地基處理新技術(shù)6(水泥土攪拌樁)

1、 Soil Cement Mixing TechnologyCIVIL ENGINEERING COLLEGE OF NANJING FOREST UNIVERSITY n概概 述述n水泥土攪拌樁復(fù)合地基水泥土攪拌樁復(fù)合地基n攪拌樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)與施工中的若干問題攪拌樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)與施工中的若干問題主要內(nèi)容 水泥土攪拌法是用于加固飽和粘性土地基的一種新方法。它是利用水泥等材料作為固化劑，通過特制的攪拌機(jī)械，在地基深處就地將軟土和固化劑(漿液或粉體)強(qiáng)制攪拌，由固化劑和軟土間所產(chǎn)生的一系列物理化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的水泥加固土，從而提高地基強(qiáng)度和增大變形模量。根據(jù)施工

2、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，后者是用水泥漿或石灰粉和地基土攪拌。 水泥漿攪拌法是美國在第二次世界大戰(zhàn)后研制成功美國在第二次世界大戰(zhàn)后研制成功，稱之為就地?cái)嚢铇?MIP)。 1953年日本清水建設(shè)株式會(huì)社從美國引進(jìn)此法，1967年日本港灣技術(shù)研究所土工部開始研制石灰攪拌施工機(jī)械。1974年由日本港灣技術(shù)研究所等單位又合作開發(fā)研制成功水泥攪拌固化法(CMC)，用于加固鋼鐵廠礦石堆場(chǎng)地基，加固深度達(dá)32m。接著日本各大施工企業(yè)接連開發(fā)研制出加固原理、機(jī)械規(guī)格和施工效率各異的深層攪拌機(jī)械。適用范圍適用范圍 水泥加固土的室內(nèi)試驗(yàn)表明，有些軟土的加

3、固效果較好，而有的不夠現(xiàn)想。一般認(rèn)為含有高嶺石、多水高嶺石、蒙脫石等粘土礦物的軟土加固效果較好，而含有伊利石、氯化物和水鋁英石等礦物的粘性土以及有機(jī)質(zhì)含量高、酸堿度(pH值)較低的粘性土的加固效果較差。 國外使用水泥土攪拌法加固的土質(zhì)有新吹填的超軟土、泥炭土和淤泥質(zhì)土等飽和軟土。加固場(chǎng)所從陸地軟土到海底軟土，加固深度達(dá)五六十米。國內(nèi)目前采用水泥土攪拌法加固的土質(zhì)有淤泥、淤泥質(zhì)土、地基承載力不大于120kPa的粘性土和粉性土等地基。當(dāng)用于處理泥炭土或地下水具有侵蝕性的土?xí)r，應(yīng)通過試驗(yàn)確定其適用性。加固局限于陸上，加固深度可達(dá)18m。適用的工程對(duì)象適用的工程對(duì)象地基處理基坑支護(hù) 防滲墻阻水 長江大

4、堤防滲加固水泥土樁復(fù)合地基水泥土重力式擋墻n2.1 2.1 水泥土的形成水泥土的形成n2.2 2.2 水泥土的物理力學(xué)性質(zhì)水泥土的物理力學(xué)性質(zhì)n2.3 2.3 水泥土的應(yīng)用水泥土的應(yīng)用n2.4 2.4 水泥土攪拌樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)水泥土攪拌樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)n2.5 2.5 水泥土攪拌樁的施工水泥土攪拌樁的施工n 水泥土是通過機(jī)械強(qiáng)力將水泥與土攪拌形成具有較好水泥土是通過機(jī)械強(qiáng)力將水泥與土攪拌形成具有較好物理力學(xué)性質(zhì)的水泥加固土。物理力學(xué)性質(zhì)的水泥加固土。水泥的水解和水化反應(yīng) 粘土礦物與水泥水化物的作用離子交換和團(tuán)?；饔?硬凝反應(yīng)碳酸化作用水泥土2.2.1 水泥土的物理性質(zhì)1 1 ）重度）重度

