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1、 水泥土搅拌法主要内容主要内容概述概述 加固机理加固机理 水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质 水泥土的应用水泥土的应用 水泥土搅拌桩地基的设计水泥土搅拌桩地基的设计 水泥土搅拌桩的施工水泥土搅拌桩的施工概述概述定义、分类定义、分类水泥土搅拌法的概念水泥土搅拌法的概念 水泥上搅拌法是适用于加固饱和粘性土和粉土等地基水泥上搅拌法是适用于加固饱和粘性土和粉土等地基的一种方法，它是利用水泥或石灰等材料作为的一种方法，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，就地将软土和固化剂固化剂通过特制的搅拌机械，就地将软土和固化剂浆液或粉体强制搅拌，使软土硬结成具有整体浆液或粉体强制搅拌，使软土
2、硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的水泥加固土性、水稳性和一定强度的水泥加固土水泥土，从水泥土，从而提高地基土强度和增大变模。而提高地基土强度和增大变模。 根据固化剂掺入状态的不同，它可分为浆液搅拌和粉根据固化剂掺入状态的不同，它可分为浆液搅拌和粉体喷射搅拌两种。前者是用浆液和地基土搅拌，后体喷射搅拌两种。前者是用浆液和地基土搅拌，后者是用粉体或石灰和地基土搅拌。者是用粉体或石灰和地基土搅拌。 水泥土搅拌法分为水泥土搅拌法分为深层搅拌法深层搅拌法( (简称湿法简称湿法) )和和粉体喷搅粉体喷搅法法( (简称干法简称干法) )。概述概述定义、分类定义、分类深层搅拌法深层搅拌法：一般加固深度可大于
3、：一般加固深度可大于5m5m，国外最大加固深，国外最大加固深度可达度可达60m60m早期的早期的“浅层搅拌法：浅层搅拌法：2020世纪世纪2020年代，美国及西欧年代，美国及西欧国家在软土地区修建公路和堤坝时，按照地基加固范国家在软土地区修建公路和堤坝时，按照地基加固范围从地表挖取深的软土，在附近用机械拌入水泥或石围从地表挖取深的软土，在附近用机械拌入水泥或石灰，然后放回原处压实的方法。灰，然后放回原处压实的方法。这种加固软土的方法加固深度一般为这种加固软土的方法加固深度一般为1-3m1-3m。概述概述技术开展技术开展二战后，美国研制成功二战后，美国研制成功水泥浆搅拌法水泥浆搅拌法。简称。简称
4、MIPMIP法。，法。，L=10-12mL=10-12m。19531953年，日本引入水泥浆搅拌法，并在年，日本引入水泥浆搅拌法，并在1973-19741973-1974年进展年进展该工法的研究和开发，简称该工法的研究和开发，简称CMCCMC工法。工法。目前，日本的施工机械：目前，日本的施工机械：陆上：双轴成孔，成孔直径陆上：双轴成孔，成孔直径d=1000mmd=1000mm，最大钻深，最大钻深L=40mL=40m海上：多种成孔数量类型，成孔最大直径海上：多种成孔数量类型，成孔最大直径d=2000mmd=2000mm，最，最多一次成孔多一次成孔8 8个，最大钻孔深度为个，最大钻孔深度为70m7
5、0m自水面向下算自水面向下算概述概述技术开展技术开展概述概述技术开展技术开展国内：国内：19771977年由冶金部建筑研究总院和交通部水运规划设计院进年由冶金部建筑研究总院和交通部水运规划设计院进展室内试验和机械研制。展室内试验和机械研制。19781978年底制造出国内第一台年底制造出国内第一台SJB-1SJB-1型双搅拌轴中心管输浆的型双搅拌轴中心管输浆的搅拌机械。目前搅拌机械。目前SJB-2SJB-2型的加固深度可达型的加固深度可达18m18m。19941994年，上海探矿机械厂生产的年，上海探矿机械厂生产的GDP-72GDP-72型双轴深层搅拌机。型双轴深层搅拌机。加固深度可达加固深度可
6、达18m18m成孔直径成孔直径d=700mmd=700mm。20022002年，为配合土壤水泥土墙工法简称年，为配合土壤水泥土墙工法简称SMWSMW工法，又研工法，又研制生产出三轴钻孔搅拌机制生产出三轴钻孔搅拌机ZKD65-3ZKD65-3和和ZKD85-3.ZKD85-3.其钻孔深度达其钻孔深度达27-30m27-30m，钻孔直径，钻孔直径650-850mm650-850mm。概述概述技术开展技术开展19671967年，瑞典提出年，瑞典提出石灰浆搅拌桩法石灰浆搅拌桩法设想。设想。19711971年，现场制成一根年，现场制成一根石灰土搅拌桩。石灰土搅拌桩。19721972年，用年，用石灰粉喷桩
7、石灰粉喷桩做路堤和基坑支护。做路堤和基坑支护。同一时期，日本在同一时期，日本在1973-19741973-1974年进展该工法的研究和开发。年进展该工法的研究和开发。DLMDLM法：颗粒状生石灰深层搅拌法法：颗粒状生石灰深层搅拌法DJMDJM法：使用生石灰粉末的粉体喷射法。法：使用生石灰粉末的粉体喷射法。目前，日本粉喷施工机械：目前，日本粉喷施工机械：单轴、双轴，成孔直径单轴、双轴，成孔直径d=800-1000mmd=800-1000mm，钻孔深度，钻孔深度L=15-33mL=15-33m。国内的粉喷机械：成孔直径国内的粉喷机械：成孔直径d=500-700mmd=500-700mm，钻孔深度，
