水泥土搅拌法

第五章水泥土搅拌法主要内容概述加固机理水泥土的物理力学性质水泥土的应用水泥土搅拌桩地基的设计水泥土搅拌桩的施工一、概述1.水泥上搅拌法的概念水泥上搅拌法是适用于加固饱和粘性土和粉土等地基的一种方法，它是利用水泥（或石灰）等材料作为固化剂通过特制的搅拌机械，就地将软土和固化剂（浆液或粉体）强制搅拌，使软土硬结成具有整体件、水稳性和一定强度的水泥加固土—水泥土，从而提高地基土强度和增大变模。根据固化剂掺入状态的不同，它可分为浆液搅拌和粉体喷射搅拌两种。前者是用浆液和地基土搅拌，后者是用粉体或石灰和地基土搅拌。2.水泥固化剂水泥土搅拌法分为深层搅拌法(简称湿法)和粉体喷搅法(简称干法)。3.适用条件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、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。当地基土的天然含水量小于30％（黄土含水量小于25%）、大于70％或地下水的pH值小于4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。湿法的加固深度不宜大于20m；干法不宜大于15m。水泥土搅拌桩的桩径不应小于500mm。一般认为用水泥作加固料，对含有高岭石、多水高岭石、蒙脱石等粘土矿物的软土加固效果较好；而对含有伊利石、氯化物和水铝石英等矿物的粘性土以及有机质含量高，pH值较低的粘性土加固效果较差。4.石灰固化剂石灰固化剂一般适用于粘土颗粒含量大于20%，粉粒及粘粒含量之和大于35%，粘土的塑性指数大于10，液件指数大于0.7，土的pH值为4～8，有机质含量小于11%,土的天然含水量大于30%的偏酸性的土质加固。5.水泥土搅拌法加固软土其独特优点最大限度地利用了原土；搅拌时施工，对原有建筑物影响很小；根据地基土的不同性质和工程要求，可以合理选择固化剂的类型及其配方，设计灵活；搅拌时无振动、无污染、无噪音，可在市区内和密集建筑群中施工；加固后土体的重度基本不变，不会产生附加沉降；与钢筋混凝土桩基相比，降低成本的幅度较大；可根据上部结构的需要，灵活地采用柱状、壁状、格栅状和块状等加固型式。二、加固机理（一）水泥的水解和水化反应水泥遇水后，其颗粒表面的矿物很快与水发生水解和水化反应，生成氢氧化钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙及含水铁酸钙等化合物。其中前二种化合物溶于水，使水泥颗粒表面暴露出来，再与水作用，逐渐使溶液达到饱和，新生成物便以胶体析出，悬浮于溶液形成凝胶体。（二）离子交换和团粒化作用粘土与水结合即表现胶体特征，如土中含量最多的二氧化硅与水形成硅酸胶体，其表面带有Na+或K+，和水泥水化生成的氢氧化钙中的Ca2+进行当量吸附交换。使较小的土颗粒形成较大的土团粒；由于其产生了很大的比表面能，可使较大的土粒进一步联合，形成水泥土团粒结构，并封闭各土团的空隙，形成坚固的联结，从而使土体强度提高。（三）硬凝反应随着水泥水化反应的深入，深液中析出大量的Ca2+，当其数量超过离子交换需要量后，则在碱性环境中，与组成粘土矿物的二氧化硅和三氧化二铝的一部分或大部分进行化学反应：逐渐生成了不溶于水的稳定结晶化合物，其在水中和空气中逐渐硬化，增大了水泥土的强度。（四）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，能使水泥土的强度增长，但速度较慢，幅度较小。水泥和软土搅拌越充分，混合越均匀，则水泥土强度的离散性越小，宏观的总体强度也越高。三、水泥土的物理力学性质（一）、水泥土的物理性质1.重度水泥土的重度仅比天然软上重度增如0.5%～3.0%，也不会产生较大的附加沉降。2.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。水泥土相对密度比天然软土的相对密度增加0.7%～2.5%。3.含水量水泥土的含水量一般比原状土降低0.5～7%4.抗渗性渗透系数K一般在10-7～10-8cm/s（二）、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qu在0.3～4.0MPa之间，比原状土提高几十倍乃至几百倍。2.抗拉强度3.抗剪强度4.变形特性5.压缩系数和压缩模量

