水泥土搅拌桩

1、 水泥土搅拌桩o概述概述o加固机理加固机理o水泥土水泥土搅拌桩搅拌桩的应用的应用o水泥土搅拌桩的设计水泥土搅拌桩的设计o水泥土搅拌桩的施工水泥土搅拌桩的施工o水泥土搅拌桩的验收水泥土搅拌桩的验收1. .水泥上搅拌法的概念水泥上搅拌法的概念o 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）等材料作为固化剂通过种方法，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（浆液或粉体）强特制的搅拌机械，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件、水稳性和一定强度的制搅拌，

2、使软土硬结成具有整体件、水稳性和一定强度的水泥加固土水泥加固土水泥土水泥土，从而提高地基土强度和增大变模。，从而提高地基土强度和增大变模。o 根据固化剂掺入状态的不同，它可分为根据固化剂掺入状态的不同，它可分为浆液搅拌浆液搅拌法（湿法）法（湿法）和和粉体搅拌粉体搅拌法（干法）法（干法）两种。前者是用浆液和地基土搅拌，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。后者是用粉体或石灰和地基土搅拌。2 2. .适用条件适用条件o 水泥土搅拌法适用于处理正常固结的水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥淤泥与与淤泥质土淤泥质土、粉粉土土、饱和黄土饱和黄土、素填土素填土、粘性土粘性土以及无

3、流动地下水的以及无流动地下水的饱和饱和松散砂土松散砂土等地基。等地基。o 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时不宜采用干法。时不宜采用干法。o 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。o 湿法的加固深度不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水泥土搅拌桩的桩径在在JGJ79-2012JGJ79-2012中没有明确规定，在中没有明确规定，在JGJ79-2002

4、JGJ79-2002中水泥土搅拌桩桩径中水泥土搅拌桩桩径不应小于不应小于500mm500mm。3.水泥土搅拌法加固软土其独特优点o最大限度地利用了原土；o搅拌时施工，对原有建筑物影响很小；o根据地基土的不同性质和工程要求，可以合理选择固化剂的类型及其配方，设计灵活；o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；o加固后土体的重度基本不变，不会产生附加沉降；o与钢筋混凝土桩基相比，降低成本的幅度较大；o可根据上部结构的需要，灵活地采用柱状、壁状、格栅状和块状等加固型式。（一）水泥的水解和水化反应 水泥遇水后，其颗粒表面的矿物很快与水发生水解和水化反应，生成氢氧化钙、含水硅酸钙、含

5、水铝酸钙及含水铁酸钙等化合物。其中前二种化合物溶于水，使水泥颗粒表面暴露出来，再与水作用，逐渐使溶液达到饱和，新生成物便以胶体析出，悬浮于溶液形成凝胶体。（二）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化硅与水形成硅酸胶体，其表面带有Na+或K+，和水泥水化生成的氢氧化钙中的Ca2+进行当量吸附交换。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表面能，可使较大的土粒进一步联合，形成水泥土团粒结构，并封闭各土团的空隙，形成坚固的联结，从而使土体强度提高。（三）硬凝反应 随着水泥水化反应的深入，深液中析出大量的Ca2+，当其数量超过离子交换需要量后，则在碱性环境

6、中，与组成粘土矿物的二氧化硅和三氧化二铝的一部分或大部分进行化学反应： 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。（四）碳酸化作用 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，发生碳酸化反应： 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。 水泥和软土搅拌越充分，混合越均匀，则水泥土强度的离散性越小，宏观的总体强度也越高。（五五）、影响水泥土的无侧限抗压强度的因素）、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：o水泥掺入比o龄期o水泥标号o含水量o有机质含量o外掺剂o7. 施工工艺的影响1.8. 养护

7、条件等水泥土的强度随着水泥掺入比的增加而增大，当 5%时，由于水泥与土的反应过弱，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，选用的水泥掺入比必须大于7%。aw 水泥土的强度随着龄期的增长而提高，一般在龄期超过28d后仍有明显增长，根据试验结果的回归分析, 得到在其它条件相同时，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，这些关系式如下: 水泥土的强度随水泥标号的提高而增加。水泥标号提高100号，水泥土的强度fcu约增大(5090)%。如要求达到相同强度，水泥标号提高100号，可降低水泥掺入比(23)%。 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