8、钻孔深度L=18mL=18m。概述概述适用范围适用范围适用范围适用范围 水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、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。水的饱和松散砂土等地基。 当地基土的天然含水量小于当地基土的天然含水量小于3030黄土含水量小于黄土含水量小于25%25%、大于、大于7070或地下水的或地下水的pHpH值小于值小于4 4时不宜采用时不宜采用干法。干法。 冬期施工时，应注意负温对处理效果的影响。冬期施工时，应注意负温对处理效果的影响。 湿法的加固深度不
9、宜大于湿法的加固深度不宜大于20m20m；干法不宜大于；干法不宜大于15m15m。 水泥土搅拌桩的桩径不应小于水泥土搅拌桩的桩径不应小于500mm500mm。石灰石灰固化剂一般适用于固化剂一般适用于粘土颗粒含量粘土颗粒含量大于大于20%20%，粉粒及粘粉粒及粘粒含量之和粒含量之和大于大于35%35%，粘土的粘土的塑性指数塑性指数大于大于1010，液性指数液性指数大于，大于，土的土的pHpH值值为为4-84-8，有机质含量有机质含量小于小于11%,11%,土的天然土的天然含水量含水量大于大于30%30%的偏酸性的土质加固。的偏酸性的土质加固。一般认为用一般认为用水泥水泥作固化剂，对含有作固化剂，
10、对含有高岭石、多水高岭石、高岭石、多水高岭石、蒙脱石等粘土矿物的软土蒙脱石等粘土矿物的软土加固效果较好；加固效果较好； 而对含有而对含有伊利石、氯化物和水铝石英等矿物的粘性土伊利石、氯化物和水铝石英等矿物的粘性土以及有机质含量高，以及有机质含量高，pHpH值较低的粘性土值较低的粘性土加固效果较差。加固效果较差。 概述概述适用范围适用范围水泥土搅拌法加固软土其独特优点水泥土搅拌法加固软土其独特优点最大限度地利用了原土；最大限度地利用了原土； 搅拌时施工，对原有建筑物影响很小；搅拌时施工，对原有建筑物影响很小； 根据地基土的不同性质和工程要求，可以合理选择固化根据地基土的不同性质和工程要求，可以合
11、理选择固化剂的类型及其配方，设计灵活；剂的类型及其配方，设计灵活； 搅拌时无振动、无污染、无噪音，可在市区内和密集建搅拌时无振动、无污染、无噪音，可在市区内和密集建筑群中施工；筑群中施工； 加固后土体的重度根本不变，不会产生附加沉降；加固后土体的重度根本不变，不会产生附加沉降； 与钢筋混凝土桩基相比，降低本钱的幅度较大；与钢筋混凝土桩基相比，降低本钱的幅度较大； 可根据上部构造的需要，灵活地采用柱状、壁状、格栅可根据上部构造的需要，灵活地采用柱状、壁状、格栅状和块状等加固型式。状和块状等加固型式。概述概述优点优点加固机理加固机理一水泥的水解和水化反响一水泥的水解和水化反响 普通硅酸盐水泥中的水
12、泥矿物：普通硅酸盐水泥中的水泥矿物：硅酸三钙硅酸三钙3CaOSiO2硅酸二钙硅酸二钙2CaOSiO2铝酸三钙铝酸三钙3CaOAl2O3铁铝酸四钙铁铝酸四钙4CaOAl2O3Fe2O3硫酸钙硫酸钙CaSO4石膏石膏(1)(1)硅酸三钙硅酸三钙3CaOSiO23CaOSiO2：在水泥中含量最高约占全：在水泥中含量最高约占全重的重的5050左右，是决定强度的主要因素。左右，是决定强度的主要因素。2(3CaOSiO2)+6H2O3CaO2SiO23H2O +3Ca(OH)22(3CaOSiO2)+6H2O3CaO2SiO23H2O +3Ca(OH)2含水硅酸钙含水硅酸钙加固机理加固机理(2)(2)硅酸
13、二钙硅酸二钙2CaOSiO22CaOSiO2：在水泥中含量较高约占：在水泥中含量较高约占全重的全重的2525左右，它主要产生后期强度。左右，它主要产生后期强度。2(2CaOSiO2)+4H2O3CaO2SiO23H2O +Ca(OH)22(2CaOSiO2)+4H2O3CaO2SiO23H2O +Ca(OH)2(3)(3)铝酸三钙铝酸三钙3CaOAl2O33CaOAl2O3：占水泥重量的：占水泥重量的1010，水化速，水化速度最快，促进早凝。度最快，促进早凝。3CaOAl2O3+12H2O+ Ca(OH)23CaOAl2O3Ca(OH)2 3CaOAl2O3+12H2O+ Ca(OH)23Ca
14、OAl2O3Ca(OH)2 12H2O12H2O(4)(4)铁铝酸四钙铁铝酸四钙4CaOAl2O3Fe2O34CaOAl2O3Fe2O3：占水泥重量的：占水泥重量的1010，能促进早期强度。能促进早期强度。4CaOAl2O3Fe2O3+ 2Ca(OH)2 4CaOAl2O3Fe2O3+ 2Ca(OH)2 +10H2O3CaOAl2O36H2O+ 3CaOFe2O36H2O+10H2O3CaOAl2O36H2O+ 3CaOFe2O36H2O5 5硫酸钙硫酸钙CaSO4CaSO4占水泥重量的占水泥重量的3 33CaSO4+3CaOA12O3+32H2O3CaOAl2O33CaSO432H2O 3C
