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1、2017/7/22,1,第三章 化学加固法,概述一、化学加固法的概念 利用化学固化剂（液体、固体），通过压力灌注，高压喷射或机械搅拌等措施，使固化剂与土粒胶结在一起，以改善地基土的工程特性，提高地基承载力，减少地基变形的方法总称。二、加固效果的影响因素 化学加固法能否取得预期的加固效果，主要取决于两个方面： 根据具体的土质条件，选择适当的固化剂及掺入量； 采用有效的施工工艺,2017/7/22,2,三、固结剂的种类,固结剂,液体状,粉体状,水泥浆液粘土水泥浆液化学浆液,无机浆液硅酸盐,有机浆液,聚氨酯类环氧树脂类木质素,水泥粉体石灰粉体,四、化学加固法的分类,按施工方法,深层搅拌法高压喷射注浆
2、法灌浆法,干搅法（粉体喷射搅拌法）湿搅法（液体喷射搅拌法）,（真溶液）,悬浮液,2017/7/22,3,粉体喷射搅拌法,一、粉体搅拌法的概念 通过专用的喷粉钻机，采用粉体喷射搅拌法，将粉状的固化剂喷射到深层软土中，并经充分搅拌混合，使固化剂、水和土三者发生一系列物化反应，最终使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体粉喷桩，桩与桩间土形成复合地基。,粉喷桩,水泥土桩（水泥粉）石灰土桩（石灰粉）,二、粉喷桩的施工设备 专用成套设备 主机钻机 配套设备空压机、储气罐、固化剂 罐、粉体发送器、输送管等。,2017/7/22,4,2017/7/22,5,D20 21,2017/7/22,6,D2
3、2,2017/7/22,7,空气压缩机,固化剂罐,搅拌头,2017/7/22,8,B115,2017/7/22,9,三、粉喷桩的施工工艺 定位 整套设备就位，使搅拌轴垂直，搅拌头对准桩位； 预搅下沉 钻机正向旋转钻进，同时喷射压缩空气； 停止预搅下沉 钻进到设计深度停钻，并在原位转动12min； 提升喷粉搅拌 启动搅拌机，反向旋转，在确认固化剂已经送至孔底时，提升钻头，边提升边搅拌，尽量搅拌均匀。 提升结束，搅拌桩形成 钻头提升到高于桩顶0.5m左右时停灰，并应慢速原地搅拌12min。停灰标高距地面不小于0.30.5m。 重复搅拌 为保证粉体搅拌均匀 ，需再次将搅拌头下沉到设计深度，再次反向旋
4、转提升钻头进行复搅。 钻头提出地面，移至下一桩位。,2017/7/22,10,B117,2017/7/22,11,2017/7/22,12,四、加固机理 固化剂与原位地基土充分搅拌混合后，因固化剂吸收周围土层中的水分而发生物理化学反应，使混合后的水泥土桩体逐渐凝结硬化，既提高了桩体强度，又稳定了桩周围的土层，从而使天然的软土地基改变成复合地基，大大提高地基承载能力。 水泥固化剂： 水泥与土中的水发生水化反应和水解反应，生成氢氧化钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙和含水铁铝酸钙等化合物，在水和空气中逐渐硬化；这些化合物中的钙离子再与土粒中的钠钾离子等发生离子交换作用，从而胶结土颗粒，使其集合较大的团粒，
5、形成强度较高的水泥土桩。 水泥和土搅拌混合越均匀，水泥土结构的离散性越小，桩体强度也越高。,2017/7/22,13, 生石灰固化剂 石灰在土层中吸水、膨胀、发热并进行一系列化学反应（离子交换、土微粒凝聚、火山灰反应、碳酸钙反应、固结反应等），从而形成复杂的化合物，这些化合物在空气和水中逐渐硬化，使土颗粒得到牢固结合和加强，从而形成较高强度的石灰土桩。 上述一系列物化反应的详细过程，可参阅地基处理手册。五、粉喷桩的受力特性 介于刚性桩与柔性桩之间，其刚度、抗压强度和抗侧压力作用的能力小于刚性桩而大于柔性桩。,2017/7/22,14,刚性桩：砼灌注桩、砼预制桩、预应力砼桩、钢管桩等。 柔性桩：
6、碎石桩、砂桩、灰土桩、素土桩等。,轴向应力分布也是不均匀的，从桩顶自上而下轴力逐渐减小，最大轴力位于（35）d 范围，以下轴力收敛很快。即桩的上部受力较大，摩阻力得到充分发挥；桩的下部受力较小，摩阻力则不能充分发挥。因此，桩的破坏一般都发生在（35）d范围。桩身的承载力关键在于桩体的强度，尤其是浅部桩体强度，是桩向下传力的必要条件。,（35）d,N,Z,O,F,2017/7/22,15,六、水泥加固土的室内外试验 1)、水泥土的室内配比试验 了解加固水泥的品种、掺入量、水灰比、最佳外掺剂对水泥土的影响，确定龄期与强度的关系，为设计和施工提供可靠的参数。 2)、水泥土搅拌桩的现场试验 现场水泥土
