水泥土搅拌法在加固饱和粘性土地基中的应用

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1、水泥土搅拌法在加固饱和粘性土地基中的应用 - 建筑技术 水泥土搅拌法是用于加固饱和粘性土地基的一种新方法。它是利用 水泥(或石灰）等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深 处就地将软土和固化剂(浆液或粉体）强制搅拌，由固化剂和软土间 所产生的一系列物理-化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定 性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基强度和增大变形模量。关键词：水泥土搅拌法；加固机理；施工工艺；质量检验1 概述水泥土搅拌法是用于加固饱和粘性土地基的一种新方法。它 是利用水泥(或石灰）等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在 地基深处就地将软土和固化剂(浆液或粉体）强制搅拌，由固化剂和 软土

2、间所产生的一系列物理-化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度 的水泥加固土，从而提高地基强度和增大变形模量。根据施工方法 的不同，水泥土搅拌法分为水泥浆搅拌和粉体喷射搅拌两种。前者 是用水泥浆和地基土搅拌，后者是用水泥粉或石灰粉和地基土搅拌。水泥土搅拌法分为深层搅拌法(以下简称湿法) 和粉体喷搅法 (以下简称干法)。水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和 松散砂土等地基。当地基土的天然含水量小于 30(黄土含水量小于 25) 、大于 70或地 下水的 pH 值小于 4 时不宜采用干法。2 加固机理水泥加固土的物理化学反

3、应过程与混凝土的硬化机理不同， 混凝土的硬化主要是在粗填充料(比表面不大、活性很弱的介质）中 进行水解和水化作用，所以凝结速度较快。而在水泥加固土中，由 于水泥掺量很小，水泥的水解和水化反应完全是在具有一定活性的介质土的围绕下进 行，所以水泥加固土的强度增长过程比混凝土为缓慢。（1）水泥的水解和水化反应 普通硅酸盐水泥主要是氧化钙、 二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁及三氧化硫等组成，由这些不 同的氧化物分别组成了不同的水泥矿物：硅酸三钙、硅酸二钙、铝 酸三钙、铁铝酸四钙、硫酸钙等. 用水泥加固软土时，水泥颗粒表面的矿物很快与 软土中的水发生水解和水化反应，生成氢氧化钙、含水硅酸钙、含 水铝酸钙

4、及含水铁酸钙等化合物。所生成的氢氧化钙、含水硅酸钙 能迅速溶于水中，使水泥 颗粒表面重新暴露出来，再与水发生反应，这样周围的水溶液就 逐渐达到饱和。当溶液达到饱和后，水分子虽继续深入颗粒内部， 但新生成物已不能再溶解，只能以细分散状态的胶体析出，悬浮于 溶液中，形成胶体。（2）土颗粒与水泥水化物的作用 当水泥的各种水化物生成 后，有的自身继续硬化，形成水泥石骨架; 有的则与其周围具有一 定活性的粘土颗粒发生反应。1)离子交换和团粒化作用 粘土和水结合时就表现出一种胶 体特征，如土中含量最多的二氧化硅遇水后，形成硅酸胶体微粒， 其表面带有阴离子 Na+或钾离子 K+ ，它们能和水泥水化生成的氢氧

5、 化钙中钙离子 Ca+进行当量吸附交换，使较小的土颗粒形成较大的土团粒，从而使土体 强度提高。水泥水化生成的凝胶粒子的比表面积约比原水泥颗粒大 1000 倍，因而产生很大的表面能，有强烈的吸附活性，能使较大的土团 粒进一步结合起来，形成水泥土的团粒结构，并封闭各土团的空隙， 形成坚固的联结，从宏观上看也就使水泥土的强度大大提高。2)硬凝反应 随着水泥水化反应的深入，溶液中析出大量的 钙离子，当其数量超过离子交换的需要量后，在碱性环境中，能使 组成粘土矿物的二氧化硅及三氧化二铝的一部分或大部分与钙离子 进行化学反应，逐渐生成不溶于水的稳定结晶化合物，增大了水泥土的强度，（3）碳酸化作用 水泥水化