15、aSO4+3CaOA12O3+32H2O3CaOAl2O33CaSO432H2O 加固机理加固机理水泥杆菌钙矾石水泥杆菌钙矾石这种反响很迅速，可把大量的自由水以结晶水形式固定下来，这种反响很迅速，可把大量的自由水以结晶水形式固定下来，这种结晶会产生膨胀，掺量过多会使水泥发生膨胀破坏。这种结晶会产生膨胀，掺量过多会使水泥发生膨胀破坏。某种特定条件下可利用这种膨胀作用增强地基加固效果。某种特定条件下可利用这种膨胀作用增强地基加固效果。水化速度水化速度水泥矿物的水化强度水泥矿物的水化强度加固机理加固机理二粘土颗粒与水泥水化物的作用二粘土颗粒与水泥水化物的作用加固机理加固机理1、离子交换和团粒化作用、
16、离子交换和团粒化作用粘土与水结合即表现胶体特征，如土中含量最多的二氧粘土与水结合即表现胶体特征，如土中含量最多的二氧化硅与水形成硅酸胶体，其外表带有化硅与水形成硅酸胶体，其外表带有Na+Na+或或K+K+，和水泥，和水泥水化生成的氢氧化钙中的水化生成的氢氧化钙中的Ca2+Ca2+进展当量吸附交换。进展当量吸附交换。使较小的土颗粒形成较大的土团粒；使较小的土颗粒形成较大的土团粒；由于其产生了很大的比外表能，可使较大的土粒进一步由于其产生了很大的比外表能，可使较大的土粒进一步联合，形成水泥土团粒构造，并封闭各土团的空隙，形联合，形成水泥土团粒构造，并封闭各土团的空隙，形成巩固的联结，从而使土体强度
17、提高。成巩固的联结，从而使土体强度提高。2、硬凝反响、硬凝反响加固机理加固机理随着水泥水化反响的深入，溶液中析出大量的随着水泥水化反响的深入，溶液中析出大量的Ca2+Ca2+，当其，当其数量超过离子交换需要量后，那么在碱性环境中，与组成数量超过离子交换需要量后，那么在碱性环境中，与组成粘土矿物的二氧化硅和三氧化二铝的一局部或大局部进展粘土矿物的二氧化硅和三氧化二铝的一局部或大局部进展化学反响：化学反响：逐渐生成了不溶于水的稳定结晶化合物，逐渐生成了不溶于水的稳定结晶化合物，其在水中和空气中逐渐硬化，增大了水泥土的强度。其在水中和空气中逐渐硬化，增大了水泥土的强度。其构造致密，水分不易侵入，从而
18、使水泥土具有足够的水稳定性。其构造致密，水分不易侵入，从而使水泥土具有足够的水稳定性。三碳酸化作用三碳酸化作用加固机理加固机理水泥水化物中游离的氢氧化钙能吸收水中和空气中的水泥水化物中游离的氢氧化钙能吸收水中和空气中的二氧化碳，发生碳酸化反响：二氧化碳，发生碳酸化反响：生成不溶于水的碳酸钙，能使水泥土的强度增长，生成不溶于水的碳酸钙，能使水泥土的强度增长，但速度较慢，幅度较小。但速度较慢，幅度较小。 水泥和软土搅拌越充分，混合越均匀，那么水泥土水泥和软土搅拌越充分，混合越均匀，那么水泥土强度的离散性越小，宏观的总体强度也越高。强度的离散性越小，宏观的总体强度也越高。水泥水泥水泥系材料水泥系材料
19、一、水泥土的物理性质一、水泥土的物理性质 1. 1.重度重度 当水泥掺入比在当水泥掺入比在8%-20%8%-20%之间，水泥土重度比原状之间，水泥土重度比原状土增加约土增加约3%-6%3%-6%，不会产生较大的附加沉降。，不会产生较大的附加沉降。 2.2.相对密度相对密度 由于水泥的相对密度为，比一般软土的相对密度为大，由于水泥的相对密度为，比一般软土的相对密度为大，故水泥土的相对密度比天然软土的相对密度稍大。故水泥土的相对密度比天然软土的相对密度稍大。水泥土相对密度比天然软土的相对密度增加水泥土相对密度比天然软土的相对密度增加0.7%-0.7%-2.5%2.5%。 3.3.含水量含水量 水泥
20、土的含水量一般比原状土降低水泥土的含水量一般比原状土降低0.5-7% 0.5-7% ，且随着，且随着水泥掺入比的增加而减小。水泥掺入比的增加而减小。4.4.抗渗性抗渗性 渗透系数渗透系数K K一般在一般在10-7-10-8cm/s10-7-10-8cm/s水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质二水泥土的力学性质二水泥土的力学性质1 1 、无侧限抗压强度、无侧限抗压强度 水泥土的无侧限抗压强度水泥土的无侧限抗压强度ququ在之间，比原状土在之间，比原状土提高几十倍乃至几百倍。提高几十倍乃至几百倍。2 2 、抗拉强度、抗拉强度 水泥土抗拉强度与抗压强度有一定关系，一般水泥土抗拉强度与抗压强度有一
21、定关系，一般情况下，抗拉强度在情况下，抗拉强度在ququ之间。之间。3 3 、抗剪强度、抗剪强度 当水泥土当水泥土ququ时，其粘聚力时，其粘聚力C C在在100-1000kPa100-1000kPa之间，之间，其摩擦角其摩擦角在在2020-30-30之间。之间。4 4、 变形特性变形特性 当当ququ时，其时，其50d50d后的变形模量相当于后的变形模量相当于120-150120-150ququ。水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质三影响水泥土的无侧限抗压强度的因素三影响水泥土的无侧限抗压强度的因素 影响因素主要有：影响因素主要有： 1.1.水泥掺
