地基處理深層攪拌法

合肥工業(yè)大學土木與水利工程學院趙靜,地基處理GroundTreatment,第五章深層攪拌法,1、概念：利它是利用水泥(或石灰）等材料作為固化劑，通過特制的攪拌機械，在地基深處就地將軟土和固化劑(漿液或粉體）強制攪拌，由固化劑和軟土間所產(chǎn)生的一系列物理-化學反應，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的水泥加固土，從而提高地基強度和增大變形模量。根據(jù)施工方法的不同，水泥土攪拌法分為水泥漿攪拌和粉體噴射攪拌兩種。前者是用水泥漿和地基土攪拌，后者是用水泥粉或石灰粉和地基土攪拌。,一、概述,2、發(fā)展（P72）20世紀20年代：美國、西歐；水泥土二戰(zhàn)后，就地攪拌樁（MIP，mixed-in-place-pile），DCM（Deepcementmixing）等20世紀50年代，傳入日本，較快發(fā)展20世紀70年代末，我國引進3、優(yōu)點：（1）（9）,一、概述,4、適用情況：水泥土攪拌法適用于處理正常固結(jié)的淤泥與淤泥質(zhì)土、粉土、飽和黃土、素填土、粘性土以及無流動地下水的飽和松散砂上等地基。當?shù)鼗恋奶烊缓啃∮?%（黃土含水量小于25%）、大于70%或地下水的pH值小于4時不宜采用干法。冬期施工時，應注意負溫對處理效果的影響。需要作試驗確定情況：泥炭土、地下水具有侵蝕性的土加固效果較差情況：有機質(zhì)含量高、生活垃圾類填土,一、概述,（一）水泥的水解和水化發(fā)應：CaO、SiO2、Al2O3Ca(OH)2、CaSiO3nH2O等（二）土顆粒與水泥水化物的作用當水泥的各種水化物生成后，有的自身繼續(xù)硬化，形成水泥石骨架;有的則與其周圍具有一定活性的粘土顆粒發(fā)生反應：(1)離子交換和團粒化作用：Na+、KCa2+，形成大顆粒，強度提高。(2)硬凝反應：生成不溶于水的結(jié)晶化合物。（三）碳酸化作用生成不溶于水的碳酸鈣，使水泥土增加強度。,二、加固機理（微觀角度）,（一）石灰吸水作用（二）石灰發(fā)熱（三）石灰吸水膨脹（四）離子交換作用與土粒的凝聚作用（五）石灰的膠凝作用,二、加固機理（微觀角度）,（一）樁身材料：水泥、水泥系固化材料、石灰（二）水泥土的物理性質(zhì)：含水量(減少0.57%)重度(增加0.53%)相對密度（應是比重，增加0.72.5%）滲透(10-810-5cm/s，低滲透性),三、水泥加固土的工程特性,（三）力學性能1、無側(cè)限抗壓強度及其影響因素水泥土的無側(cè)限抗壓強度：一般為3004000kPa，即比天然軟土大幾十倍至數(shù)百倍。其變形特征隨強度不同而介于脆性體與彈塑體之間。,三、水泥加固土的工程特性,（三）力學性能1、無側(cè)限抗壓強度及其影響因素影響水泥土的無側(cè)限抗壓強度的因素：水泥摻入比、水泥標號、齡期、含水量、有機質(zhì)含量、外摻劑、養(yǎng)護條件及土性等。（1）水泥摻入比aw對強度的影響摻入比aw概念小于5%時反應微弱要求必須大于10%awfcu經(jīng)驗公式(見書),三、水泥加固土的工程特性,（三）力學性能1、無側(cè)限抗壓強度及其影響因素影響水泥土的無側(cè)限抗壓強度的因素：（2）齡期對強度的影響水泥土3個月作為強度標準值（3）水泥強度等級對強度的影響水泥土的強度隨水泥標號的提高而增加（4）土樣含水量對強度的影響無側(cè)限抗壓強度隨著土樣含水量的降低而增大，一般含水量w降低10%強度增加1050%,三、水泥加固土的工程特性,（三）力學性能1、無側(cè)限抗壓強度及其影響因素影響水泥土的無側(cè)限抗壓強度的因素：（5）土樣中有機質(zhì)含量對強度影響有機質(zhì)含量少的水泥土強度比有機質(zhì)含量高的水泥土強度大得多。（6）外摻劑對強度的影響摻加粉煤灰的水泥土，其強度一般都比不摻粉煤灰的有所增長。（7）養(yǎng)護方法溫度濕度：對短齡期水泥土強度的影響很大，對水泥土后期強度的影響較小。