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1、深层搅拌法 第七章 1 定义 利用水泥 石灰等材料作为固化剂的主剂 通过特制深层搅拌机械就地在地基深部将软土和固化剂强制拌和 使软土硬结成加固体 从而提高地基强度和增大变形模量 2 用途 1 建筑物或构筑物地基 2 进行大面积地基加固 防止码头岸壁的滑动 基坑开挖挡土 抗隆起 3 加固道路 桥梁 4 地下防渗墙 阻止地下水的渗透 3 特点 1 基本不存在挤土效应 对周围地基扰动小 2 可根据不同的土质和工程设计要求 合理选择固化剂及配方 应用灵活 3 施工无振动 噪音小 可在市区和建筑物密集地区施工 4 土体加固后 重度基本不变 软弱下卧层不致产生过大附加沉降 5 结构形式多样性 根据工程需要
2、 选用块状 柱状 壁状 格栅状等 4 分类 第一节水泥土深层搅拌法 一 适用条件 加固淤泥 淤泥质土和地基承载力标准值不大于120kPa的粘性土和粉土地基 二 加固机理 一 水泥的水解和水化反应 二 粘土颗粒与水泥土水化物的作用 三 碳酸化作用 三 水泥土物理 力学性质 四 水泥土搅拌桩地基加固设计 一 水泥的水解和水化反应 水泥加固软土时 水泥颗粒表面的矿物 硅酸二钙 硅酸三钙 铝酸三钙 铁铝酸四钙 很快与软土中的水发生反应 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 2 3CaO SiO2 6H2O 3CaO 2SiO2 3H2O Ca OH 2 在水泥中含量最高 占总量的5
3、0 是决定强度的主要因素 生成物溶于水中 其溶液达到饱和以后 生成物以胶体析出 形成凝胶体 将大量自由水以结晶水的形式固定 二 粘土颗粒与水泥土水化物的作用 1 离子交换和团粒化作用 水泥水化生成的氢氧化钙中的Ca2 和粘土颗粒表面Na k 进行当量离子交换 使土颗粒分散度降低 产生聚结 形成较大团粒 土体抗剪强度提高 2 硬凝作用 三 碳酸化作用 Ca OH 2 CO2 CaCO3 H2O Ca2 数量超过离子交换的需求量后 在碱性环境中 组成粘土矿物的二氧化硅与三氧化铝的一部分或大部分与Ca2 产生化学反应并逐渐生成不溶于水的稳定的铝酸钙 硅酸钙的结晶水化物 三 水泥土物理 力学性质 一
4、水泥土物理性质 二 水泥土的力学性能 三 水泥土的抗冻性能 1 含水量2 重度3 相对密度4 渗透系数 1 水泥土的破坏特征2 无侧限抗压强度及其影响因素3 抗拉强度4 抗剪强度5 变形模量 压缩系数和压缩模量 一 水泥土物理性质 1 含水量 水泥土在硬凝过程中 使部分自由水以结晶水的形式固定下来 所以水泥土含水量低于原状土的含水量 且随水泥掺入比aw增加而减小 2 重度 掺入软土中的水泥浆重度与软土重度相近 所以水泥土的重度与天然软土的重度相差不大 故采用水泥搅拌法加固厚层软土地基时 加固部分对下卧层不致产生过大的附加沉降 3 相对密度 水泥土的相对密度为3 1 稍大于一般软土的相对密度 2