5、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 2 ）含水量）含水量 水泥土的含水量一般比原狀土降低715%3 3 ）抗?jié)B性）抗?jié)B性 滲透系數(shù)K一般在10-710-8cm/cesn2.2.2 水泥土的力學(xué)性質(zhì)1 1）無側(cè)限抗壓強(qiáng)度）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 2）抗拉強(qiáng)度）抗拉強(qiáng)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 3） 抗剪強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度 當(dāng)水泥土qu=0.54MPa時(shí)，其粘聚力C在1001000KPa之間，其 摩擦角在2030之間。4 4

6、） 變形特性變形特性 當(dāng)qu=0.54.0MPa時(shí)，其50d后的變形模量相當(dāng)于（120150）qu。n2.3.1 2.3.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)支護(hù)結(jié)構(gòu) 重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)；止水帷幕；重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)；止水帷幕；SMWSMW工法工法n2.3.2 2.3.2 地基加固地基加固 提高地基強(qiáng)度；控制沉降；防止液化提高地基強(qiáng)度；控制沉降；防止液化 c)a)d)b)a)柱狀布置；b) 壁狀布置；c) 格柵狀布置；d) 塊狀布置 n2.4.1 2.4.1 設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)原理n2.4.2 2.4.2 單樁容許承載力單樁容許承載力 n2.4.3 2.4.3 復(fù)合地基承載力復(fù)合地基承載力n2.4.4 2.4.4 下臥層地基強(qiáng)度驗(yàn)

7、算下臥層地基強(qiáng)度驗(yàn)算n2.4.4 2.4.4 沉降計(jì)算沉降計(jì)算 承載承載 樁的承載力樁的承載力 + + 樁間土承載力（折減）樁間土承載力（折減） 沉降沉降 樁范圍的壓縮樁范圍的壓縮 + + 樁端以下土的沉降樁端以下土的沉降樁土共同承載 及及 式中式中 單樁容許承載力單樁容許承載力(kN)； 水泥土水泥土90d齡期的抗壓強(qiáng)度平均值齡期的抗壓強(qiáng)度平均值(kPa)； 樁的截面積樁的截面積(m2) 樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，可取樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，可取0.30.4； 樁的周長樁的周長(m)； 樁周第樁周第i層土的容許摩阻力。對(duì)淤泥可取層土的容許摩阻力。對(duì)淤泥可取58kPa； 對(duì)淤泥質(zhì)土可取對(duì)淤泥質(zhì)土可取812k

8、Pa；對(duì)粘性土可??；對(duì)粘性土可取1215kPa； 樁周第樁周第i層土的厚度層土的厚度(m)； 樁端天然地基土的承載力樁端天然地基土的承載力(kPa)； 樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)，可取樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)，可取0.40.6。 pcuaAfPppisipaqAlqUPaPcufpApUsiqilpq式中式中 復(fù)合地基容許承載力復(fù)合地基容許承載力(kPa)； 樁間天然地基土容許承載力樁間天然地基土容許承載力(kPa)； 樁土面積置換率；樁土面積置換率； 樁間土承載力折減系數(shù)。當(dāng)樁端為軟土?xí)r，樁間土承載力折減系數(shù)。當(dāng)樁端為軟土?xí)r， 可取可取0.51.0；當(dāng)樁端為硬土?xí)r，可??；當(dāng)樁端為硬

9、土?xí)r，可取0.10.4。SPaSPfmAPmf1/SPfSfm 式中式中 假想實(shí)體基礎(chǔ)底面壓力假想實(shí)體基礎(chǔ)底面壓力(kPa)； 基礎(chǔ)底面積基礎(chǔ)底面積(m2)； 假想實(shí)體基礎(chǔ)的自重假想實(shí)體基礎(chǔ)的自重(kN)； 假想實(shí)體基礎(chǔ)側(cè)表面積假想實(shí)體基礎(chǔ)側(cè)表面積(m2)； 假想實(shí)體基礎(chǔ)側(cè)表面平均摩阻力假想實(shí)體基礎(chǔ)側(cè)表面平均摩阻力(kPa)； 假想實(shí)體基礎(chǔ)邊緣地基土的容許承載力假想實(shí)體基礎(chǔ)邊緣地基土的容許承載力(kPa)； 假想實(shí)體基礎(chǔ)底面積假想實(shí)體基礎(chǔ)底面積(m2)； 假想實(shí)體基礎(chǔ)底面經(jīng)修正后的地基容許假想實(shí)體基礎(chǔ)底面經(jīng)修正后的地基容許 承載力承載力(kPa)。fAAAfqAGAffssSsp11f GSA