,三、水泥加固土的工程特性,（三）力學性能2、抗拉強度水泥土t隨fcu的增長而提高，冪函數(shù)關系。3、抗剪強度水泥土抗剪強度隨fcu的增長而提高。當fcu=0.54MPa時，粘聚力c在1001000KPa，在2030。4、變形模量(無側(cè)限)-土力學當v達50fcu時，水泥土的應力與應變的比值，稱之為水泥土的變形模量E50。E50=126fcu5、壓縮系數(shù)和壓縮模量（有側(cè)限）-土力學av約為(2.03.5)10-2(MPa)-1(低壓縮性土)，壓縮模量Es60100MPa,三、水泥加固土的工程特性,（四）水泥土的抗凍性能自然冰凍不會造成水泥土深部的結(jié)構(gòu)破壞在長期冰凍下強度幾乎不增長，但恢復正常溫度后正常增長不低于-15時冰凍對水泥土結(jié)構(gòu)損害甚微只要地溫不低于-10就可進行水泥土攪拌法的冬季施工,三、水泥加固土的工程特性,（一）水泥土攪拌樁的設計1、對地質(zhì)勘察的要求土質(zhì)、水質(zhì)分析2、加固形式的選擇柱狀、壁狀（和格柵狀）、塊狀。3、加固范圍的確定樁可只在基礎平面范圍內(nèi)布置，獨立基礎下的樁數(shù)不宜少于3根。柱狀加固可采用正方形、等邊三角形等布樁型式。,四、設計計算,（二）水泥土攪拌樁的計算1、柱狀加固地基(1)單樁豎向承載力的設計計算公式：單樁豎向承載力特征值應通過現(xiàn)場載荷試驗確定，初步設計時可按式(517)估算，并應滿足式(5-18)的要求，應使由樁身材料強度確定的單樁承載力大于(或等于)由樁周土和樁端土的抗力所提供的單樁承載力。,四、設計計算,（二）水泥土攪拌樁的計算1、柱狀加固地基(1)單樁豎向承載力的設計計算參數(shù)含義fcu標準養(yǎng)護下90d齡期立方體抗壓強度平均值/kPa樁身強度折減系數(shù),干法0.200.30,濕法0.250.33up樁的周長/mn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。淤泥47kPa；淤泥質(zhì)土612kPa；對軟塑狀態(tài)的粘性土可取1015kPa；對可塑狀態(tài)的粘性土可以取1218kPa,四、設計計算,（二）水泥土攪拌樁的計算1、柱狀加固地基(1)單樁豎向承載力的設計計算參數(shù)含義li樁長范圍內(nèi)第i層土的厚度/mqp樁端地基土未經(jīng)修正的承載力特征值(kPa)，可按現(xiàn)行國家標準建筑地基基礎設計規(guī)范GB50007的有關規(guī)定確定樁端天然地基土的承載力折減系數(shù),可取0.40.6，承載力高時取低值,四、設計計算,（二）水泥土攪拌樁的計算1、柱狀加固地基(1)單樁豎向承載力的設計計算公式理解樁身強度折減系數(shù)的取值：樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)的取值有效樁長的取值需設計確定的主要指標樁長l、水泥摻入比av,四、設計計算,（二）水泥土攪拌樁的計算1、柱狀加固地基(2)復合地基的設計計算公式：加固后攪拌樁復合地基承載力特征值應通過現(xiàn)場復合地基載荷試驗確定，也可按下式計算：,參數(shù)含義：見教材。,四、設計計算,（二）水泥土攪拌樁的計算1、柱狀加固地基(2)復合地基的設計計算求置換率和總樁數(shù)：,四、設計計算,（二）水泥土攪拌樁的計算1、柱狀加固地基(2)復合地基的設計計算理解-的取值：反映樁土共同作用,四、設計計算,（二）水泥土攪拌樁的計算1、柱狀加固地基(3)水泥土攪拌樁沉降驗算豎向承載攪拌樁復合地基變形s：包括復合土層的平均壓縮變形s1與樁端下未加固土層的壓縮變形s2復合土層的平均壓縮變形s1的計算方法:規(guī)范采用復合模量法：,pz攪拌樁復合土層頂面的附加壓力值（kPa）pzl攪拌樁復合土層底面的附加壓力值（kPa）,四、設計計算,（二）水泥土攪拌樁的計算1、柱狀加固地基(3)水泥土攪拌樁沉降驗算未加固土層的壓縮變形s2的計算方法:可按現(xiàn)行國家標準建筑地基基礎設計規(guī)范GB50007的有關規(guī)定進行計算。