22、入比水泥掺入比 2.2.水泥标号水泥标号 3.3.龄期龄期 4.4.含水量含水量 5.5.有机质含量有机质含量 6.6.外掺剂外掺剂 7.7.养护条件等养护条件等 1.1.水泥掺入比水泥掺入比水泥土的强度随着水泥掺入比的增加而增大，当水泥土的强度随着水泥掺入比的增加而增大，当 5% 5%时，时，由于水泥与土的反响过弱，水泥土固化程度低，强度离散由于水泥与土的反响过弱，水泥土固化程度低，强度离散性也较大，故在水泥土搅拌法的实际施工中，选用的水泥性也较大，故在水泥土搅拌法的实际施工中，选用的水泥掺入比必须大于掺入比必须大于7%7%。 水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质2 2、水泥标号、水泥标
23、号水泥土的强度随水泥标号的提高而增加。一般说水泥土的强度随水泥标号的提高而增加。一般说来，水泥标号提高来，水泥标号提高100100号，水泥土的强度号，水泥土的强度fcufcu约增大约增大50%-90%50%-90%。如要求到达一样强度，水泥标号提高如要求到达一样强度，水泥标号提高100100号，可降号，可降低水泥掺入比低水泥掺入比2%-3%2%-3%。表。表2-62-6为水泥标号对水泥土的为水泥标号对水泥土的影响试验结果。影响试验结果。水泥标号对水泥土强度的影响引自刘建军，水泥标号对水泥土强度的影响引自刘建军，19921992水泥掺入比水泥掺入比a aww(%)(%)7 710101515水泥
24、标号水泥标号425425# #525525# #425425# #525525# #425425# #525525# #无侧限抗压强度无侧限抗压强度(90d)(90d)f fcucu(MPa)(MPa)0.560.560 01.0961.096 1.1241.124 1.7901.7902.272.270 03.483.485 5f fcu,525cu,525/ / f fcu,425cu,4251.951.951.591.591.531.53水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质水泥种类水泥种类核工业部第四勘察院与同济大学在同一种淤泥质粉质粘土核工业部第四勘察院与同济大学在同一种淤泥质粉质
25、粘土(w(w，e e1.03)1.03)中选用同一水泥掺入比中选用同一水泥掺入比(21(21) )，对级矿渣水泥、级钢渣，对级矿渣水泥、级钢渣水泥、级普通硅酸盐水泥、级波特兰水泥作为比照试验。从图中水泥、级普通硅酸盐水泥、级波特兰水泥作为比照试验。从图中可以看出级矿渣水泥和钢渣水泥的水泥土无侧限抗压强度可以看出级矿渣水泥和钢渣水泥的水泥土无侧限抗压强度fcufcu要要大于后两者，其原因可能是水泥中的矿渣、钢渣和粘粒水化反响大于后两者，其原因可能是水泥中的矿渣、钢渣和粘粒水化反响的缘故。的缘故。 水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质
26、水泥土的物理力学性质3 3、龄期、龄期水泥土的强度随着龄期的增长而提高，一般在龄期超过水泥土的强度随着龄期的增长而提高，一般在龄期超过28d28d后后仍有明显增长见图仍有明显增长见图根据试验及上海地区水泥加固饱和软粘土的无侧限抗压强度根据试验及上海地区水泥加固饱和软粘土的无侧限抗压强度试验结果的回归分析，得到在其它条件一样时，不同龄期的试验结果的回归分析，得到在其它条件一样时，不同龄期的水泥土无侧限抗压强度间关系大致呈线性关系见图；这些关水泥土无侧限抗压强度间关系大致呈线性关系见图；这些关系如下：系如下：当龄期超过当龄期超过3 3个月后，水泥土的强度增长才减缓。个月后，水泥土的强度增长才减缓。
27、同样，据电子显微镜观察，水泥和土的硬凝反响约需同样，据电子显微镜观察，水泥和土的硬凝反响约需3 3个月才个月才能充分完成。能充分完成。因此水泥土选用因此水泥土选用3 3个月龄期强度作为水泥土的标准强度较为适个月龄期强度作为水泥土的标准强度较为适宜。一般情况下，龄期少于宜。一般情况下，龄期少于3d3d的水泥土强度与标准强度间关系的水泥土强度与标准强度间关系其线性较差，离散性较大。其线性较差，离散性较大。水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质4.4.含水量含水量o水泥土的无侧限抗压强度随着土样含水量的降低而增水泥土的无侧限抗压强度随着土样含水量的降低而增大，当土的含水量从大，当土的含水量从157
