第12章--夯实水泥土桩法

地基处理GroundTreatment重庆交通大学河海学院吴文雪第12章夯实水泥土桩法Chapter12RammedSoil-CementColumn12.1概述12.1Introduction利用机械成孔(挤土或非挤土)或人工挖孔,然后将水泥和土按设计的比例拌和均匀,在孔内夯实至设计要求的密实度而形成的加固体与桩间土组成复合地基的地基处理方法,称为夯实水泥土桩法。夯实水泥土桩法是中国建筑科学研究院地基基础研究所在北京等地旧城区危改小区工程中,为了解决施工场地条件限制和满足住宅产业化的需要而开发出的一种施工周期短、造价低、施工文明、质量容易控制的地基处理方法。该技术经过大量的室内试验、原位试验和工程实践,已日趋完善。目前夯实水泥土桩法已在北京、河北等地1200多项工程中应用,产生了巨大的经济效益和社会效益。夯实水泥土桩法适用于处理地下水位以上的粉土、素填土、杂填土、粘性土等地基。处理深度不宜超过10m。夯实水泥土桩的技术特点（1）夯实水泥土桩成孔机具简便多样。（2）成桩材料来源广、成本低。（3）有利于环保、无污染。（4）适用土层广泛。（5）质量容易控制。（6）承载力高，变形小。夯实水泥土桩和水泥土搅拌桩的区别：夯实水泥土桩是将水泥和土在孔外拌合后再分层填入孔内，夯实成桩。水泥土搅拌桩则是采用特制的搅拌机械将水泥浆（粉）喷入地基土中后与土体搅拌而形成桩体。两者的主要区别有3点：1、桩体材料形成不同：由于夯实水泥土桩的桩体材料是将水泥和土在孔外充分拌合，因此，桩体在桩长范围内是基本均匀的，桩体强度不受场地土岩性变化的影响，夯实水泥土桩的现场强度和相同水泥参量的室内试样强度，在夯填密实度相同的条件下是相等的。而水泥土搅拌桩则会由于机械以及土质的变化，导致桩身强度一般是不均匀的，与现场各土层的含水量、土的类型密切相关。2、强度来源不同：由于夯实水泥土桩是将孔外拌合均匀的水泥土混合料回填桩孔内并强力夯实，桩体强度与天然土体强度相比有一个很大的的增量，这一增量既有水泥的胶结强度，又有水泥土密度增加产生的密实强度。而搅拌桩的桩体密度在搅拌后增加很少，桩体强度主要取决于水泥的胶结作用。3、土材料来源不同：由于夯实水泥土中选用的土料是工程性质较好的土，而形成水泥土搅拌桩的原位土体通常含水量高，强度低的不良工程性质的软土，所以。即使采用相同的水泥掺量，夯实水泥土桩的桩体强度要比水泥土搅拌桩的桩体强度要高出很多。1、夯实水泥土桩的化学作用机理（1）水泥土的固化原理与水泥拌合的土料不同，固化机理也不相同。砂土：夯实水泥土的固化机理类似于建筑上的水泥砂浆，具有较高的强度，其固化时间相对较短。粘土及粉土：由于水泥掺入比有限，而且土料中的粘粒和粉粒具有很大的比表面积并含有一定的活性物质，所以水泥的固化速度比较缓慢，固化机理也比较复杂。12.2作用机理（2）水泥的水解水化反应。水泥与拌合料中的水分充分接触，发生水解水化反应，生成氢氧化钙、水化硅酸钙、水化铝酸钙及水化铁酸钙等水泥水化物。这些水化物形成胶体，进一步凝结硬化成水化物晶体。析出的凝胶粒子有的自身相互凝结硬化而形成水泥石骨架。有的则与周围具有一定活性的土料中的粘粒和粉粒发生反应。（3）水泥水化物与土颗粒的作用①水泥土的离子交换和团粒化作用②水泥土的凝硬反应2、夯实水泥土桩的物理作用机理夯实水泥土桩的强度组成：（1）水泥胶结体的强度（2）夯实后因密度增加而提高的强度12.3设计(Design)1桩长应根据土质情况、工程要求和成孔设备等因素确定。采用洛阳铲成孔工艺时，深度不宜超过6m。当相对硬层的埋藏深度不大时，应按相对硬层埋藏深度确定。当相对硬层的埋藏深度较大时,应按建筑物地基的变形允许值确定,即当存在软弱下卧层时,应验算其变形,按允许变形控制设计。2桩径桩孔直径宜为300～600mm，常用的桩径为350～400mm。