1、水泥土水泥土(nt)攪拌法攪拌法第一頁，共39頁。 水泥土攪拌法加固軟土技術，具有以下獨特的優點： 水泥土攪拌法由于將固化劑和原地基軟土就地攪拌混合，因而最大限度地利用了原土； 攪拌時無振動、無噪音和無污染，可在市區內和密集建筑群中進行施工； 攪拌時不會使地基側向擠出，所以對周圍原有建筑物及地下溝管影響(yngxing)很小； 水泥土攪拌法形成的水泥土加固體，可作為豎向承載的復合地基、基坑工程圍護擋墻、基坑被動區加固、防滲帷幕、大體積水泥穩定土等，其設計靈活，可按不同地基土的性質及工程設計要求，合理選擇固化劑及其配方； 根據上部結構的需要，可靈活地采用柱狀、壁狀、格柵狀和塊狀等加固形式； 與鋼

2、筋混凝土樁基相比，可節約大量的鋼材，并降低造價。 第1頁/共39頁第二頁，共39頁。 水泥土攪拌法可用于增加軟土地基的承載能力，減少沉降量，提高邊坡的穩定性，適用于以下情況： 作為建筑物或構筑物的地基、廠房內具有地面荷載的地坪高填方路堤(ld)下基層等； 進行大面積地基加固、以防止碼頭岸壁的滑動、深基坑開挖時坍塌、坑底隆起和減少軟土中地下構筑物的沉降； 作為地下防滲墻以阻止地下滲透水流，對樁側或板樁背后的軟土加固以增加側向承載能力。第2頁/共39頁第三頁，共39頁。 2 加固機理 (1) 水泥的水解和水化反應 普通硅酸鹽水泥主要是由氧化鈣、二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵及三氧化硫等組成，由這

3、些不同的氧化物分別組成了不同的水泥礦物：硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣、硫酸鈣等。用水泥加固軟土時，水泥顆粒表面的礦物很快與軟土中的水發生水解和水化反應，生成氫氧化鈣、含水(hn shu)硅酸鈣、含水(hn shu)鋁酸鈣及含水(hn shu)鐵酸鈣等化合物。 (2) 土顆粒與水泥水化物的作用 當水泥的各種水化物生成后，有的自身繼續硬化，形成水泥石骨架；有的則與其周圍具有一定活性的粘土顆粒發生反應。第3頁/共39頁第四頁，共39頁。 離子交換和團?；饔?粘土和水結合時就表現出一種膠體特征，如土中含量最多的氧化硅遇水后，形成硅酸膠體微粒，其表面帶有鈉離子Na或鉀離子K，它們(t me

4、n)能和水泥水化生成的氫氧化鈣中鈣離子ca2進行當量吸附交換，使較小的土顆粒形成較大的土團粒，從而使土體強度提高。 硬凝反應 隨著水泥水化反應的深入，溶液中析出大量的鈣離子，當其數量超過離子交換的需要量后，在堿性環境中，能使組成粘土礦物的二氧化硅及三氧化二鋁的部分或大部分與鈣離子進行化學反應，逐漸生成不溶于水的穩定結晶化合物，增大了水泥土的強度 。第4頁/共39頁第五頁，共39頁。 (3) 碳酸化作用 水泥水化物中游離的氫氧化鈣能吸收水中和空氣中的二氧化碳，發生碳酸化反應，生成不溶于水的碳酸鈣，這種反應也能使水泥土增加強度，但增長的速度較慢，幅度也較小。 由于攪拌機械的切削攪拌作用，實際上不可