28、%157%降低至降低至47%47%时，无侧限抗压时，无侧限抗压强度那么从强度那么从260kPa260kPa增加到增加到2320kPa2320kPa。o一般情况下，土样含水量每降低一般情况下，土样含水量每降低1010，那么强度可增，那么强度可增加加(10-50)%(10-50)%。水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质5.5.地基土中有机质含量地基土中有机质含量水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质o有机质含量少的水泥土强度比有机质含量高的水泥土有机质含量少的水泥土强度比有机质含量高的水泥土强度大得多。强度大得多。o由于有机质使土体具有较大的水溶性和塑性，较大的由于有机质使土体具有较大的水溶
29、性和塑性，较大的膨胀性和低渗透性，并使土具有酸性，这些因素都阻碍膨胀性和低渗透性，并使土具有酸性，这些因素都阻碍水泥水化反响的进展。因此，有机质含量高的软土，单水泥水化反响的进展。因此，有机质含量高的软土，单纯用水泥加固的效果较差。纯用水泥加固的效果较差。6 6、外掺剂、外掺剂水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质o不同的外掺剂对水泥土强度有着不同的影响。不同的外掺剂对水泥土强度有着不同的影响。o如木质素磺酸钙对水泥土强度的增长影响不大，主要起如木质素磺酸钙对水泥土强度的增长影响不大，主要起减水作用。减水作用。o石膏、三乙醇胺对水泥土强度有增强作用，而其增强效石膏、三乙醇胺对水泥土强度有增强
30、作用，而其增强效果对不同土样和不同水泥掺入比又有所不同，所以选择果对不同土样和不同水泥掺入比又有所不同，所以选择适宜的外掺剂可提高水泥土强度和节约水泥用量。适宜的外掺剂可提高水泥土强度和节约水泥用量。 o掺加粉煤灰的水泥土，其强度一般都比不掺粉煤灰的有掺加粉煤灰的水泥土，其强度一般都比不掺粉煤灰的有所增长。所增长。o不同水泥掺入比的水泥土，当掺入与水泥等量的粉煤灰不同水泥掺入比的水泥土，当掺入与水泥等量的粉煤灰后，强度均比不掺粉煤灰的提高后，强度均比不掺粉煤灰的提高10%10%，故在加固软土时，故在加固软土时掺入粉煤灰，不仅可消耗工业废料，还可稍微提高水泥掺入粉煤灰，不仅可消耗工业废料，还可稍
31、微提高水泥土的强度。土的强度。水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质7 7、养护温度、养护温度国内外国内外试验资试验资料都料都说说明，明，温度温度对对短短龄龄期水泥土期水泥土强强度的影响度的影响很大很大，KawasakiKawasaki等研究了温度在等研究了温度在10-5010-50变变化化时时，温度，温度对对水泥水泥含量分含量分别为别为2020和和3030的水泥土加固的水泥土加固强强度的影响，度的影响，见图见图。水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质从图中可以看出，温度高时，水泥与土从图中可以看出，温度高时，水泥与土的反响加快，故前期强度增长率大。的反响加快，故前期强度增长率大。但是日本
32、的试验研究也说明，温度对水但是日本的试验研究也说明，温度对水泥土强度的影响随着时间的增长而减小，泥土强度的影响随着时间的增长而减小，如下图，不同养护温度下的无侧限抗压如下图，不同养护温度下的无侧限抗压强度与强度与20(标准养护室温度标准养护室温度)的无侧限的无侧限抗压强度之比值随着时间的增长而逐渐抗压强度之比值随着时间的增长而逐渐趋近于趋近于1，说明温度对水泥土后期强度，说明温度对水泥土后期强度的影响较小。的影响较小。8 8、pHpH值值研究说明，水泥在研究说明，水泥在pHpH值较高的条件下，值较高的条件下，有利于土壤颗粒中的硅酸盐和铝酸盐的溶解性，有利于土壤颗粒中的硅酸盐和铝酸盐的溶解性，加
33、快了水化反响的进展。加快了水化反响的进展。但是当加固土的时，水化反响的主要生成物水但是当加固土的时，水化反响的主要生成物水化硅酸三钙会产生逆向反响见下式化硅酸三钙会产生逆向反响见下式, ,这样大大这样大大降低水泥土的强度。降低水泥土的强度。 3CaO2SiO2xH2O3CaO2SiO2xH2O +Ca(OH)2 (C3S2HX) (Hydrated gel)水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质9 9、粘粒含量、粘粒含量Masaaki GotohMasaaki Gotoh研究了土性即含水量、研究了土性即含水量、pHpH值值、烧烧失量、粘粒含量失量、粘粒含量对对水泥土水泥土强强度的影响，得到了
34、度的影响，得到了粘粒含量粘粒含量越高，其加固越高，其加固强强度越低。度越低。WooWoo认为认为土的塑限增大或者粘粒含量增大，水泥的加固土的塑限增大或者粘粒含量增大，水泥的加固效果也越差。效果也越差。图为某一水泥掺量时，细粒土含量对抗压图为某一水泥掺量时，细粒土含量对抗压强度的影响。强度的影响。水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质1010、有机质含量及含盐量、有机质含量及含盐量MiuraMiura等通过大量的试验，得到有机质含量小等通过大量的试验，得到有机质含量小于于6 6时，用石灰加固效果优于水泥加固，但当有时，用石灰加固效果优于水泥加固，但当有机质含量超过机质含量超过8 8时，水泥加固