（三）、影响水泥土的无侧限抗压强度的因素影响因素主要有：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等1.水泥掺入比水泥土的强度随着水泥掺入比的增加而增大，当<5%时，由于水泥与土的反应过弱，水泥土固化程度低，强度离散性也较大，故在水泥土搅拌法的实际施工中，选用的水泥掺入比必须大于7%。【例题1】某工程采用水泥土搅拌法加固，桩径为500mm，水泥用量为55kg/m，土的湿重度为17.0kN/m3，则：1、该工程的水泥掺入量最接近下列哪个值?(A)14.5%(B)15.5%(C)16.5%(D)17.5%2、该工程的水泥掺量最接近下列哪个值?(A)270kg/m3(B)280kg/m3(C)290kg/m3(D)300kg/m3

2.龄期对强度的影响水泥土的强度随着龄期的增长而提高，一般在龄期超过28d后仍有明显增长，根据试验结果的回归分析,得到在其它条件相同时，不同龄期的水泥土无侧限抗压强度间关系大致呈线性关系，这些关系式如下:【例题皮2】某水泥土平配比，7d龄期的月水泥土导抗压强肯度为0.8榨MPa，则其28d龄期的影水泥土充强度最仰接近下具列哪个只值？其90d龄期的溪水泥土括强度最哨接近下税列哪个念值？(A)落1.2治5MP具a膏(慈B)1溜.45饱MPa瓜(C届)1.顿70M衡Pa(D)2邀.00M诵Pa轻(E误)2.3颗5MPa某水泥毛土配比宣试验，倚在水泥阻掺入量杨为12%时，其90d龄期的毛水泥土条抗压强弦度为2.0M适Pa，在水泥尖掺入量为15%时，其90d龄期的水唐泥土强度煌最接近下恼列哪个值?(A)2俗.5MP决a歌(B)坏3.0M樱Pa系(C持)3.2奇MPa汗(D)3袍.5MP抓a3.水咸泥标号糖对强度抬的影响水泥土墨的强度榨随水泥型标号的牧提高而削增加。闲水泥标逼号提高衣100桂号，水氏泥土的碎强度fcu约增大蹈(50散～90漏)%。屑如要求蛙达到相混同强度抽，水泥道标号提孔高10待0号，仙可降低侵水泥掺肢入比(筝2～3险)%。4.含水孙量对强度若的影响水泥土日的无侧献限抗压血强度鸟随认着土样造含水量优的降低糟而增大槐，当土逐的含水绝量从1体57%屋降低至颜47%已时，无收侧限抗菊压强度改则从2忠60k枕Pa增弊加到2御320漫kPa烫。一般战情况下星，土样轻含水量剪每降低装10％嚷，则强踢度可增沙加(1乖0～5汗0)%丘。5.地努基土中葬有机质起含量对蹈强度影化响有机质主含量少匠的水泥角土强度英比有机卫质含量帜高的水秧泥土强阀度大得帖多。由璃于有机刑质使土私体具有衔较大的偷水溶性伶和塑性拉，较大帽的膨胀捐性和低参渗透性考，并使队土具有吸酸性，笑这些因笑素都阻支碍水泥才水化反萝应的进浮行。因岛此，有科机质含抄量高的友软土，详单纯用元水泥加闪固的效辽果较差少。6.外掺级剂对强度教的影响不同的外中掺剂对水何泥土强度火有着不同扑的影响。吨如木质素茫磺酸钙对罗水泥土强议度的增长董影响不大茶，主要起殿减水作用圈。石膏、昌三乙醇胺胶对水泥土鲜强度有增涉强作用，孙而其增强帖效果对不自同土样和稻不同水泥绘掺入比又父有所不同闯，所以选注择合适的壶外掺剂可牵提高水泥兄土强度和临节约水泥怒用量。掺加粉在煤灰的躲水泥土兆，其强慨度一般蜓都比不请掺粉煤替灰的有秤所增长狂。不同候水泥掺撤入比的区水泥土葛，当掺巷入与水务泥等量吼的粉煤透灰后，馆强度均型比不掺头粉煤灰墓的提高表10%惨，故在探加固软合土时掺福入粉煤榜灰，不车仅可消标耗工业鹿废料，绒还可稍魔微提高醉水泥土熔的强度键。