5、避免地會留下一些未被粉碎的大小土團。在拌入水泥后將出現水泥漿包裹土團的現象，而土團間的大孔隙基本上已被水泥顆粒填滿(tin mn)。所以，加固后的水泥土中形成一些水泥較多的微區，而在大小土團內部則沒有水泥。只有經過較長的時間，土團內的土顆粒在水泥水解產物滲透作用下，才逐漸改變其性質。因此在水泥土中不可避免地會產生強度較大和水穩性較好的水泥石區和強度較低的土塊區?？梢?，攪拌越充分，土塊被粉碎得越小，水泥分布到土中越均勻，則水泥土結構強度的離散性越小，其宏觀的總體強度也越高。第5頁/共39頁第六頁，共39頁。 3. 水泥土的物理力學特性(txng) (1) 水泥土的物理性質 含水量 水泥土在硬凝過

6、程中，由于水泥水化等反應，使部分自由水以結晶水的形式固定下來，故水泥土的含水量略低于原土樣的含水量，水泥土含水量比原土樣含水量減少0.57.，且隨著水泥摻入比的增加而減小。 重度 由于拌入軟土中的水泥漿的重度與軟土的重度相近，所以水泥土的重度與天然軟土的重度相差不大，水泥土的重度僅比天然軟土重度增如0.53.0，所以采用水泥土攪拌法加固厚層軟土地基時，其加固部分對于下部未加固部分不致產生過大的附加荷重，也不會產生較大的附加沉降。第6頁/共39頁第七頁，共39頁。 相對密度(md) 由于水泥的相對密度(md)為3.1，比一般軟土的相對密度(md)2.652.75要大，故水泥土的相對密度(md)比

7、天然軟土的相對密度(md)稍大。水泥土相對密度(md)比天然軟土的相對密度(md)增加0.72.5。 滲透系數 水泥土的滲透性隨水泥摻入比的增大和養護齡期的增長而減小，一般可達10-810-5cm/s數量級。水泥加固淤泥質粘土能減小原天然土層的水平向滲透系，這對深基坑施工是有利的，可以利用它作為防滲帷幕。第7頁/共39頁第八頁，共39頁。 (2) 水泥土的力學性質 無側限抗壓強度及其影響因素。 水泥土的無側限抗壓強度一般為3004000kPa，即比天然軟土大幾十倍至數百倍。其變形特征隨強度不同而介于(ji y)脆性體與彈塑性體之間。 a. 水泥摻入比aw 水泥土的強度隨著水泥摻入比的增加而增大

8、(見圖7-14)，當aw5時由于水泥與土的反應過弱，水泥土固化程度低，強度離散性也較大，故在深層攪拌法的實際施工中，選用的水泥摻入比以大于5為宜。第8頁/共39頁第九頁，共39頁。第9頁/共39頁第十頁，共39頁。 b. 齡期對強度的影響 水泥土強度隨著齡期的增長而增大，在齡期超過28天后，強度仍有明顯增長(見圖7-15)。為了(wi le)降低造價，對承重攪拌樁試塊國內外都取90d齡期為標準齡期。對起支擋作用承受水平荷載的攪拌樁，為了(wi le)縮短養護期，水泥土的強度標準取28d齡期為標準齡期。 第10頁/共39頁第十一頁，共39頁。 在其他條件相同(xin tn)時，不同齡期的水泥土抗

9、壓強度間大致呈線性關系，其經驗關系如下：82cu7cu)63. 047. 0(ff82cu41cu)80. 062. 0(ff82cu06cu)46. 115. 1 (ff82cu09cu)80. 143. 1 (ff7cu09cu)73. 337. 2(ff41cu09cu)82. 273. 1 (ff第11頁/共39頁第十二頁，共39頁。 c. 水泥強度等級(dngj)對強度的影響 水泥強度等級(dngj)直接影響水泥土的強度，水泥強度等級(dngj)提高10級，水泥土強度fcu約增大2030。 d. 土樣含水量對強度的影響 當水泥土的配比相同時，其強度隨著土樣含水量的降低而增大。試驗表明