7、试块的有关试验，以确定室内试验指标与实际工程的差异；单桩载荷试验、单桩复合地基载荷试验；复合地基的反力分布、应力分配。,2017/7/22,16,七、水泥土搅拌桩复合地基的计算, 单桩竖向承载力的计算 单桩竖向承载力标准值应根据现场载荷试验确定。在无载荷试验资料时，也可按下式计算： Rkd=fcu,kAp Rkd=qsUp lAp qp式中：Rkd单桩承载力标准值； 强度折减系数，可取0.350.50； fcu,k与搅拌桩桩身加固土配比相同的室内试块（70.770.7mm或5050mm）的无侧限抗压强度平均值； q s桩周土平均摩擦力，按下表取值。,2017/7/22,17,桩周土平均摩擦力平
8、均值（kPa） 土 的 名 称 状 态 桩周土平均摩擦力淤泥、泥炭土 流塑 58淤泥质土 流塑可塑 812粘性土 软塑 1215粘性土 可塑 1518,Up桩周长； l桩长； 桩端土天然地基土的承载力折减系数，一般取0.40.6； Ap 桩的截面积；,2017/7/22,18,qp桩端天然地基土承载力标准值， 可按建筑地基基础设计规范中的有关规定取值。, 复合地基的承载力计算 fsp,k=mRkd/Ap+（1-m）fs,k式中：fsp,k复合地基承载力标准值； m复合地基的面积置换率； 桩间土承载力折减系数，当桩端为软土时，可取 0.5-1.0，当桩端土为 硬土时，可取0.1-0.4，当不考虑
9、桩间软土的作用时，取0；fs,k桩间天然地基土承载力标准值。,2017/7/22,19, 面积置换率的确定 m=A p/A1式中： A1水泥土搅拌桩单桩加固的面积。 总桩数的确定 n=m A/Ap式中： A基础的底面积。m也可以按下式计算： m(fsp,k fs,k) / ( Rkd/Ap fs,k ) 综上所述，n与要求的复合地基的承载力、桩周土及桩端土的性质、桩长及直径、桩身强度、单桩承载力等因素有关。,2017/7/22,20, 桩的平面布置 根据基础形式、荷载分布合理布置：独立或条形基础可用梅花形，正方形布置；片筏基础多用正方形布置。,de,Sa,Sa,Sa,Sa,de,Sa,Sa,正
10、三角形,正方形,de=1.05 Sa,de=1.13 Sa,2017/7/22,21, 软弱下卧层的验算 假设桩与桩间土组成一实体基础。计算模型见下图，应满足下式：,上部荷载：fsp,kA,桩间土承受荷载：fs,k（A-A1),作用在软弱下卧层上的荷载（均布）：fA1,假想实体基础侧面摩擦力：qsAs,2017/7/22,22,fx=fsp,k*A+G-qsAs-fs,k(A-A1)/A1f,式中： fx假象实体基础底面应力,kPa； A1假象实体基础的底面积,m2； G假象实体基础的自重,kN； As假象实体基础的侧面积,m2； fs,k假象实体基础边缘软土的承载力,kPa； f 假象实体基
11、础底面处 经修正后地基土的承载力，kPa；其它符号同前。 当验算不满足时，需重新进行设计。,2017/7/22,23, 沉降计算 沉降计算包括两部分：复合土层的压缩变形、桩端以下未处理土层的变形。 一般根据上部荷载、桩长、桩身强度等按经验复合土层取1030mm；桩端以下土层按（GBJ7-89）规范进行计算。 计算模型与软弱下卧层验算示意图相同。,2017/7/22,24,八、桩体强度的影响因素 桩体强度与地基土质、含水量、固化剂掺入比、土料混合度及龄期有直接关系。 地基土质 固化剂对粉土的增强效果远比对淤泥质类土和粘性土的增强效果好，即土粒越粗，增强效果越好；同时，原位土越纯净，增强效果越好；
12、有机质含量越高，效果越差。 土的含水量 在软土层中，尤其是粘性土中，存在一个含水量对桩体强度影响的问题。含水量过高或过低对桩体的硬结均不利，即对某一土层存在一个最佳的含水量范围。 固化剂掺入比 试验表明，固化剂掺入比越大，增强效果越明显。一般，当含水量较高时，掺入比应较大，反之可取较小掺入比。从经济观点考虑，选择含水量一定时的,2017/7/22,25,最佳掺灰量作为设计掺入比。 土料混合程度 加固土的强度与土料混合程度也有密切关系，土料搅拌越均匀，桩体的强度越高，因此应充分搅拌。 龄期 水泥土或石灰土的强度随养护龄期的延长而增长。在28天内，强度增长最显著，尤其是前7天，强度急剧增长。90天
13、后强度增长缓慢。因此，粉喷桩无侧限抗压强度标准值以90天龄期的强度值作为强度指标。,t,90d,28d,7d,0,2017/7/22,26,九、粉喷桩施工要点 桩体喷粉过程中不得中断 每根桩宜装一次灰，搅拌完一根桩；喷粉深度在钻杆上标线控制，喷粉压力根据地层情况控制在合适范围。 喷灰量 单位桩长喷灰量是成桩质量的关键，喷粉量随土质情况桩体强度要求而定，一般为4570kg/m，常用50kg/m，相当于掺入比为12%。 施工次序 为避免桩机移动路线和管路过长，施工时宜采用先中轴、后边轴，先里排、后外排的次序进行，使桩机移动最长距离不超过50m。 复喷 为避免桩上部受力最大的部位因气压骤减出现松散层，提高桩体质量，在桩顶以下3.5m范围应进行复喷。,