10、sqsfA1Af 水泥土樁復(fù)合地基的變形包括：水泥土樁復(fù)合地基的變形包括： 水泥土樁群體的壓縮變形和樁端下未加固土層的壓水泥土樁群體的壓縮變形和樁端下未加固土層的壓縮變形之和。縮變形之和。 樁群體的壓縮變形值可根據(jù)上部結(jié)構(gòu)、樁長、樁身樁群體的壓縮變形值可根據(jù)上部結(jié)構(gòu)、樁長、樁身強(qiáng)度等因素按經(jīng)驗(yàn)取強(qiáng)度等因素按經(jīng)驗(yàn)取2040mm。 樁端以下未加固土層的壓縮變形值可按分層總和法樁端以下未加固土層的壓縮變形值可按分層總和法計(jì)算。計(jì)算。 n 2.5.1 施工機(jī)械n 2.5.2 施工工藝 n 2.5.3 水泥摻量及外加劑n 2.5.4 水泥土墻施工要點(diǎn) 32632415GZB-60071252421323

11、2221134321812124攪拌樁機(jī)葉片雙頭攪拌樁機(jī)攪拌樁施工現(xiàn)場(chǎng) e)f)c)d)a)b)1）預(yù)攪）預(yù)攪n 一般的施工工藝流程（一次噴漿、二次攪拌） 就位就位 預(yù)攪下沉預(yù)攪下沉 （制備水泥漿）（制備水泥漿） 提升噴漿攪拌提升噴漿攪拌 沉鉆復(fù)攪沉鉆復(fù)攪 重復(fù)提升攪拌重復(fù)提升攪拌2）不預(yù)攪 水泥摻量水泥摻量 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 外加劑外加劑外 摻 劑作 用摻量（%）碳 酸 鈉早 強(qiáng)0.2 0.4氯 化 鈣早 強(qiáng)2 5三乙醇胺早 強(qiáng)0.05 0.2木質(zhì)素磺酸鈣減水、可泵0.2 0.5粉 煤 灰填充、早強(qiáng)50 80. （1 1）復(fù)攪

12、工藝）復(fù)攪工藝 確保攪拌均勻，必要時(shí)采用確保攪拌均勻，必要時(shí)采用“二噴三攪二噴三攪”工藝工藝 （干法工藝為一次攪拌，因而不均勻）。（干法工藝為一次攪拌，因而不均勻）。 （2 2）提升速度）提升速度噴漿速度噴漿速度 提升攪拌速度不宜大于提升攪拌速度不宜大于0.5m/min0.5m/min； 提升速度與噴漿速度應(yīng)協(xié)調(diào)，以保證延樁身全長提升速度與噴漿速度應(yīng)協(xié)調(diào)，以保證延樁身全長 噴漿均勻。噴漿均勻。 n3.1 3.1 設(shè)計(jì)中的若干問題設(shè)計(jì)中的若干問題n3.2 3.2 施工中應(yīng)注意的有關(guān)問題施工中應(yīng)注意的有關(guān)問題n3.1.1 3.1.1 設(shè)計(jì)參數(shù)的取值設(shè)計(jì)參數(shù)的取值n3.1.2 3.1.2 樁的長度樁