10、，當土的含水量在5085范圍內變化時，含水量每降低10，水泥土強度可提高30。 e. 土樣中有機質含量對強度的影響 有機質含量少的水泥土強度比有機質含量高的水泥土強度高得多。由于有機質使土壤具有較大的水容量和塑性，較大的膨脹性和低滲透性，并使土壤具有酸性，這些因素都阻礙水泥水化反應的進行。第12頁/共39頁第十三頁，共39頁。 f. 外摻劑對強度(qingd)的影響 不同的外摻劑對水泥土強度(qingd)有著不同的影響，例如，木質素磺酸鈣對水泥土強度(qingd)增長影響不大，主要起減水作用；石膏、三乙醇胺對水泥土強度(qingd)有增強作用，而其增強效果對不同土樣和不同水泥摻入比又有所不同，

11、所以選擇合適的外摻劑可以提高水泥土強度(qingd)或節省水泥用量；當摻入與水泥等量的粉煤灰后，水泥土強度(qingd)可提高10，因此采用水泥土攪拌法加固軟土時摻入粉煤灰，不僅可消耗工業廢料，水泥土強度(qingd)還有所提高。第13頁/共39頁第十四頁，共39頁。 抗拉強度 水泥土的抗拉強度隨抗壓強度的增長(zngzhng)而提高，但遠較抗壓強度低，部分試驗結果如表7-3所示。抗拉強度約為抗壓強度的1/101/15，與混凝土的抗拉/抗壓強度之比值相近。 抗剪強度 用高壓三軸儀進行剪切試驗表明：水泥土的抗剪強度隨抗壓強度的增加而提高。 變形模量 當垂直應力達到50%無側限抗壓強度時，水泥土的

12、應力與應變的比值，稱之為水泥土的變形模量E50。第14頁/共39頁第十五頁，共39頁。 壓縮系數和壓縮模量 水泥土試件的壓縮系數a1-2約為(2.03.5)10-5kPa-1。，其相應的壓縮模量E=(60100)MPa。 水泥土的抗凍性能 水泥土試塊經長期冰凍后的強度與冰凍前的強度相比幾乎沒有增長。但恢復正溫后其強度能繼續提高，凍后正常養護90天的強度與標準強度非常接近，抗凍系數達0.9以上。 在自然溫度不低于-15的條件下，凍脹對水泥土結構損害甚微。在負溫時，由于水泥與粘土之間的反應減弱，水泥土強度增長緩慢；恢復正溫后隨著水泥水化等反應的繼續深入，水泥土的強度可接近標準強度。因此只要地溫不低

13、于-10，就可以進行水泥土攪拌法的冬季(dngj)施工。第15頁/共39頁第十六頁，共39頁。 4. 設計計算 水泥土攪拌樁設計前的一般要求 勘察要求 確定處理方案前應搜集擬處理區域內詳盡的巖土工程資料。尤其是填土層的厚度和組成；軟土層的分布范圍、分層情況；地下水位及pH值；土的含水量、塑性指數和有機質含量等。 試驗要求 設計前還應進行擬處理土的室內配比試驗。針對現場(xinchng)擬處理的最弱層軟土的性質，選擇合適的固化劑、外摻劑及其摻量，為設計提供各種齡期、各種配比的強度參數。 對豎向承載的水泥土強度宜取90d齡期試塊的立方體抗壓強度平均值；對承受水平荷載水泥土樁強度宜取28d齡期試塊的

14、立方體抗壓強度平均值。第16頁/共39頁第十七頁，共39頁。 加固形式選擇 攪拌樁可布置成柱狀、壁狀和塊狀三種形式。 a. 柱狀：每間隔一定距離打設一根攪拌樁，即成為柱狀加固形式。適合于單層工業廠房獨立柱基礎或多層房屋條形基礎下的地基加固。 b. 壁狀：將相鄰攪拌樁部分重疊搭接成壁狀加固形式。適用于基坑開挖時邊坡加固以及建筑物長高比較大、剛度較小、對不均勻沉降比較敏感的多層磚混結構房屋條形基礎的地基加固。 c. 塊狀：對上部結構單位面積荷載大、對不均勻下沉控制嚴格的構筑物地基進行加固時可采用這種布樁形式。它是縱、橫兩個相鄰樁搭接而形成的。如在軟土地區(dq)開挖基坑時，為防止坑底隆起也可采用塊