35、比用石灰加固效果时，水泥加固比用石灰加固效果好，见图。好，见图。 为了抑制有机质对强度提高的影响，需要使用为了抑制有机质对强度提高的影响，需要使用大量的石灰和水泥进展加固，也会出现过剩的未参大量的石灰和水泥进展加固，也会出现过剩的未参加反响的石灰和水泥，并且得到它们在短期内对水加反响的石灰和水泥，并且得到它们在短期内对水泥土的强度影响不大。泥土的强度影响不大。 Broms Broms指出在含盐量较高的海相软土进展水泥指出在含盐量较高的海相软土进展水泥加固时，由于絮凝作用其强度大大降低。加固时，由于絮凝作用其强度大大降低。 Miura Miura等通过对土中参加盐配制不同含盐等通过对土中参加盐配
36、制不同含盐量的试料土，然后进展水泥或者石灰加固试验，试量的试料土，然后进展水泥或者石灰加固试验，试验结果见图。从图形中可以看到，当含盐量增加到验结果见图。从图形中可以看到，当含盐量增加到一定时，强度随含盐量增大而增大。但是，当土中一定时，强度随含盐量增大而增大。但是，当土中含有含有SO42-SO42-时，对水泥的水化将起到阻碍作用。时，对水泥的水化将起到阻碍作用。 水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质一一. .支护构造支护构造 重力式支护构造；止水帷幕；重力式支护构造；止水帷幕；SMWSMW工法工法 二二. .地基加固地基加固 提高地基强度；控制沉降；防止液化提高地基强度；控制沉降；防止液
37、化水泥土的应用水泥土的应用水泥土的应用水泥土的应用一、支护构造一、支护构造水泥土墙水泥土墙水泥土的应用水泥土的应用水泥土的应用水泥土的应用水泥土的应用水泥土的应用止水帷幕 水泥土的应用水泥土的应用SMW工法承承 受受 荷荷 载载与与 防防 渗渗 挡挡水水 结结 合合 起起来来, ,使使之之成成为为 同同 时时 具具有有 受受 力力 与与抗抗 渗渗 两两 种种功功 能能 的的 支支护护 构构 造造 的的围围护护墙墙 水泥土的应用水泥土的应用水泥土的应用水泥土的应用导沟开挖导沟开挖 水泥土的应用水泥土的应用置放导轨置放导轨 水泥土的应用水泥土的应用SMW钻拌钻拌 水泥土的应用水泥土的应用置放应力补
38、强材置放应力补强材H型钢型钢 水泥土的应用水泥土的应用水泥土的应用水泥土的应用施工完成施工完成SMW 水泥土的应用水泥土的应用二、地基加固二、地基加固a)a)柱状布置；柱状布置；b) b) 壁状布置；壁状布置；c) c) 格栅状布置；格栅状布置；d) d) 块状布置块状布置 水泥土的应用水泥土的应用水泥土搅拌桩地基的设计水泥土搅拌桩地基的设计一一. .设计原理设计原理 二二. .布桩型式布桩型式 三三. .单桩容许承载力单桩容许承载力 四四. .复合地基承载力复合地基承载力 五五. .下卧层地基强度验算下卧层地基强度验算 六六. .沉降计算沉降计算 水泥土搅拌桩地基的设计水泥土搅拌桩地基的设计
39、一、设计原理一、设计原理桩土共同承载桩土共同承载 承载承载 桩的承载力桩的承载力 + + 桩间土承载力折减桩间土承载力折减 沉降沉降 桩范围的压缩桩范围的压缩 + + 桩端以下土的沉降桩端以下土的沉降二二. .布桩型式布桩型式水泥土搅拌桩地基的设计水泥土搅拌桩地基的设计o水泥土桩的布置形式对加固效果很有影响，一般根据工水泥土桩的布置形式对加固效果很有影响，一般根据工程地质特点和上部构造要求可采用柱状、壁状、格栅状、程地质特点和上部构造要求可采用柱状、壁状、格栅状、块状以及长短桩相结合等不同加固型式。块状以及长短桩相结合等不同加固型式。 1.1.柱状柱状o每隔一定距离打设一根水泥土桩，形成柱状加
40、固型每隔一定距离打设一根水泥土桩，形成柱状加固型式，适用于单层工业厂房独立柱根底和多层房屋条形式，适用于单层工业厂房独立柱根底和多层房屋条形根底下的地基加固，它可充分发挥桩身强度与桩周侧根底下的地基加固，它可充分发挥桩身强度与桩周侧阻力。阻力。 水泥土搅拌桩地基的设计水泥土搅拌桩地基的设计2.2.壁状壁状o将相邻桩体局部重叠搭接成为壁状加固型式，适用于深将相邻桩体局部重叠搭接成为壁状加固型式，适用于深基坑开挖时的边坡加固以及建筑物长高比大、刚度小、对基坑开挖时的边坡加固以及建筑物长高比大、刚度小、对不均匀沉降比较敏感的多层房屋条形根底下的地基加固。不均匀沉降比较敏感的多层房屋条形根底下的地基加
41、固。3.3.格栅状格栅状o它是纵横两个方向的相邻桩体搭接而形成的加固型式。它是纵横两个方向的相邻桩体搭接而形成的加固型式。适用于对上部构造单位面积荷载大和对不均匀沉降要求控适用于对上部构造单位面积荷载大和对不均匀沉降要求控制严格的建构筑物的地基加固。制严格的建构筑物的地基加固。4.4.长短桩相结合长短桩相结合o当地质条件复杂，当地质条件复杂，同一建筑物坐落在两类不同性质的地同一建筑物坐落在两类不同性质的地基土上基土上时，可用时，可用3m左右的短桩左右的短桩将将相邻长桩连成壁状或格相邻长桩连成壁状或格栅状栅状，藉以调整和减小不均匀沉降量。，藉以调整和减小不均匀沉降量。o水泥土桩的强度和刚度是介于