13、的長度- -樁徑樁徑- -樁身強(qiáng)度關(guān)系樁身強(qiáng)度關(guān)系n3.1.3 3.1.3 置換率與樁長的選取置換率與樁長的選取n3.1.4 3.1.4 暗浜及回填土的處理暗浜及回填土的處理 n3.1.1 3.1.1 設(shè)計(jì)參數(shù)的取值設(shè)計(jì)參數(shù)的取值1 1）復(fù)合地基承載力）復(fù)合地基承載力2 2） 、 、 、 等參數(shù)的影響因素等參數(shù)的影響因素 siq1 1） 復(fù)合地基承載力復(fù)合地基承載力 加固后的地基強(qiáng)度一般可比原地基土的加固后的地基強(qiáng)度一般可比原地基土的提高提高20%50%，故設(shè)計(jì)中不應(yīng)將設(shè)計(jì)復(fù)合，故設(shè)計(jì)中不應(yīng)將設(shè)計(jì)復(fù)合地基承載力取得過大，否則難以達(dá)到設(shè)計(jì)地基承載力取得過大，否則難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。要求。n2 2）

14、 、 、 、 等參數(shù)的影響因素等參數(shù)的影響因素 樁身強(qiáng)度折減系數(shù)樁身強(qiáng)度折減系數(shù)（0.30.4） 施工質(zhì)量、土層情況、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)施工質(zhì)量、土層情況、室內(nèi)實(shí)驗(yàn) 樁周土的摩阻力樁周土的摩阻力 土層情況、工程經(jīng)驗(yàn)土層情況、工程經(jīng)驗(yàn) 樁端土承載力折減系數(shù)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(yàn)土層情況、樁長、工程經(jīng)驗(yàn) 樁間土承載力折減系數(shù)樁間土承載力折減系數(shù)（0.51.0） 樁端土情況、工程經(jīng)驗(yàn)樁端土情況、工程經(jīng)驗(yàn)siqsiqn3.1.2 3.1.2 樁的長度樁的長度- -樁徑樁徑- -樁身強(qiáng)度關(guān)系樁身強(qiáng)度關(guān)系 樁的長度較長，相應(yīng)的樁徑應(yīng)增加、樁身樁的長度較長，相應(yīng)的樁徑應(yīng)增加、樁

15、身 強(qiáng)度也應(yīng)相應(yīng)提高。強(qiáng)度也應(yīng)相應(yīng)提高。 3.1.3 3.1.3 置換率與樁長的選取置換率與樁長的選取n a a、當(dāng)?shù)鼗幚硎且蕴岣叩鼗鶑?qiáng)度為主時(shí)，宜用、當(dāng)?shù)鼗幚硎且蕴岣叩鼗鶑?qiáng)度為主時(shí)，宜用 短樁而提高樁的置換率短樁而提高樁的置換率; ;n b b、當(dāng)?shù)鼗幚頃r(shí)以減小沉降為主時(shí)，可根據(jù)樁當(dāng)?shù)鼗幚頃r(shí)以減小沉降為主時(shí)，可根據(jù)樁 端是否達(dá)到較硬土層而分別采用端是否達(dá)到較硬土層而分別采用“變摻量、變摻量、 變強(qiáng)度變強(qiáng)度”方法或方法或“變置換率變置換率”的方法。的方法。 n3.1.3 3.1.3 置換率與樁長的選取置換率與樁長的選取c c、最優(yōu)設(shè)計(jì)、最優(yōu)設(shè)計(jì) 4.1.4 4.1.4 暗浜及回填土的處理暗浜及回填土的處理n a. a. 設(shè)計(jì)中不計(jì)樁間土的承載力，樁周摩阻力取設(shè)計(jì)中不計(jì)樁間土的承載力，樁周摩阻力取 下限值；下限值；n b. b. 增加水泥摻量（增加水泥摻量（3%3%5%5%），遇有泥炭土或），遇有泥炭土或 有機(jī)質(zhì)含量較高的土，水泥摻量可增至有機(jī)質(zhì)含量較高的土，水泥摻量可增至20%20%；n c. c. 暗浜與回填土的邊界應(yīng)設(shè)過渡區(qū)。暗浜與回填土的邊界應(yīng)設(shè)過渡區(qū)。n 樁頂與樁端