6、物中游离的氢氧化钙能吸收水中 和空气中的二氧化碳，发生碳酸化反应，生成不溶于水的碳酸钙， 这种反应也能使水泥土增加强度，但增长的速度较慢，幅度也较小。3 施工工艺水泥土搅拌法施工现场事先应予以平整，必须清除地上和地 下的障碍物。遇有明浜、池塘及洼地时应抽水和清淤，回填粘性土 料并予以压实，不得回填杂填土或生活垃圾。水泥土搅拌桩施工前应根据设计进行工艺性试桩，数量不得 少于 2 根。当桩周为成层土时，应对相对软弱土层增加搅拌次数或 增加水泥掺量。搅拌头翼片的枚数、宽度、与搅拌轴的垂直夹角、搅拌头的回转数、提升速度应相互匹配，以确保加固深度范围内土体的任何 一点均能经过 20 次以上的搅拌。竖向承

7、载搅拌桩施工时，停浆(灰) 面应高于桩顶设计标高 300500mm。在开挖基坑时，应将搅拌桩顶端施工质量较差的桩段 用人工挖除。施工中应保持搅拌桩机底盘的水平和导向架的竖直，搅拌桩 的垂直偏差不得超过 1；桩位的偏差不得大于 50mm；成桩直径和 桩长不得小于设计值。水泥土搅拌法施工步骤由于湿法和干法的施工设备不同而略 有差异。其主要步骤应为：搅拌机械就位、调平；预搅下沉至设计加固深度；边喷浆(粉)、边搅拌提升直至预定的停浆(灰) 面；重复搅拌下沉至设计加固深度；根据设计要求，喷浆(粉) 或仅搅拌提升直至预定的停浆(灰) 面；关闭搅拌机械。在预(复) 搅下沉时，也可采用喷浆(粉) 的施 工工艺

8、，但必须确保全桩长上下至少再重复搅拌一次。4 质量检验水泥土搅拌桩的质量控制应贯穿在施工的全过程，并应坚持 全程的施工监理。施工过程中必须随时检查施工记录和计量记录， 并对照规定的施工工艺对每根桩进行质量评定。检查重点是：水泥 用量、桩长、搅拌头转数和提升速度、复搅次数和复搅深度、停浆处理方法等。水泥土搅拌桩的施工质量检验可采用以下方法：(1)成桩 7d 后，采用浅部开挖桩头(深度宜超过停浆( 灰)面下 0.5m)，目测检查搅拌的均匀性，量测成桩直径。检查量为总桩数的 5。(2)成桩后 3d 内，可用轻型动力触探(Nlo)检查每米桩身的均 匀性。检验数量为施工总桩数的 1，且不少于 3 根。

9、竖向承载水泥土搅拌桩地基竣工验收时，承载力检验应采用 复合地基载荷试验和单桩载荷试验。载荷试验必须在桩身强度满足试验荷载条件时，并宜在成桩 28d 后进行。检验数量为桩总数的 0.51，且每项单体工程不 应少于 3 点。经触探和载荷试验检验后对桩身质量有怀疑时，应在成桩 28d 后，用双管单动取样器钻取芯样作抗压强度检验，检验数量为 施工总桩数的 0.5，且不少于 3 根。对相邻桩搭接要求严格的工程，应在成桩 15d 后，选取数根 桩进行开挖，检查搭接情况。基槽开挖后，应检验桩位、桩数与桩顶质量，如不符合设计 要求，应采取有效补强措施。5 结论综上所述，水泥土搅拌法以其独特的优点，不管是质量上还 是经济效益和社会效益上都取得了成功 在特殊地质条件下，与其它地基处理方式相比，其优越性较为明显 因此在选择地基处理方案时 应结合土质特征，对于饱和软粘土地基应优先采用此种地基处理方式，以获得更好的经 济效益。