7.养眉护方法养护方法踪蝶对水泥土捕的强度影姐响主要表炭现在养护秆环境的湿暖度和温度扭。国内外试托验资料都聋说明，养伐护方法对器短龄期水奇泥土强度鹿的影响很衰大，随着惭时间的增拴长，不同滚养护方法俗下的水泥从土无侧限逢抗压强度禾趋于一致碰，说明养飘护方法对倒水泥土后每期强度的恐影响较小东。四、水差泥土的技应用1.支不护结构重力式支扰护结构；炒止水帷幕踪蝶；SMW碧工法2.地泥基加固提高地基适强度；控筹制沉降；非防止液化（一）羽、支护规结构—雹水泥土哥墙止水帷幕SMW录工法承受荷载学与防渗挡光水结合起娇来,使之叉成为同时梁具有受力夹与抗渗两墙种功能的阻支护结构袍的围护墙导沟开版挖置放导焰轨SMW利钻拌置放应虏力补强井材（H晋型钢）施工完咐成SM确W（二）、作地基加固a)柱状稻布置；b女)壁状坏布置；c宁)格栅隆状布置；趴d)块途状布置五、水泥均土搅拌桩季地基的设夸计1.设计享原理2.布桩杨型式3.单盗桩容许惜承载力4.复合生地基承载隔力5.下卧农层地基强射度验算6.沉冰降计算（一）、串设计原理1.桩挡土共同窗承载桩的承载狮力+史桩间土承停载力（折究减）2.沉降桩范围的再压缩+棒桩端以马下土的沉模降（二）关、布桩冬型式水泥土染桩的布巨置形式谨对加固边效果很蹦有影响刊，一般山根据工穿程地质谷特点和想上部结叼构要求昂可采用斜柱状、雷壁状、核格栅状析、块状策以及长恼短桩相环结合等滔不同加孩固型式符。1.柱状每隔一定争距离打设画一根水泥兵土桩，形扯成柱状加块固型式，段适用于单炎层工业厂妻房独立柱倦基础和多渠层房屋条驼形基础下循的地基加踩固，它可亭充分发挥歌桩身强度淘与桩周侧蹦阻力。2.壁状将相邻桩廊体部分重晋叠搭接成勤为壁状加支固型式，捷适用于深异基坑开挖茶时的边坡哭加固以及享建筑物长谜高比大、教刚度小、闹对不均匀害沉降比较并敏感的多以层房屋条覆形基础下浪的地基加要固。3.格收栅状它是纵横找两个方向陈的相邻桩昨体搭接而屋形成的加吨固型式。篮适用于对恢上部结构塞单位面积乞荷载大和搞对不均匀理沉降要求钢控制严格调的建（构嗓）筑物的辞地基加固循。4.长欣短桩相作结合当地质条闲件复杂，报同一建筑猪物坐落在毛两类不同侍性质的地爽基土上时统，可用3陪m左右的糟短桩将相泛邻长桩连嘉成壁状或叮格栅状，厘藉以调整柏和减小不仁均匀沉降别量。水泥土桩紧的强度和谊刚度是介君于柔性桩甚（砂桩、经碎石桩等果）和刚性废桩（钢管浓桩、混凝器土桩等）汪间的一种饱半刚性桩厘，它所形羡成的桩体扮在无侧限额情况下可同保持直立屠，在轴向味力作用下件又有一定绘的压缩性鹅，但其承福载性能又报与刚性桩饶相似，因体此在设计红时可仅在悟上部结构泻基础范围义内布桩，迅不必像柔镰性桩一样鬼需在基础确外设置护面桩。（三）犹、单桩箱容许承漆载力单桩竖向仆承载力特详征值应通宽过现场载害荷试验确拳定。初步编设计时也括可按（I式），并应同弄时满足（II式）的要求，有应使由桩鉴身材料强化度确定的齿单桩承载抱力大于（邀或等于）授由桩周土墓和桩端土功的抗力所形提供的单离桩承载力沃：……(I式)……(II式)(四）、女复合地基灵的设计计意算加固后搅肌拌桩复合记地基承载探力特征值娃应通过现液场复合地制基载荷试笋验确定，的也可按下哄式计算：式中：真—复猛合地基容绍许承载力酒(kPa帆)；—桩间天外然地基土辛容许承载商力(kP谜a)；—桩土搞面积置石换率；—桩间土刘承载力折醒减系数。继当桩端为蝴软土时，贿可取0.5复-1.0莲；当桩端辣为硬土时保，可取0乏.1-0集.4。(五)扶、下卧每层地基星强度验月算当搅拌狼桩处理毕范围以堪下存在月软弱下节卧层时希，应按喝现行国朋家标准《建筑地基汪基础设计银规范》GB触50府007的有关纯规定进性行下层点承载力泛验算。—假想实预体基础底芽面压力(杰kPa)曲；茄—基础底厦面积(m2)；—假想实蹦体基础的疯自重(k巾N)；倘—假想固实体基础鞠侧表面积顿(m2)；—假想钻实体基场础侧表爆面平均翼摩阻力喊(kP缸a)；—假想嘉实体基曲础边缘榜地基土袖的容许倾承载力刃(kP环a)；—假想怎实体基眯础底面滤积(m2)；—假想糠实体基障础底面止经修正仇后的地邀基容许呼承载力月(kP索a)。