5、 65 2 75 4 渗透系数 水泥土的渗透系数与水泥掺入比和龄期有关 水泥掺入比越大 龄期越长 渗透系数越小 一般可达10 5 10 8cm s 水泥土的物理性质 二 水泥土的力学性能 1 水泥土的破坏特征 脆性破坏 裂隙沿轴向发展 土体脆性破坏 水泥掺入比高 围压小 图1曲线1和2 图2中曲线3 水泥土的破坏与水泥掺入比aw及围压有关 塑性剪切破坏 裂隙沿两个方向大量出现 形成塑性流动区 土体塑性破坏 水泥掺入比低或围压高 图1曲线4 5 图2中曲线1 水泥掺入比越高 强度越高 但延性降低 围压增高 强度越高 延性越高 脆性剪切破坏 介于两者之间图1曲线3 图2中曲线2 2 无侧限抗压强度
6、及其影响因素 水泥土无侧限抗压强度一般在0 3 0 4MPa之间 无侧限强度较高的水泥土 1 5 2 0MPa 表现为脆性破坏 而对无侧限抗压强度较低的水泥土表现为塑性破坏 影响无侧限抗压强度的因素 1 水泥掺入比aw 指掺入土中的水泥质量与被加固软土的湿质量比值的百分数 aw越高 无侧限抗压强度越高 2 龄期 龄期越长 无侧限抗压强度qu 水泥标号对水泥土强度的影响 4 含水量 随含水量的降低 无侧限抗压强度增高 含水量和无侧限抗压强度之间有一个峰值 5 天然地基中有机质含量增高 对水泥的水化反应阻碍作用增大 影响水泥土的固化 降低水泥土的强度 6 外加剂 早强剂 三乙醇胺 氯化钙 碳酸钠或
7、水玻璃 减水剂 木质素磺酸钙 一般掺入量取水泥质量的0 2 石膏有缓凝和早强的作用 加入少量石膏 有利于提高强度 减少水泥用量 7 搅拌均匀程度 塑性指数越大 土的粘性越大 越难搅拌均匀 而含水量和液性指数过低 同样影响搅拌效果 3 抗拉强度 水泥土的抗拉强度随水泥土的抗压强度的增加而提高 当已知水泥土的抗压强度fcu时抗拉强度 一般越均匀 强度越高 在相同搅拌的条件下 土的物理力学指标中含水量 塑性指数 液性指数对水泥土的均匀性影响很大 5 变形模量 压缩系数和压缩模量 水泥土的变形模量为垂直应力达到50 无侧限抗压强度时 水泥土的应力与应变比值 水泥土的压缩系数为 2 0 3 5 10 2
8、 MPa 1 其相应的压缩模量 4 抗剪强度 水泥土无侧限抗压强度提高 抗剪强度越高 三 水泥土的抗冻性能 自然温度不低于 150时 冰冻对水泥土损害很小 一般工程 地温不低于 100C 可进行深层搅拌桩施工 四 水泥土搅拌桩地基加固设计 一 布桩形式 可只在建筑基础范围内布桩 1 柱状 三角形或正方形布置 2 壁状 栅格状 3 块状 全部加固 用于地基承载力要求高 沉降要求严格的建筑 二 单桩承载力 1 以试验资料确定 无试验资料时计算确定 取两式计算的小值 淤泥可取5 8kPa 淤泥质土取8 12kPa 粘性土可取12 15kPa 2 水泥土单桩设计 确定桩长和水泥掺入比 1 先确定桩长
9、三 水泥土桩复合地基承载力的确定 四 软弱下卧层的验算 条形基础 由上式反求面积换算率m和桩数n 五 沉降变形验算 变形包括桩体的压缩变形S1和桩下未加固土体的压缩变形S2 一 搅拌设备及性能 搅拌机有 叶片式输浆中心管输浆 第二节水泥土桩施工 一 SJB系列深层搅拌机 双搅拌轴中心管的水泥搅拌专用机械 中心管输浆方式中 水泥浆是从两根搅拌轴间的另一中心管输出 当叶片直径在1m以下时 并不影响搅拌均匀度 而且它可适用多种固化剂 二 GZB 600型深层单轴搅拌机 叶片喷浆方式的搅拌机 叶片式使水泥浆从叶片上若干个小孔喷出 使水泥浆与土体能均匀的混合 对大直径叶片和连续搅拌是合适的 但因喷孔小 易被浆液填塞 它只能使用纯水泥浆而不能采用其他固化剂 且加工制造较为复杂 三 DJB 14D型深层单轴搅拌机