（應力擴散分層總和法）,四、設計計算,（二）水泥土攪拌樁的計算1、柱狀加固地基(4)復核地基設計-以沉降控制的設計思路地層結(jié)構(gòu)-沉降計算-確定加固深度-試選施工樁長試選樁身強度和水泥摻入量計算單樁承載力計算有效樁長計算面積置換率進行布樁，樁可只在基礎平面范圍內(nèi)布置,四、設計計算,（二）技術(shù)要點和措施1、用于加固地基P83（1）（10）2、用于防滲和擋土P83（1）（10）,四、設計計算,（一）水泥攪拌法1、攪拌機械設備及性能中心噴漿方式（混合漿）和葉片噴漿方式（純水泥漿）,五、施工方法,支護結(jié)構(gòu)水泥土墻,支護結(jié)構(gòu)水泥土墻,支護結(jié)構(gòu)水泥土墻,支護結(jié)構(gòu)水泥土墻,SMW（SoilMixingWall）工法施工,SMW（SoilMixingWall）工法施工,SMW（SoilMixingWall）工法施工,SMW（SoilMixingWall）工法施工,SMW（SoilMixingWall）工法施工,SMW（SoilMixingWall）工法施工,SMW（SoilMixingWall）工法施工,雙軸攪拌樁機直徑700，搭接200樁長10m用于止水,a)柱狀布置；b)壁狀布置；c)格柵狀布置；d)塊狀布置,（一）水泥攪拌法2、施工工藝一般的施工工藝流程：一次噴漿、二次攪拌就位預攪下沉制備水泥漿提升噴漿攪拌重復攪拌下沉重復提升攪拌清洗移位,五、施工方法,水泥摻量及外加劑,水泥摻量水泥摻入比（單位體積攪拌樁中水泥與土的重量比）一般為1216%水灰比1：0.5（重量之比）外加劑,水泥土攪拌樁施工要點,.（1）復攪工藝確保攪拌均勻，必要時采用“二噴三攪”工藝（干法工藝為一次攪拌，因而不均勻）。（2）提升速度噴漿速度提升攪拌速度不宜大于0.5m/min；提升速度與噴漿速度應協(xié)調(diào)，以保證延樁身全長噴漿均勻。,攪拌樁復合地基設計與施工中的若干問題,1設計中的若干問題2施工中應注意的有關問題,1設計中的若干問題,1.1設計參數(shù)的取值1.2樁的長度-樁徑-樁身強度關系1.3置換率與樁長的選取1.4暗浜及回填土的處理,1設計中的若干問題,1.1設計參數(shù)的取值1.1.1復合地基承載力1.1.2、等參數(shù)的影響因素,1.1設計參數(shù)的取值,1.1.1復合地基承載力加固后的地基強度一般可比原地基土的提高20%50%，故設計中不應將設計復合地基承載力取得過大，否則難以達到設計要求。,1.1設計參數(shù)的取值,1.1.2、等參數(shù)的影響因素樁身強度折減系數(shù)（0.30.4）施工質(zhì)量、土層情況、室內(nèi)實驗樁周土的摩阻力土層情況、工程經(jīng)驗樁端土承載力折減系數(shù)（0.40.6）土層情況、樁長、工程經(jīng)驗樁間土承載力折減系數(shù)（0.51.0）樁端土情況、工程經(jīng)驗,1設計中的若干問題,1.2樁的長度-樁徑-樁身強度關系樁的長度較長，相應的樁徑應增加、樁身強度也應相應提高。,1設計中的若干問題,1.3置換率與樁長的選取a、當?shù)鼗幚硎且蕴岣叩鼗鶑姸葹橹鲿r，宜用短樁而提高樁的置換率;b、當?shù)鼗幚硎且詼p小沉降為主時，可根據(jù)樁端是否達到較硬土層而分別采用“變摻量、變強度”方法或“變置換率”的方法。,1設計中的若干問題,1.3置換率與樁長的選取c、最優(yōu)設計,1設計中的若干問題,1.4暗浜及回填土的處理a.設計中不計樁間土的承載力，樁周摩阻力取下限值；b.增加水泥摻量（3%5%），遇有泥炭土或有機質(zhì)含量較高的土，水泥摻量可增至20%；c.暗浜與回填土的邊界應設過渡區(qū)。,暗浜是不良地質(zhì)情況的一種。就是，原來這個地方是河道，有淤泥沉積，后來被土填沒了，但是沉積的淤泥仍在，這種情況不利于施工，尤其對基礎建設存在隱性危害。處理方法有：水泥壓密注漿加固、清淤換土和適當加長(或加粗)工程樁,2施工中應注意的有關問題,樁頂與樁端的處理a.采用