地基處理教學(xué)課件：第11章 水泥土攪拌法

1、第11章 水泥土攪拌法（Cement Deep Mixing） 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(jī)械，就地將軟土和固化劑（漿液或粉體）強(qiáng)制攪拌，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強(qiáng)度的水泥加固土，從而提高地基土強(qiáng)度和增大變形模量。 11.1 概 述深層單軸攪拌機(jī)三軸水泥攪拌機(jī)水泥粉噴機(jī)水泥粉噴機(jī)底盤貯灰罐水泥粉噴機(jī)的攪拌葉片 水泥土攪拌法分為深層攪拌法（濕法）和粉體（水泥或石灰）噴攪法（干法）。 適用范圍：水泥土攪拌法適用于處理正常固結(jié)的淤泥、淤泥質(zhì)土、素填土、粘性土（軟塑、可塑）、粉土（稍密、中密）、粉細(xì)砂（松散、中密）、中粗砂（松散、稍密）飽和黃土等土層。當(dāng)?shù)鼗恋奶?/p>

2、然含水量小于30不宜采用干法。 不適用于：含大孤石或障礙物較多且不易清除的雜填土、欠固結(jié)的淤泥和淤泥質(zhì)土、硬塑及堅硬的粘性土、密實(shí)的砂類土，以及地下水滲流影響成樁質(zhì)量的土層。 發(fā)展概況： （1）水泥漿液攪拌法：由美國在第二次世界大戰(zhàn)后研制成功的，稱為就地攪拌樁（MIP）。國內(nèi)1978年研制出第一臺攪拌機(jī)械。 （2）粉體噴射攪拌法（Dry Jet Mixing Method，簡稱DJM法）：由瑞典人Kjeld Paus于1967年提出設(shè)想，1971年制成第一根樁，1974年獲得專利。鐵四院1983年開始試驗研究，并應(yīng)用于實(shí)際工程中。 特點(diǎn)： 基本不存在擠土效應(yīng)，對周圍地基擾動??； 可根據(jù)不同土質(zhì)

3、和工程設(shè)計要求，合理選擇固化劑及配方，應(yīng)用較為靈活； 施工無振動，無噪音，污染小，可在市區(qū)和建筑物密集地帶施工； 土體加固后，重度基本不變，軟弱下臥層不致產(chǎn)生較大附加沉降 ； 結(jié)構(gòu)型式靈活多樣，可根據(jù)工程需要，選用柱狀、壁狀、格柵狀或塊狀。 （6）在負(fù)溫下制作的水泥土正溫后強(qiáng)度可繼續(xù)增長且接近標(biāo)準(zhǔn)值，因此只要地溫不低于-10度，就可進(jìn)行深層攪拌法冬季施工。地基加固支護(hù)結(jié)構(gòu)水泥土墻11.2 加固機(jī)理一、加固機(jī)理 1.水泥的水解水化反應(yīng) 2.土顆粒與水泥水化物的作用 （1）離子交換和團(tuán)?；饔?（2）硬凝反應(yīng) 3.碳酸化作用 硅酸三鈣：在水泥中含量最高(50)，是決定強(qiáng)度的主要因素。 硅酸二鈣：在

4、水泥中含量較高(25%)，它主要產(chǎn)生后期強(qiáng)度。 鋁酸三鈣：占水泥總量的10左右，水化速度最快，促進(jìn)早凝。 鐵鋁酸四鈣：占水泥總量的10作用，能促進(jìn)早期強(qiáng)度。 硫酸鈣：含量3左右，生成“水泥桿菌”狀的化合物，能將大量自由水一結(jié)晶水形式固定下來，使土中自由水減少。1. 水泥的水解和水化反應(yīng) （1）離子交換和團(tuán)?；饔?粘土顆粒帶負(fù)電，吸附陽離子，形成膠體分散體系。表面帶有鉀離子或鈉離子，可與水泥水化反應(yīng)的鈣離子進(jìn)行離子交換，產(chǎn)生凝聚，形成較大的團(tuán)粒，提高土體強(qiáng)度。 （2）硬凝反應(yīng) 在堿性環(huán)境下，溶液中析出大量的鈣離子，與二氧化硅或三氧化鋁產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成不溶于水的鋁酸鈣等結(jié)晶水化物。在水中和空氣