(六）、帆沉降计算水泥土返桩复合吵地基的胖变形包暑括：搅拌桩协复合土加层的平菠均压缩泳变形S1桩端下掩未加固姓土层的碧压缩变丢形S21.搅半拌桩复仿合土层篇的压缩促变形S1可按下式粉计算P—桩群顶脸面的模量愧(kPa惹)A1—假想实冒体基础的讨底面积(讯m2)L—搅拌桩我平均压力毫(kpa调)P0—桩群科底面土法的附加宝压力(疗kPa燃)Esp—桩群婚体的压勉缩模量诱(kP斯a)Ep—水泥幼土搅拌职桩的压吨缩模量劲(kP棒a)Es—桩间谅土的压涛缩桩长瘦(m)γp—桩群底废面以上土棕的加权平挂均重度(们kN/m3)f’—2.桩疮端下未纷加固土缸层的压佛缩变形善S2桩端以右下未加奇固土层态的压缩川变形可诱按现行践国家标脸准《建谜筑地基凡基础设没计规范千》GB兄500献07的颂有关规散定进行鹅计算。【例题3惯】沿海某软谷土地基拟李建一幢六心层住宅楼总，天然地闹基土承载漂力特征值券为70k梢Pa，采用宪搅拌桩掘处理。久根据地恨层分布宏情况，练设计桩嗓长10m，桩径0.5m，正方郊形布桩铜，桩距1.1m。依据《建筑地基孔处理技术跳规范》(JG骨J79-扣2002矛)，这种布妇桩形式复距合地基承戒载力特征润值fsp最接近偷于下列移那一个情数值?已知：桩乎周土的平厅均摩擦力=15吊kPa，桩端天阳然地基土盒承载力特滔征值qp=60k晓Pa，桩端天妄然地基土卖的承载力挤折减系数α取0.5，桩间土柔承载力折柴减系数取β=0骨.85，水泥拾搅拌桩猪试块的消无侧限紫抗压强睛度平均悦值取1.5M汉Pa，强度折暴减系数取η=0.待3)(A)东105惠kPa薯(B禽)12炕3kP肥a拣(C恐)14挪6kP莲a僵(城D)1拌50k粱Pa【例题厌4】某工程探采用水快泥土搅千拌桩处惧理地基获，桩径琴为500梳mm，桩长为6m，间距为1.2筛m的正方虾形布置像，桩间导土压缩科模量为3.5扮MPa，搅拌满桩桩身布强度为1.5昨MPa，则搅拌祝桩复合土炼层的压缩建模量最接吹近下列哪备个值?(A)1曾9.5M往Pa还(B)毙21.5或MPa望(C士)23.唤5MPa英(档D)27歇.5MP蔬a【例题呆5】某多层打住宅建测筑，地勇上6层，采用每筏板基础阳，带半地赶下室，筏缓板基础长60m，宽12m，基础鹿埋深为亚地表下2.5m，地下盟水位在尝地表下1.5箱m。筏基切底板以悟下拟建存场地的颈地层情蜘况及土草层物理璃力学指逐标如下暖表所示皇。荷载锻效应标脏准组合脾时，基纠础底面欲处的平窝均压力杀值为120k孟Pa，荷载坊效应准博永久组医合时，省基础底磨面处的饱附加压右力p0为85kP临a。序号土层名称厚度(m)含水量(%)孔隙比Ip压缩模量(MPa)

(kPa)(0)承载力特征值(kPa)1粉质粘土1.0m350.95155.010151002淤泥质土8-12m651.45182.295603粉质粘土4-8m320.75118.915201304砂质粉土大于10m300.7511.0825160水泥土热搅拌桩触基本设熄计参数氏：设桩长l=8m，桩径500奖mm。设计采傻用正方仇形布桩要，桩距1.2m，置换率m＝0.1花36，桩间关土承载币力折减刑系数，刺按《建筑地逐基处理阿技术规高范》规定：“件当桩端未椅经修正的热承载力特连征值小于济或等于桩营周土的承惑载力特征杨值的平均宋值时，可从取0.5～0.9，…”，β取0.5。桩身材束料强度菌等级：巴取水泥宪掺量15％，试验残测出的kPa。桩身强倘度折减桃系数η取0.3。【问题】水泥土巷搅拌桩锦单桩承晚载力特拒征值最鞋接近下盗列哪个室值?(A)烟100抄kN上(B肆)10筹5kN收(妄C)1姜06k骨N级(D)娘110社kN样(E抓)11搜7kN水泥土搅昂拌桩复合锁地基承载涝力特征值赶最接近下去列哪个值?(A)9邮8.8k而Pa胆(B元)120再kPa他(C