地基处理-深层搅拌桩

深层搅拌法第七章1、定义：利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂，通过特制深层搅拌机械就地在地基深部将软土和固化剂强制拌和，使软土硬结成加固体，从而提高地基强度和增大变形模量。2、用途：（1）建筑物或构筑物地基；（2）进行大面积地基加固，防止码头岸壁的滑动，基坑开挖挡土，抗隆起；（3）加固道路、桥梁；（4）地下防渗墙，阻止地下水的渗透。3、特点：（1）基本不存在挤土效应，对周围地基扰动小。（2）可根据不同的土质和工程设计要求，合理选择固化剂及配方，应用灵活。（3）施工无振动，噪音小，可在市区和建筑物密集地区施工。（4）土体加固后，重度基本不变，软弱下卧层不致产生过大附加沉降。（5）结构形式多样性：根据工程需要，选用块状、柱状、壁状、格栅状等。4、分类：分类标准类别主要特点固化剂材料种类水泥土深层搅拌法喷射水泥浆或雾状粉体石灰粉体深层搅拌法喷射雾状石灰粉体固化剂材料形态浆液喷射深层搅拌法喷射水泥浆粉体喷射深层搅拌法喷射雾状石灰粉体或水泥粉体、石灰水泥混合粉体第一节水泥土深层搅拌法一、适用条件：加固淤泥、淤泥质土和地基承载力标准值不大于120kPa的粘性土和粉土地基。二、加固机理（一）水泥的水解和水化反应（二）粘土颗粒与水泥土水化物的作用（三）碳酸化作用三、水泥土物理、力学性质四、水泥土搅拌桩地基加固设计（一）水泥的水解和水化反应水泥加固软土时，水泥颗粒表面的矿物（硅酸二钙、硅酸三钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙）很快与软土中的水发生反应，生成氢氧化钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙及含水铁酸钙等化合物2(3CaO·SiO2)+6H2O=3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2在水泥中含量最高（占总量的50%），是决定强度的主要因素。2(2CaOSiO2)+4H2O=3CaO·2SiO23H2O+Ca(OH)2在水泥中含量较高（占总量的25%），主要产生后期强度。3CaO·Al2O3+6H2O=3CaO·AL2O3·3H2O占水泥总量的10%，水化速度最快，促进早凝4CaO·Al2O3·Fe2O4+2Ca(OH)2+10H2O=3CaO·AL2O3·6H2O+3CaO·Fe2O4·6H2O占水泥总量的10%，水化速度最快，促进早强生成物溶于水中，其溶液达到饱和以后，生成物以胶体析出，形成凝胶体。将大量自由水以结晶水的形式固定。（二）粘土颗粒与水泥土水化物的作用1、离子交换和团粒化作用水泥水化生成的氢氧化钙中的Ca2+和粘土颗粒表面Na+、k+进行当量离子交换，使土颗粒分散度降低，产生聚结，形成较大团粒，土体抗剪强度提高。2、硬凝作用（三）碳酸化作用Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2OCaCO3提高水泥土的强度，但增长较慢，幅度也较小。Ca2+数量超过离子交换的需求量后，在碱性环境中，组成粘土矿物的二氧化硅与三氧化铝的一部分或大部分与Ca2+产生化学反应并逐渐生成不溶于水的稳定的铝酸钙、硅酸钙的结晶水化物。三、水泥土物理、力学性质（一）水泥土物理性质（二）水泥土的力学性能（三）水泥土的抗冻性能1、含水量2、重度3、相对密度4、渗透系数1、水泥土的破坏特征2、无侧限抗压强度及其影响因素3、抗拉强度4、抗剪强度5、变形模量、压缩系数和压缩模量（一）水泥土物理性质1、含水量水泥土在硬凝过程中，使部分自由水以结晶水的形式固定下来，所以水泥土含水量低于原状土的含水量，且随水泥掺入比aw增加而减小。