5、中逐漸硬化，提高水泥強(qiáng)度，使水泥具有足夠的水穩(wěn)定性。2. 粘土顆粒與水泥水化物的作用3. 碳酸化作用 水泥水化物中游離的氫氧化鈣吸收水中和空氣中的二氧化鈣，發(fā)生碳酸化作用，生成不溶于水的碳酸鈣。水 泥 土 1. 水泥土的物理性質(zhì) （1） 重度 當(dāng)水泥摻入比在8%20%之間，水泥土重度比原狀土增加約3%6%。 （2）含水量 隨水泥摻合量的增大而降低，一般比原狀土降低1518%。 （3） 抗?jié)B性 滲透系數(shù)k一般在10-810-9cm/s。二、水泥土的工程特性 2.水泥土的力學(xué)性質(zhì) （1）無側(cè)限抗壓強(qiáng)度 水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu在0.34.0MPa之間，比原狀土提高幾十倍乃至幾百倍。 （2）抗拉強(qiáng)

6、度 水泥土抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度有一定關(guān)系，一般情況下，抗拉強(qiáng)度在（0.150.25）qu之間。 （3）抗剪強(qiáng)度 當(dāng)水泥土qu=0.54MPa時，其粘聚力C在1001000KPa之間，其摩擦角在2030之間。 （4）變形特性 當(dāng)qu=0.54.0MPa時，其50d后的變形模量相當(dāng)于（120150）qu。 1.水泥摻入比w 水泥摻入比是指摻入土中水泥質(zhì)量與被加固軟土的濕重量比值的百分?jǐn)?shù)。 水泥土的強(qiáng)度隨摻入比的增加呈增大的趨勢。 2.齡期 水泥土強(qiáng)度隨齡期的增長呈增大趨勢，齡期超過28d后仍有明顯增長，90d后，強(qiáng)度增長才減慢。 3.水泥標(biāo)號 水泥土強(qiáng)度隨水泥標(biāo)號的提高而增加。水泥標(biāo)號提高100號，

7、水泥強(qiáng)度約增大5090。三、影響水泥土力學(xué)性質(zhì)的主要因素 水泥土的強(qiáng)度隨地基含水量增大而降低。如圖水泥摻入比小于20時，水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨土中含水量降低而增加；大于20時，存在一個峰值。4.含水量 5.天然地基土中的有機(jī)質(zhì)含量 有機(jī)質(zhì)可使土具有較大的水容量和塑性、膨脹性及低滲透性，并使土的酸性增加，使水泥的水化反應(yīng)受到抑制。有機(jī)質(zhì)含量小的水泥土強(qiáng)度比有機(jī)質(zhì)含量高的水泥土強(qiáng)度高的多。 6.外加劑 外摻劑對水泥土強(qiáng)度有不同的影響。 7.攪拌的均勻程度 施工時攪拌的均勻程度對水泥土強(qiáng)度的影響很大。 在攪拌時間相同的情況下，塑性指數(shù)越大，土的粘性越大，越難攪均勻；含水量和液性指數(shù)過低，易產(chǎn)生抱土現(xiàn)

8、象，影響攪拌效果。 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范（JGJ79-2012）規(guī)定：水泥土攪拌樁用于處理泥炭土、有機(jī)質(zhì)土、PH值小于4的酸性土、塑性指數(shù)大于25的黏土，或在腐蝕性環(huán)境中以及無工程經(jīng)驗的地區(qū)使用時，必須通過現(xiàn)場和室內(nèi)試驗確定其適用性。 （1）固化劑 宜選用強(qiáng)度等級為32.5級以上的普通硅酸鹽水泥，水泥摻量不應(yīng)小于12%，塊狀加固時水泥摻量不應(yīng)小于加固天然土質(zhì)量的7%（塊狀加固可采用7%12%，一般采用12%20%）。 （2）樁長 宜穿透軟弱土層到達(dá)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。11.3 設(shè)計計算 （3）加固范圍和平面布置 加固范圍：水泥攪拌樁既與