8、含水量从157%降低至47%时，无侧限抗压强度则从260kPa增加到2320kPa。一般情况下，土样含水量每降低10，则强度可增加(1050)%，有试验表明当土样含水量在50%-80%范围内变化时，含水量每降低10%，水泥土强度可提高30%左右 对粉喷桩而言，土中含水量对水泥土强度的影响不等同于浆液搅拌，当土中含水量过低时，水泥水化不充分，水泥土强度反而降低fcu 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。由于有机质使土体具有较大的水溶性和塑性，较大的膨胀性和低渗透性，并使土具有酸性，这些因素都阻碍水泥水化反应的进行。因此，有机质含量高的软土，单纯用水泥加固的效果较差。 不同的

9、外掺剂对水泥土强度有着不同的影响。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。石膏、三乙醇胺对水泥土强度有增强作用，而其增强效果对不同土样和不同水泥掺入比又有所不同，所以选择合适的外掺剂可提高水泥土强度和节约水泥用量。 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。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10%，故在加固软土时掺入粉煤灰，不仅可消耗工业废料，还可稍微提高水泥土的强度。 7.施工工艺对强度的影响 1）同一种土中，固化剂掺入量相同，采用复搅的办法可明显提高桩体强度 2）在含水量很小的松散填土中，搅拌时块状土不能破碎，造成桩

10、体松散，采用注水后上下多次复搅，可保证桩体强度 3）塑形指数大于25的黏性很大的黏性土中，可能出现搅拌头上形成土团，随搅拌头转动，搅拌不匀，复搅也不能奏效 4）当搅拌深度超过15-18米后，固化料喷入困难，搅拌不匀，影响桩体强度 养护方法对水泥土的强度影响主要表现在养护环境的湿度和温度。 国内外试验资料都说明，养护方法对短龄期水泥土强度的影响很大，随着时间的增长，不同养护方法下的水泥土无侧限抗压强度趋于一致，说明养护方法对水泥土后期强度的影响较小。 重力式支护结构；止水帷幕重力式支护结构；止水帷幕 提高地基强度；控制沉降；防止液化提高地基强度；控制沉降；防止液化支护结构支护结构水泥土墙水泥土墙

11、止水帷幕 四、水泥土搅拌桩地基的设计1.1.设计原理设计原理2 2. .复合地基承载力复合地基承载力的计算的计算 3 3. .单桩容许单桩容许承载力承载力的计算的计算1. 1.桩土共同承载桩土共同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）2. 2.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o 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，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，因此在设计时可仅在上部结构基础范围内布桩，不

12、必像柔性桩一样需在基础外设置护桩。 (二）、复合地基的设计计算 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： SPaSPfmARmf)1 ( 式中：式中： 复合地基容许承载力复合地基容许承载力(kPa)(kPa)； 桩间天然地基土容许承载力桩间天然地基土容许承载力(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 取取0.5-1.00.5-1.0；当桩端为硬土时，可取；当桩端为硬土时，可取0.

13、1-0.40.1-0.4。 RaRa单桩竖向承载力特征值（单桩竖向承载力特征值（kN)kN) ApAp桩的截面积（）桩的截面积（）SPfSfm 面积置换率： 复合地基中，一根桩和它所承担的桩间土体为一复合土体单元。在这一复合土体单元中，桩的断面面积和复合土体单元面积之比，称为面积置换率桩间距越小，其置换率越大，沉降量越小；桩径越大，置换率越高，沉降量也越小。 m=d/ded-桩的直径de-一根桩分担的处理地基面积等效圆的直径正三角形布桩de=1.05s正方形布桩de=1.13s矩形布桩de=1.13s1*s2s,s1,s2分别为桩间距，横向桩间距，纵向桩间距 （三）、单桩容许承载力特征值的计算

14、 加固后搅拌桩单桩竖向单桩承载力特征值应通过现场载荷试验确定，也可按下式估算:（7.1.5-3）式中：up桩的周长（m）； qsi桩周第 i 层土的侧阻力特征值，应按地区经验确定； lpi桩长范围内第 i 层土的厚度（m）； p桩端端阻力发挥系数，应按地区经验确定； qp桩端土端阻力特征值（kPa），可按地区经验确定。五五、水泥土搅拌桩的施工、水泥土搅拌桩的施工 1、定位放线：1.1放线仪器：水准仪、全站仪、钢卷尺（50m）1.2 放线工艺：1.2.1 测量定位前对该建筑范围进行场地平整。1.2.2 高程引测：采用水准仪引测水准点抄平标高。1.2.3工程定位放线：采用全站仪及钢尺依据测量控制桩