2、重度掺入软土中的水泥浆重度与软土重度相近，所以水泥土的重度与天然软土的重度相差不大。故采用水泥搅拌法加固厚层软土地基时，加固部分对下卧层不致产生过大的附加沉降。3、相对密度水泥土的相对密度为3.1,稍大于一般软土的相对密度(2.65～2.75)。Dzizi-1Hiσcσz=0.2或0.1σcσc线σz线p1iΔp1iσciσziσc(i-1)σz(i-1)p1i=(σci+σc(i-1))/2Δpi=(σzi+σz(i-1))/2计算下限4、渗透系数水泥土的渗透系数与水泥掺入比和龄期有关。水泥掺入比越大，龄期越长，渗透系数越小，一般可达10-5～10-8cm/s。水泥土的物理性质水泥掺入比重度含水量相对密度孔隙比016.6361.42.7061.63516.8051.42.7081.441017.1047.62.7121.341517.1046.32.7361.342017.3044.42.7681.312517.4042.32.7811.27（二）水泥土的力学性能1、水泥土的破坏特征12303kPa1963kPa3923σ1-σ3图二脆性破坏：裂隙沿轴向发展，土体脆性破坏。水泥掺入比高，围压小图1曲线1和2，图2中曲线3图一%301wa%252wa%203wa%154wa%105wa12345水泥土的破坏与水泥掺入比aw及围压有关塑性剪切破坏：裂隙沿两个方向大量出现，形成塑性流动区，土体塑性破坏。水泥掺入比低或围压高。图1曲线4、5，图2中曲线1。水泥掺入比越高，强度越高，但延性降低。围压增高，强度越高，延性越高。脆性剪切破坏:介于两者之间图1曲线3，图2中曲线212303kPa1963kPa3923σ1-σ3图二图一%301wa%252wa%203wa%154wa%105wa123452、无侧限抗压强度及其影响因素水泥土无侧限抗压强度一般在0.3～0.4MPa之间。无侧限强度较高的水泥土（1.5～2.0MPa）表现为脆性破坏，而对无侧限抗压强度较低的水泥土表现为塑性破坏。影响无侧限抗压强度的因素（1）水泥掺入比aw指掺入土中的水泥质量与被加固软土的湿质量比值的百分数。aw越高，无侧限抗压强度越高。wauq（2）龄期龄期越长，无侧限抗压强度quuqd（3）水泥标号越高，无侧限抗压强度uq越高3.4855252.270425151.7905251.124425101.0965250.564257无侧限抗压强度MPa水泥标号水泥掺入比90cuf水泥标号对水泥土强度的影响（4）含水量%20wa随含水量的降低，无侧限抗压强度增高uq0w%301wa%252wa%203wa%154wa%105wa12345%20wa含水量和无侧限抗压强度之间有一个峰值。（5）天然地基中有机质含量增高，对水泥的水化反应阻碍作用增大，影响水泥土的固化，降低水泥土的强度。（6）外加剂早强剂：三乙醇胺、氯化钙、碳酸钠或水玻璃。减水剂：木质素磺酸钙，一般掺入量取水泥质量的0.2%。石膏有缓凝和早强的作用，加入少量石膏，有利于提高强度，减少水泥用量。（7）搅拌均匀程度tmin)10(/uuqq塑性指数越大，土的粘性越大，越难搅拌均匀；而含水量和液性指数过低，同样影响搅拌效果。3、抗拉强度水泥土的抗拉强度随水泥土的抗压强度的增加而提高。当已知水泥土的抗压强度fcu时抗拉强度cutf)25.0~15.0(一般越均匀，强度越高。在相同搅拌的条件下，土的物理力学指标中含水量、塑性指数、液性指数对水泥土的均匀性影响很大。