定的地基承承载力特征值值，应按下式式进行修正：：（4-8）式中——修正正后的地基承承载力特征值值；——地基承载力特特征值；、——基础宽度和埋埋深的地基承承载力修正系系数，按基底底下土的类别别查表4.6；——基础底面以下下土的重度，地地下水位以下下取有效重度度；B——基础底面宽度度，当基底宽宽度小于3m或按3m考虑，大于6m或按6m考虑；——基础底面以上上土的加权平平均重度，地地下水位以下下取有效重度度；D——基础埋深深度度，一般自室室外地面标高高算起。在填填方整平地区区，可自填土土地面标高算算起，但填土土在上部结构构施工后完成成时，应从天天然地面标高高算起。对于于地下室，如如采用箱形基基础或筏基时时，基础埋置置深度自室外外地面标高算算起；当采用用独立基础或或条形基础时时，应从室内内地面标高算算起。由上式得修正后的的地基承载力力特征值为：：===180+11.018..5（2-0.55）=208Kpa计算基础及其上土土的重力Gk时的基础埋埋深为：d=（2.0+22.6）/2=2..3m由于埋深范围内没没有地下水，hw=0,由式（4-9）得基础底面宽度为为：m取b=2m。因b<<3m，不必进行行承载力宽度度修正。4.6.2.2持力层承载力验算算基底底面尺寸为44m2m,先对持力层层承载力特征征值进行修正正。查表4.6承载力修正正系数，得bb=0，d=1.0，由式（4-8）得：基底处总竖竖向力：，基底平均压压力：，偏心距：（满足）基底最大压压力：（满足）4.6.2.3软弱下卧层承载力力验算当桩端下地基土受受力范围内有有软弱下卧层层时，将基础础和桩端之间间的桩体和桩桩间土视为复复合土层，其其压缩系数、压压缩模量取桩桩和桩间土的的复合指标，按按应力扩散法法进行验算。软弱下卧层的强度度验算应按下下式进行：（4-10）式中——相应于荷荷载效应标准准组合时软弱弱下卧层顶面面处的附加压压力值（kPa）；——软弱下卧层顶面处处桩和土的自自重在桩底处处理平面上的的平均值（kPa）；——软弱下卧层顶面处处经深度修正正后地基承载载力特征值（kPa）；当上层土（相当于于桩土组成的的复合土层）与与软弱下卧层层的压缩模量量比值大于或或等于3时，对条形形基础和矩形形基础，式中中的值可按下下列公式简化化计算（图4.5应力扩散法法计算图）条形基础（4-11）矩形基础（4-12）式中——相应于荷荷载效应标准准组合时，基基础地面处的的平均压力值值（kPa）；——矩形基础和条形基基础底边的宽宽度（m）；——矩形基础底边的长长度（m）；——基础底面处土土的自重压力力值（kPa）；——基础底面至水水泥土搅拌桩桩底的距离（m）；——地基压力扩散线与与垂直直线的的夹角（0）由Es1/Es2==7.5/22.5=3,,Z/b=22.2/2>>0.50..查表4.7地基压力扩扩散角值得=23，。表4.7地基压力力扩散角值Es1/Es2Z=0.25bZ≥0.50b360230510025010200300注：1.Es1为上上层土的压缩缩模量；Es2为下层土土的压缩模量量；2．Z<<0.25bb时取=00,必要时，宜宜由试验确定定；Z≥0.50b时值不变。下卧层顶面处的附附加应力：图4.5应力扩扩散法计算图图下卧层顶面处的自自重应力：下卧层承承载力特征值值：验算：（满足）经验算，基础底面面尺寸及埋深深满足要求。4.7复合地基沉降变形形验算水泥土搅拌桩复合合地基的沉降降量分为两部部分：水泥土土搅拌桩复合合土层的压缩缩变形量和桩桩端下未加固固土层的变形形量，即=+(44-13)4.7.1水泥土搅拌桩复合合土层的压缩缩变形量验算算(4-144)(4-15)(4-16))((4-17))式中：——水泥土搅拌拌桩复合土层层顶面的附加加压力值（kPa）；——水泥土搅拌桩复合合土层底面的的附加压力值值（kPa）；——水泥土搅拌桩复合合土层的压缩缩模量（kPa）；——水泥土搅拌桩的压压缩模量，可可取（100～120）（MPa），取=1110×2.3303=2553.33MMPa，=110××1.9244=211..64MPaa；——桩间土的压缩模量量（MPa），取Es=4.1MMPa。——桩长（m），取ll=4.0mm；——桩群底面以上土的的加权平均重重度，取γP=18kNN/m3；将已知参数代入各各公式，计算算结果如下。方案1：A区：mmB区：方案2：A区：B区：表4.8水泥土土搅拌桩复合合土层的压缩缩变形量S1计算结果方案序号（kPa）（kPa）（MPa）（mm）1A9012643.239.99B7013643.239.532A9012633.1613B7013633.1612.424.7.2基础下土层的变形形量验算经过水泥土搅拌桩桩的加固，淤淤泥质粘土的的压缩模量和和地基承载力力特征值都有有明显的变化化。加固后该该层淤泥质粘粘土的承载力力特征值可达达到粘土的地地基承载力特特征值。以下下变形量计算算，第二层淤淤泥质粘土按按粘土的设计计参数进行计计算。采用地基基础规范范法计算，公公式：(4--18)式中中：——沉降计算经经验系数；——下卧层顶面的附加加应力（kPa）；——下卧层第i层土的的压缩模量（MPa）；、——分别为复合地基底底面至第层和和层底面距离(m)；、——分别为复合地基第第层和的平均附附加应力系数数；4.7.2.1计算下卧层顶面的的附加应力基础及其上回填土土的总重：基底平均压力：：基底处的土中自重重应力：下卧层顶面的附加加应力：4.7.2.2计算下卧层第i层层土的压缩模模量（分层厚厚度取1.8m）图4.6基础最最终沉降量计计算的分层总总和法表4.9分层总总和法单向压压缩基本公式式的计算点深度Zi(m)自重应力(kPa)附加应力(kPa)厚度Hi(m)自重应力平均值((kPa)附加应力平均值(kPa)自重应力平均值(kPa)压缩曲线受压前孔隙比e11i受压后孔隙比e22i003760土样110.953.731.60.945.445.891.20.8120.7730.02221.870.317.50.96224.686.60.7860.7810.00332.78710.80.978.714.292.9土