15、狀加固形式。第17頁/共39頁第十八頁，共39頁。 (2) 柱狀水泥土攪拌樁復合地基的設計計算 固化劑 固化劑宜選用強度等級為32.5級及以上的普通硅酸鹽水泥。水泥摻量除塊狀加固(ji )時可用被加固(ji )濕土質量的712外，其余宜為1220。濕法的水泥漿水灰比可選用0.450.55。外摻劑可根據工程需要和土質條件選用具有早強、緩凝、減水以及節省水泥等作用的材料，但應避免污染環境。 樁長 水泥土攪拌樁的設計，主要是確定攪拌樁的置換率和長度。豎向承載攪拌樁的長度應根據上部結構對承載力和變形的要求確定，并宜穿透軟弱土層到達承載力相對較高的土層。為提高抗滑穩定性而設置的攪拌樁，其樁長應超過危險滑

16、弧以下2m。濕法的加固(ji )深度不宜大于20m，干法的加固(ji )深度不宜大于15m。第18頁/共39頁第十九頁，共39頁。 樁徑 水泥土攪拌樁的樁徑不應小于500mm。 豎向承載水泥土攪拌樁復合地基承載力特征值 豎向承載水泥土攪拌樁復合地基的承載力特征值應通過現場單樁或多樁復合地基荷載試驗確定(qudng)。在初步設計時，也可按下式估算：skpaspk)1 (fmARmfpp1ispaAqlquRniipcuAfRa第19頁/共39頁第二十頁，共39頁。 墊層 豎向承載攪拌樁復合地基應在基礎和樁之間設置200300mm厚褥墊層，其材料可選用中砂、粗砂、級配砂石等，最大粒徑不宜大于20m

17、m。 樁位布置 豎向承載攪拌樁的平面布置可根據上部結構特點及對地基承載力和變形的要求，采用柱狀、壁狀、格柵狀或塊狀等加固型式。樁可只在基礎平面范圍(fnwi)內布置，獨立基礎下的樁數不宜少于3根。柱狀加固可采用正方形、等邊三角形等布樁型式。第20頁/共39頁第二十一頁，共39頁。 沉降計算 水泥土攪拌樁復合地基的變形(bin xng)s包括復合土層的平均壓縮變形(bin xng)s1與樁端下未加固土層的壓縮變形(bin xng)s2： 復合土層壓縮變形(bin xng)s1可按下式計算： spz1z12)(Elppsspsp)1 (EmmEE第21頁/共39頁第二十二頁，共39頁。例7-2 某

18、軟土地基(dj)fak=70kPa，采用攪拌樁處理地基(dj)，樁徑0.5m，樁長10m，等邊三角形布樁，樁距1.5m，樁周摩阻力特征值qs=15kPa，樁端阻力特征值qp=60kPa，水泥土無側限抗壓強度fcu=1.5MPa ，試求復合地基(dj)承載力特征值（=0.3，=0.5，=0.85）。例7-3 某廠房地基(dj)為淤泥，采用攪拌樁加固，攪拌樁復合土層頂面和底面附加壓力分別為80kPa和15kPa，土的Es=2.5MPa ，樁體Ep=90MPa ，樁直徑為0.5m，樁間距為1.2m，正三角形布置，試計算攪拌樁復合土層的壓縮變形。第22頁/共39頁第二十三頁，共39頁。 (3) 壁狀水