5、变形模量、压缩系数和压缩模量水泥土的变形模量为垂直应力达到50%无侧限抗压强度时，水泥土的应力与应变比值，/50E水泥土的压缩系数为（2.0～3.5）×10-2（MPa）-1其相应的压缩模量MPaEs100~604、抗剪强度水泥土无侧限抗压强度提高，抗剪强度越高。（三）水泥土的抗冻性能自然温度不低于-150时，冰冻对水泥土损害很小，一般工程，地温不低于-100C，可进行深层搅拌桩施工。四、水泥土搅拌桩地基加固设计（一）布桩形式（可只在建筑基础范围内布桩）1、柱状：三角形或正方形布置。2、壁状：栅格状3、块状：全部加固，用于地基承载力要求高，沉降要求严格的建筑。（二）单桩承载力1、以试验资料确定，无试验资料时计算确定。取两式计算的小值淤泥可取5～8kPa，淤泥质土取8～12kPa，粘性土可取12～15kPadkR单桩竖向承载力标准值kcuf,无侧限抗压强度平均值强度折减系数，0.35～0.50sq桩周土的平均摩擦力pkcudkAfR,pppsdkqAluqR①②2、水泥土单桩设计确定桩长和水泥掺入比（1）先确定桩长桩周长pupA桩的截面积l桩长qp桩端承力标准值桩端承力折减系数，可取0.4～0.6。1）由②式计算dkR2）由①式计算求kcuf,3）由相应的kcuf,参照室内配合比试验选择合适水泥掺入比wapkcudkAfR,pppsdkqAluqR①②（2）先定水泥掺入比aw1）先定水泥掺入比aw2）再确定kcuf,3）由①式计算求dkR4）由②式计算l（三）水泥土桩复合地基承载力的确定kspdkkspfmARmf,,)1(/kspf,复合地基承载力标准值m面积换算率桩间土承载力折减系数，当桩端为软土时，可取0.5～1.0，当桩端为硬土时，可取0.1～0.4。pkcudkAfR,pppsdkqAluqR①②（四）软弱下卧层的验算zczzfppczp软弱下卧层顶面处土的自重应力zp软弱下卧层顶面处的附加应力设计值条形基础tgzbpbpz211p基础底面处附加应力值，可取kspfp,1由上式反求面积换算率m和桩数nkspdkkskspfARffm,,,/pAAmnDzizi-1Hiσcσz=0.2或0.1σcσc线σz线p1iΔp1iσciσziσc(i-1)σz(i-1)p1i=(σci+σc(i-1))/2Δpi=(σzi+σz(i-1))/2计算下限（五）沉降变形验算变形包括桩体的压缩变形S1和桩下未加固土体的压缩变形S2。0012/)(ElppS11,,)(AAAfAfpksksplfpp0p桩群顶面的平均应力0p桩群底面的附加应力p桩群底面以上的加权平均重度。pnAA1Dzizi-1Hiσcσz=0.2或0.1σcσc线σz线p1iΔp1iσciσziσc(i-1)σz(i-1)p1i=(σci+σc(i-1))/2Δpi=(σzi+σz(i-1))/2计算下限pop一、搅拌设备及性能搅拌机有：叶片式输浆中心管输浆第二节水泥土桩施工（一）SJB系列深层搅拌机：双搅拌轴中心管的水泥搅拌专用机械中心管输浆方式中，水泥浆是从两根搅拌轴间的另一中心管输出，当叶片直径在1m以下时，并不影响搅拌均匀度，而且它可适用多种固化剂（二）GZB-600型深层单轴搅拌机：叶片喷浆方式的搅拌机叶片式使水泥浆从叶片上若干个小孔喷出，使水泥浆与土体能均匀的混合，对大直径叶片和连续搅拌是合适的，但因喷孔小，易被浆液填塞，它只能使用纯水泥浆而不能采用其他固化剂，且加工制造较为复杂（三）DJB-14D型深层单轴搅拌机1、桩机定位2、预搅下沉，使搅拌机沿导向架切土下沉。3、提升喷浆搅拌4、重复上下搅拌5、完毕（一）浆液喷射深层搅拌法（二）粉体喷射搅拌法1、钻机就位2、预搅下沉3、到达设计深度4、提升搅拌喷射5、桩孔成型