42、柔性桩砂桩、碎石桩等和水泥土桩的强度和刚度是介于柔性桩砂桩、碎石桩等和刚性桩钢管桩、混凝土桩等间的一种半刚性桩，刚性桩钢管桩、混凝土桩等间的一种半刚性桩，o它所形成的桩体在无侧限情况下可保持直立，在轴向力作用它所形成的桩体在无侧限情况下可保持直立，在轴向力作用下又有一定的压缩性，但其承载性能又与刚性桩相似，下又有一定的压缩性，但其承载性能又与刚性桩相似，o因此在设计时可仅在上部构造根底范围内布桩，不必像柔性因此在设计时可仅在上部构造根底范围内布桩，不必像柔性桩一样需在根底外设置护桩。桩一样需在根底外设置护桩。水泥土搅拌桩地基的设计水泥土搅拌桩地基的设计l单桩竖向承载力特征值应通过现场载荷试验确
43、定。单桩竖向承载力特征值应通过现场载荷试验确定。l初步设计时也可按初步设计时也可按I I式，并应同时满足式，并应同时满足IIII式的要求，式的要求，应使由桩身材料强度确定的单桩承载力大于或等于由桩应使由桩身材料强度确定的单桩承载力大于或等于由桩周土和桩端土的抗力所提供的单桩承载力：周土和桩端土的抗力所提供的单桩承载力：(I(I式式) )(II(II式式) )水泥土搅拌桩地基的设计水泥土搅拌桩地基的设计三三. .单桩容许承载力单桩容许承载力单桩容许承载力单桩容许承载力(kN)(kN)；水泥土水泥土90d90d龄期的抗压强度平均值龄期的抗压强度平均值(kPa)(kPa)； 桩的截面积桩的截面积(m
44、(m2 2) )桩身强度折减系数，可取：干法，湿法桩身强度折减系数，可取：干法，湿法；桩的周长桩的周长(m)(m)；桩周第桩周第i i层土的容许摩阻力。对淤泥可取层土的容许摩阻力。对淤泥可取58kPa58kPa； 对淤泥质土可取对淤泥质土可取812kPa812kPa；对粘性土可取；对粘性土可取1215kPa1215kPa；桩周第桩周第i i层土的厚度层土的厚度(m)(m)；桩端天然地基土的承载力桩端天然地基土的承载力(kPa)(kPa)；桩端天然地基土的承载力折减系数，可取。桩端天然地基土的承载力折减系数，可取。(I(I式式) )(II(II式式) )水泥土搅拌桩地基的设计水泥土搅拌桩地基的设
45、计( (四、复合地基的设计计算四、复合地基的设计计算 o加固后搅拌桩复合地基承载力特征值应通过现场复合地加固后搅拌桩复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定，也可按下式计算：基载荷试验确定，也可按下式计算： 复合地基承载力特征值复合地基承载力特征值(kPa)(kPa)； 桩间天然地基土承载力桩间天然地基土承载力特征值特征值(kPa)(kPa)； 桩土面积置换率；桩土面积置换率； 桩间土承载力折减系数。当桩端为软土时，可桩间土承载力折减系数。当桩端为软土时，可 取；当桩端为硬土时，可取。取；当桩端为硬土时，可取。 水泥土搅拌桩地基的设计水泥土搅拌桩地基的设计水泥土搅拌桩地基的设计水泥土
46、搅拌桩地基的设计( (五五) )、下卧层地基强度验算、下卧层地基强度验算o当搅拌桩处理范围以下存在软弱下卧层时，应按现行国家当搅拌桩处理范围以下存在软弱下卧层时，应按现行国家标准标准? ?建筑地基根底设计标准建筑地基根底设计标准?GB-50007?GB-50007的有关规定进展下的有关规定进展下层承载力验算。层承载力验算。 假想实体根底底面压力假想实体根底底面压力(kPa)；根底底面积根底底面积(m2)；假想实体根底的自重假想实体根底的自重(kN)；假想实体根底侧外表积假想实体根底侧外表积(m2)；假想实体根底侧外表平均摩阻力假想实体根底侧外表平均摩阻力(kPa)；假想实体根底边缘地基土的容许
47、承载力假想实体根底边缘地基土的容许承载力(kPa)；假想实体根底底面积假想实体根底底面积(m2)；假想实体根底底面经修正后的地基容许承载力假想实体根底底面经修正后的地基容许承载力(kPa)。( (六、沉降计算六、沉降计算水泥土桩复合地基的变形包括：水泥土桩复合地基的变形包括： l搅拌桩复合土层的平均压缩变形搅拌桩复合土层的平均压缩变形S S1 1 l桩端下未加固土层的压缩变形桩端下未加固土层的压缩变形S S2 2 水泥土搅拌桩地基的设计水泥土搅拌桩地基的设计 1. 1.搅拌桩复合土层的压缩变形搅拌桩复合土层的压缩变形S S1 1可按下式计算可按下式计算 P P 桩群顶面的模量桩群顶面的模量(k
48、Pa) A1(kPa) A1假想实体根底的底面积假想实体根底的底面积(m2) (m2) L L 搅拌桩平均压力搅拌桩平均压力(kpa) P0(kpa) P0桩群底面土的附加压力桩群底面土的附加压力(kPa) (kPa) EspEsp桩群体的压缩模量桩群体的压缩模量(kPa) Ep(kPa) Ep水泥土搅拌桩的压缩模量水泥土搅拌桩的压缩模量(kPa) (kPa) Es Es 桩间土的压缩桩长桩间土的压缩桩长(m) p(m) p桩群底面以上土的加权平均桩群底面以上土的加权平均重度重度(kN/m3) (kN/m3) f f 水泥土搅拌桩地基的设计水泥土搅拌桩地基的设计2.2.桩端下未加固土层的压缩变