可根据设计及所选用的成孔方法确定。选用的夯锤应与桩径相适应3桩距桩距宜为2～4倍桩径。4布桩范围夯实水泥土桩可只在基础范围内布桩。5垫层褥垫层厚100～300mm，可采用中砂、粗砂或碎石等，最大粒径不宜大于20mm。6承载力复合地基承载力特征值应按现场复合地基载荷试验确定。初步设计时也可按第11章水泥土搅拌法的公式估算，其中桩间土的承载力折减系数β可取0.9～1.0。7桩身材料桩孔内夯填的混合料配合比应按工程要求、土料性质及采用的水泥品种，由配合比试验确定，并满足下式要求：式中fcu—桩体混合料试块（边长150mm立方体）标准养护28d立方体抗压强度平均值（kPa）。pacuARf31.施工准备(1)现场取土,确定原位土的土质及含水量是否适宜作水泥土桩的混合料。(2)调查有无廉价的工业废渣(如粉煤灰、炉渣等)可供使用。(3)根据设计选用的成孔方法做现场成孔试验。确定成孔的可行性,事前发现问题,研究对策。12.3施工(Construction)2.桩材制备(1)一般采用32.5级水泥,使用前应做强度及稳定性试验。必须采用现场土料和施工采用的水泥品种及标号进行混合料配合比设计。(2)掺合料确定后,进行室内配合比试验,用击实试验确定掺合料的最佳含水量。一般工程可采用水泥∶混合料=1∶6(体积比)的比例试配。(3)混和料含水量应满足土料的最优含水量wop,允许偏差不大于±2%。(4)现场使用时,待成孔已经完成或接近完成,用强制式混凝土拌合机或人工进行拌合,拌合操作标准参照混凝土的拌合要求3、施工机具设备成孔施工应优先选用机械成孔，如螺旋钻、冲击、沉管等方法。在场地狭窄、桩孔深度不大，桩数较少或不具备机械施工条件时，可采用人工洛阳铲施工4、成孔1.）人工挖孔法夯实水泥土桩按复合地基设计时,桩径通常为300～400mm,可采用特制的洛阳铲人工成孔,其构造与使用方法可见第10章石灰桩的施工。如持力层强度高,按大直径桩或深基础施工时,桩径为800～1000mm,底部尚可扩孔,此时,可采用人工挖孔桩的办法成孔。其工艺流程为:人工挖孔至设计深度—清孔及检查—孔底夯实—拌合水泥土—将水泥土逐层灌入孔内,逐层夯实直至设计桩顶标高以上0.2m—素土封顶。2.）机械成孔施工法机械成孔分为挤土和排土成孔,当被加固土体密度较大或挤密性差时,宜选用排土成孔,如螺旋钻、长螺杆钻机、机动洛阳铲、大锅(蜗)锥等成孔方法。当土的挤密性较好时,宜选用挤土成孔工艺,如沉管法、干振法、“法兰克”法等。沉管法施工类似石灰桩管外投料施工法,利用桩管反插压实;干振法采用干振碎石桩的干振成孔器成孔,投入水泥土加以振实;“法兰克”法采用套管内击式碎石桩的施工方法。5、夯填夯填桩孔时,宜选用机械夯实。大孔径水泥土桩的夯实,可采用灰土井桩的夯实机。分段夯填时,夯锤的落距和填料厚度应根据现场试验确定,混合料的压实系数λc不应小于0.93。相同水泥掺量下,桩体密实度是决定桩体强度的主要因素,当λc≥0.93时,桩体强度约为最大密度下桩体强度的50%～60%。若采用人工夯实,夯重25kg左右,详见第10章石灰桩的施工。孔内水泥土每层虚铺30cm左右,先用小落距轻夯3～5次,然后重夯不少于8次,夯锤落距不小于60cm。（1）施工过程中对成桩质量的抽检数量不应少于总桩数的2％。对一般工程，可检查桩的干密度和施工记录。（2）竣工验收时，承载力检验应采用单桩复合地基载荷试验。对重要或大型工程，尚应进行多桩复合地基载荷试验。12.4质量检验12.4QualityVerificationTest（3）夯实水泥土桩地基检验数量应为总桩数的0.5％～1％，且每个单体工程不应少于3点。（4）夯实水泥土桩复合地基的载荷试验沉降比，对以卵石、圆砾、密实粗中砂为主的地基可取0.008，对以粘性土、粉土为主的地基可取0.01。