9、鋼筋混凝土樁不一樣，也與散體材料樁不一樣，其剛度介于兩者之間，因此其加固范圍可僅布置在基礎(chǔ)范圍內(nèi)，而不必像散體材料一樣，在基礎(chǔ)以外設(shè)置保護(hù)樁。 布樁形式： 樁位的平面布置可采用等邊三角形和正方形等形式。 布樁形式應(yīng)根據(jù)地基土性質(zhì)及上部建筑對變形的要求進(jìn)行選擇，可采用柱狀、壁狀、格柵狀、塊狀等不同形式。b)c)a)d)a.柱狀 b.壁狀 c.格柵狀d.塊狀 柱狀：每隔一定的距離打設(shè)一根攪拌樁，即成為柱狀加固形式。適合處理局部飽和軟粘土夾層和表層與樁端土質(zhì)較好的建筑物地基。適用于單層工業(yè)廠房獨(dú)立柱基礎(chǔ)和多層房屋條形基礎(chǔ)下的地基加固。 壁狀和格柵狀：將相鄰攪拌樁部分重疊搭接成為壁狀加固形式。適用于深

10、基坑開挖時邊坡加固以及建筑物長高比較大、剛度較小，對不均勻沉降比較敏感的多層磚混結(jié)構(gòu)房屋條形基礎(chǔ)下的地基加固。 塊狀：由縱橫兩個方向的相鄰攪拌樁搭接而成。適用于上部結(jié)構(gòu)單位面積荷載大，不均勻沉降控制嚴(yán)格的構(gòu)筑物地基。在軟土地區(qū)開挖深基坑時，為防止基坑隆起或增大坑底土的被動土壓力及對基坑進(jìn)行封底隔滲處理等也常采用塊狀加固形式。 （4）樁徑 常用樁徑500700mm。 （5）承載力 初步設(shè)計時按下式估算：式中 單樁承載力發(fā)揮系數(shù)，可取1.0； Ra單樁豎向承載力特征值（kN）； Ap樁的截面積（m2）； 樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)，對淤泥、淤泥質(zhì)土和流塑狀軟土等處 理土層，可取0.10.4，固結(jié)程度好或

11、設(shè)置褥墊層時取高值。 其他土層可取0.4 0.8，加固土層強(qiáng)度高或設(shè)置褥墊層時取高 值，樁端持力層土層強(qiáng)度高時取低值。式中 與攪拌樁樁身水泥配比相同的室內(nèi)加固土試塊 （邊長70.7mm的立方體）在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下90d 齡期的立方體抗壓強(qiáng)度平均值（kPa）； 樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，干法可取0.200.25，濕法 可取0.25； up樁的周長（m）； 單樁豎向承載力特征值應(yīng)通過現(xiàn)場載荷試驗確定。也可由下兩式估算，取小值。 n樁長范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)； qsi樁周第i層土的側(cè)阻力特征值。對淤泥可取 47kPa；對淤泥質(zhì)土可取612kPa；對軟塑 狀態(tài)的粘性土可取1015kPa；對可塑狀態(tài)的 粘性土可取1

12、218kPa； li 樁長范圍內(nèi)第i層土的厚度（m）； qp樁端地基土未經(jīng)修正的承載力特征值 （kPa），可按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)建筑地基基礎(chǔ) 設(shè)計規(guī)范GB50007的有關(guān)規(guī)定確定； p樁端端阻力發(fā)揮系數(shù)，可取0.40.6。 （6）墊層 應(yīng)在基礎(chǔ)和樁之間設(shè)置200300mm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。 （7）沉降計算 水泥土攪拌樁復(fù)合地基的變形包括復(fù)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(fù)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，可取 （100120）fcu（kPa），對樁較短 或樁身強(qiáng)度較低者可取低值。 樁端以下未加固土層的壓

13、縮變形按天然地基采用分層總和法進(jìn)行計算。 水泥土攪拌法的施工步驟為： （1）攪拌機(jī)就位、調(diào)平； （2）預(yù)攪下沉至設(shè)計加固深度； （3）邊噴漿（粉）、邊攪拌提升直至預(yù)定的停漿（灰）面； （4）重復(fù)攪拌下沉至設(shè)計加固深度； （5）根據(jù)設(shè)計要求，噴漿（粉）或僅攪拌提升直至預(yù)定的停漿（灰）面； （6）關(guān)閉攪拌機(jī)械。11.4 施工深層攪拌法施工工藝流程定位預(yù)攪拌下沉噴漿攪拌上升重復(fù)攪拌下沉重復(fù)攪拌上升完畢 一、施工質(zhì)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(nèi)，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。11.5 質(zhì)量檢驗二、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(yīng)采用復(fù)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(jìn)行。檢驗數(shù)量為總樁數(shù)的0.51