15、点引测坐标值，将工程特征点精确定位，用木橛定好桩位并使用白灰做标识，以便于施打。1.2.4 控制点引测完毕后进行固定并妥善保护，确保在施工过程中控制桩不被磕碰，在施工过程中要经常对控制桩进行校核，当发现移动现象要经过技术人员复核确定桩位。oo 2、搅拌桩施工2.1施工工艺流程a-桩机就位;b-钻进喷浆搅拌;c-提升搅拌;d-重复钻进喷浆搅拌;e-重复提升搅拌;f-成桩完毕。(a)桩机就位。搅拌桩机及配套设备安装就位，移动调平主机，保证搅拌桩机的水平度和导向架的垂直度，钻头对准孔位；(b) 钻进喷浆搅拌。启动搅拌桩机，钻头正向旋转，实施钻进作业；为了防止堵塞钻头上的喷射口，钻进过程中适当喷浆,同

16、时可减小负载扭矩，确保顺利钻进。施工过程进行全过程记录，包括搅拌次数、提升/下沉速度、喷浆速度、成桩时间等参数。钻进喷浆成桩到设计桩长后，原地喷浆半分钟，再反转匀速提升；(c) 提升喷浆搅拌。搅拌头自桩底反转匀速搅拌提升直到桩顶高程；(d)重复钻进喷浆搅拌；(e)重复提升搅拌； (f)成桩完毕。当钻头提升至高出设计桩顶30-50cm时，停止喷浆，至此制桩完成。移机至另一桩位施工。在复合地基深层搅拌施工中应注意以下事项：1水泥土搅拌桩施工现场施工前应予以平整，清楚地上和地下的障碍物。2水泥土搅拌桩应根据试桩确定的施工参数进行施工。3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

17、速度应相互匹配，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。4拌制好的水泥浆液不得发生离析，泵送必须连续。搅拌浆的罐数、固化剂的用量以及泵送输送的时间等应记录；搅拌机喷浆提升的速度和次数必须符合施工工艺的要求，并有专人记录；当浆液到达出浆口后，喷浆搅拌30s，使水泥浆与桩端土充分搅拌后开始提升；5搅拌桩机喷浆时应连续供浆，上提喷浆时因故停浆，须立即通知操作者。此时为防止断桩，应将搅拌桩机下沉至停浆位置以下0.5m（如采用下沉搅拌送浆工艺时则应提升0.5m），待恢复供浆时再喷浆施工。因故停机超过3h，应拆卸输浆管，彻底清洗管路；6当喷浆口被提升到桩顶设计标高时，停止提升，搅拌30秒

18、，以保证桩头均匀密实；7施工时，停浆面应高出桩顶设计标高0.5m，开挖时再将超出桩顶标高部分凿除；8应做好每一根桩的施工记录。9施工中，应保持搅拌机底盘的水平和导向架的竖直，搅拌桩的垂直度允许偏差和桩位偏差应满足规定，成桩直径和桩长不得小于设计值。o 对于深度不大的水泥土搅拌桩，有约45的注入体积会通过上浮隆起的土体损失掉，大约5的注入体积通过裂缝渗入到周围土体中，大约50的注入体积会转化为桩直径，使桩体膨胀5-10，即实际桩径比搅拌叶片的名义直径大5-10。 施工检验标准六、水泥土搅拌桩的验收六、水泥土搅拌桩的验收水泥土搅拌桩复合地基质量检验应符合下列规定：1.施工过程中应随时检查施工记录和计量记录2.水泥土搅拌桩的施工质量检验可采用下列办法： 1）成桩3d内，采用轻型动力触探（N10）检查上部桩身的均匀性，检验数量为施工总桩数的1，且不少于3根 2）成桩7天后，采用浅部开挖桩头进行检查，开挖深度宜超过停浆面下0.5m,检查搅拌的均匀性，量测成桩直径，检验数量不少于总桩数的53.静载荷试验宜在成桩28d后进行。水泥土搅拌桩复合地基承载力检验应采用复合地基静载荷试验和单桩静载荷试验，验收检验数量不少于总桩数的1，复合地基静载荷试验数量不少于3台。4.对变形有严格要求的工程，应在成桩28天后进行，采用双管单动取样器钻取芯样做水泥土抗压强度检验，检验数量为施工总桩数的0.5，且