19、泥土攪拌樁的設計計算 壁狀加固體是由相鄰攪拌樁搭接而成，采用這種形式形成的水泥土擋墻可用于防止碼頭滑動、保護深基坑邊坡的穩定等工程中。 水泥土擋墻計算主要包括抗滑移穩定性驗算(yn sun)、抗傾覆穩定性驗算(yn sun)、整體穩定性驗算(yn sun)、抗滲驗算(yn sun)、抗隆起驗算(yn sun)等內容。第23頁/共39頁第二十四頁，共39頁。 土壓力(yl)計算 墻后主動土壓力(yl)計算： 墻前被動土壓力(yl)計算： 抗傾覆驗算 水泥土擋墻抗傾覆穩定性按下式驗算： 2aa2a22)21(ckcHkqHHEphp2hp221khckhE5 . 121aappqhEBWhEK第2

20、4頁/共39頁第二十五頁，共39頁。 整體穩定性驗算 水泥土擋墻與地基整體滑動時，一般按通過墻底的圓弧滑動面驗算。當墻底以下有軟弱夾層時，按實際可能發生的非圓弧滑動面驗算。計算(j sun)時采用圓弧滑動簡單條分法確定，整體穩定安全系數采用總應力法計算(j sun)： 25. 1sin)(tancos)(111niiiiininiiiiiiiiWbqWbqlcK第25頁/共39頁第二十六頁，共39頁。 抗滲流(shn li)穩定性驗算 當地下水從基底以下向基坑內滲流(shn li)時，若其水力坡降大于滲流(shn li)出口處土顆粒的臨界水力坡降，將產生基底滲流(shn li)失穩現象。 當上

21、部為不透水層，坑底下某深度處有承壓水層（圖7-17）時，基坑底抗滲流(shn li)穩定性可按下式驗算： 1 . 1)(wmsPthK第26頁/共39頁第二十七頁，共39頁。 抗隆起(ln q)穩定性驗算第27頁/共39頁第二十八頁，共39頁。 在軟弱的粘土層內，由于基坑開挖卸載作用，導致墻后土體及基坑土體向基坑內移動，促使坑底向上隆起，出現塑性流動(lidng)和涌土現象。因此，應驗算坑底土抗隆起穩定性。支護樁、墻端以下土體向上隆起，可按下式計算（圖7-18）：6 . 11q2c隆qHhNcNKtan2q)245(taneNcot) 1(qc NN第28頁/共39頁第二十九頁，共39頁。 5

22、. 施工方法 (1) 施工機具 深層攪拌機械按固化劑的狀態不同分為漿液深層攪拌機和粉體噴射深層攪拌機，根據攪拌軸數分為單軸和多軸深層攪拌機。 (2) 施工前準備 場地準備 水泥土攪拌法施工現場事先應予平整(pngzhng)，必須清除地上和地下的障礙物。 工藝性試樁 水泥土攪拌樁施工前應根據設計進行工藝性試樁，數量不得少于2根。 第29頁/共39頁第三十頁，共39頁。 設備檢查調試 1) 漿液(jingy)深層攪拌施工前應確定灰漿泵輸漿量、灰漿經輸漿管到達攪拌機噴漿口的時間和起吊設備提升速度等施工參數，并根據設計要求通過工藝性成樁試驗確定施工工藝。 2) 噴粉施工前應仔細檢查攪拌機械、供粉泵、送

23、氣(粉)管路、接頭和閥門的密封性、可靠性。運氣(粉)管路的長度不宜大于60m。第30頁/共39頁第三十一頁，共39頁。 (3) 施工步驟 水泥土攪拌法的施工步驟由于濕法和干法的施工設備不同而略有(l yu)差異。其主要步驟應為： 攪拌機械就位、調平，施工中應保持攪拌機底盤的水平和導向架的豎直，攪拌樁的垂直度偏差不得超過1，樁位的偏差不得大于50mm，成樁直徑和樁長不得小于設計值。 預攪下沉至設計加固深度； 邊噴漿(粉)、邊攪拌提升直至預定的停漿(灰)面； 重復攪拌下沉至設計加固深度； 根據設計要求，噴漿(粉)或僅攪拌提升直至預定的停漿(灰)面； 關閉攪拌機械。 在預(復)攪下沉時，也可采用噴漿(粉)的施工工藝，但必須確