49、形桩端下未加固土层的压缩变形S S2 2o桩端以下未加固土层的压缩变形可按现行国家标准桩端以下未加固土层的压缩变形可按现行国家标准? ?建筑地建筑地基根底设计标准基根底设计标准?GB50007?GB50007的有关规定进展计算。的有关规定进展计算。水泥土搅拌桩地基的设计水泥土搅拌桩地基的设计复合地基设计的几个问题水泥土搅拌桩地基的设计水泥土搅拌桩地基的设计 加固后的地基强度一般可比原地基土的提高加固后的地基强度一般可比原地基土的提高20%50%20%50%，故设计中不应将设计复合地基承载力取得过大，否那么难故设计中不应将设计复合地基承载力取得过大，否那么难以到达设计要求。以到达设计要求。复合地
50、基承载力复合地基承载力桩的长度桩的长度- -桩径桩径- -桩身强度关系桩身强度关系桩的长度较长，相应的桩径应增加、桩身强度也应相应提高。桩的长度较长，相应的桩径应增加、桩身强度也应相应提高。a、当地基处理是以提高地基强度为主时，宜用短桩而提高、当地基处理是以提高地基强度为主时，宜用短桩而提高桩的置换率桩的置换率;b、当地基处理时以减小沉降为主时，可根据桩端是否到达、当地基处理时以减小沉降为主时，可根据桩端是否到达较硬土层而分别采用较硬土层而分别采用“变掺量、变强度方法或变掺量、变强度方法或“变置换率变置换率的方法。的方法。水泥土搅拌桩地基的设计水泥土搅拌桩地基的设计置换率与桩长的选取置换率与桩
51、长的选取c c、最优设计、最优设计 水泥土搅拌桩地基的设计水泥土搅拌桩地基的设计有效桩长有效桩长L L0 0=(8-20)d E=(8-20)d Ep p/E/Es s=10-50=10-50L L0 0=(20-25)d E=(20-25)d Ep p/E/Es s=50-100=50-100L L0 0=(25-33)d E=(25-33)d Ep p/E/Es s=100-200=100-200柔性桩与刚性桩判别柔性桩与刚性桩判别桩径、平面布置桩径、平面布置等边三角形或方形布置，等边三角形或方形布置，桩径桩径450450、500500、600mm600mm水泥土搅拌桩地基的设计水泥土搅拌
52、桩地基的设计桩长、水泥掺入比桩长、水泥掺入比1 1、当土质条件、施工因素、当土质条件、施工因素限制加固深度限制加固深度L L 根据桩长单桩承载力根据桩长单桩承载力R Ra a和水泥土抗压强度和水泥土抗压强度f fcucu参照室内参照室内配合比试验选择所需的水泥掺入比。配合比试验选择所需的水泥掺入比。2 2、当搅拌、当搅拌加固的深度不受限制时加固的深度不受限制时，可根据室内配合比试验，可根据室内配合比试验资料选定水泥掺入比资料选定水泥掺入比a aww再确定桩身强度再确定桩身强度f fcucu根据桩身根据桩身强度计算单桩承载力特征值强度计算单桩承载力特征值计算桩身长度计算桩身长度L L。3 3、直
53、接根据上部构造对地基的要求，选定单桩承载力特征、直接根据上部构造对地基的要求，选定单桩承载力特征值值计算桩身长度、强度计算桩身长度、强度选择水泥掺入比选择水泥掺入比水泥土搅拌桩地基的设计水泥土搅拌桩地基的设计桩的根数桩的根数根据设计要求的地基复合地基承载力特征值根据设计要求的地基复合地基承载力特征值f fspkspk和前面求得和前面求得的单桩承载力特征值的单桩承载力特征值R Ra an n桩的间距桩的间距不宜小于不宜小于2d2d水泥土搅拌桩的施工水泥土搅拌桩的施工一施工机械一施工机械二施工工艺二施工工艺 三水泥掺量及外加剂三水泥掺量及外加剂四水泥土墙施工要点四水泥土墙施工要点 水泥土搅拌桩地基
54、的施工水泥土搅拌桩地基的施工一、施工机械 主机水泥土搅拌桩地基的施工水泥土搅拌桩地基的施工一般的施工工艺流程一次喷浆、二次搅拌一般的施工工艺流程一次喷浆、二次搅拌二、施工工艺 就位就位 预搅下沉预搅下沉 制备水泥浆制备水泥浆 提升喷浆搅拌提升喷浆搅拌 沉钻复搅沉钻复搅 重重复复提提升升搅搅拌拌 水泥土搅拌桩地基的施工水泥土搅拌桩地基的施工(三、水泥掺量及外加剂1.1.水泥掺量水泥掺量 水水泥泥掺掺入入比比单单位位体体积积搅搅拌拌桩桩中中水水泥泥与与土土的的重重量量比比，一般为，一般为12-16% 12-16% 水灰比水灰比1 1：1-11-1：0.5 0.5 2.2.外加剂外加剂 外 掺 剂作
55、 用掺量（%）碳 酸 钠早 强0.2 0.4氯 化 钙早 强2 5三乙醇胺早 强0.05 0.2木质素磺酸钙减水、可泵0.2 0.5粉 煤 灰填充、早强50 80水泥土搅拌桩地基的施工水泥土搅拌桩地基的施工四水泥土搅拌桩施工要点1 1复搅工艺复搅工艺 确确保保搅搅拌拌均均匀匀，必必要要时时采采用用“二二喷喷三三搅搅工工艺艺 干法工艺为一次搅拌，因而不均匀。干法工艺为一次搅拌，因而不均匀。 2 2提升速度与喷浆速度提升速度与喷浆速度 提升搅拌速度不宜大于；提升搅拌速度不宜大于； 提提升升速速度度与与喷喷浆浆速速度度应应协协调调，以以保保证证延延桩桩身全长喷浆均匀。身全长喷浆均匀。 水泥土搅拌桩地基的施工水泥土搅拌桩地基的施工知识回忆知识回忆Knowledge Knowledge ReviewReview祝您成功！祝您成功！
