水泥土搅拌桩在实际工程中的应用

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 水泥土搅拌桩在实际工程中的应用 摘要：水泥土搅拌桩是利用水泥 和软土之间产生复杂的物理化学反应， 使软土硬结成具有整体性，水稳定性和 一定强度的复合地基，从而提高地基承 载力，减少软土地基的沉降量。在近些 年的工程上应用越来越广泛，得到了行 业的认可。本文首先分析水泥土搅拌桩 的加固机理，主要从物理化学反应角度 解释，然后以某个大型油罐地基处理为 实例，介绍了在实际工程中的应用。 中国论文网 /2/view-12798350.htm 关键词：水泥土搅拌桩；加固机 理；软土地基；工程应用 中图分类号：TU4 文献标识码： -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 A 文章编号： 我国地域广大，有各种成因的软 土层，其分布范围广、土层厚度大。这 类软土的特点是含水量高、孔隙比大、 抗剪强度低、压缩性高、渗透性差、沉 稳时间长。由于软土地基的不良性能， 因此在软土地基的建筑施工时须要进行 人工加固，水泥土搅拌桩目前正被广泛 使用。 1、水泥土搅拌桩的加固机理 水泥土搅拌桩是一种加固软土地 基的方法，即利用水泥、石灰等材料作 为固化剂的主剂，通过特制的搅拌机械 就地将软土和固化剂(浆液状或粉体状) 强制搅拌，利用水泥和软土之间所产生 的一系列物理化学反应，使软土硬结成 具有整体性，水稳定性和一定强度的复 合地基，从而提高地基承载力，减少软 土地基的沉降量，满足工程建设要求。 水泥与饱和的软土搅拌后，首先发生水 泥的水解和水化反应，生成水泥水化物 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 并形成凝胶体(氢氧化钙) ，将土颗粒或 小土团凝结在一起形成一种稳定的结构 整体，这就是水泥的骨架作用，同时， 水泥在水化过程中生成的钙离子与土颗 粒表面的钠离子和钾离子)进行离子交 换作用，生成稳定的钙离子，从而进一 步提高土体的强度。另外，水泥水化物 中游离的氢氧化钙能吸收水和空气中的 二氧化碳，发生碳酸化反应，生成不溶 于水的碳酸钙，这种碳酸化作用也能使 水泥土增加强度。水泥土搅拌桩使原来 物理力学性质较差的土体得到改良与加 固的机理如下： 首先，水泥的水解与水化。水泥 遇水后发生水解与水化，生成氢氧化钙、 含水铝酸钙、含水硅酸钙等化合物。其 中，氢氧化钙和含水铝酸钙溶解于水， 随着水解与水化的反应，溶液达到饱和 之后，水与水泥继续反应形成凝胶体。 水化产物如果自身继续硬化，就会形成 水泥骨架。其次，离子交换。粘土颗粒 在天然状态下表面带有负电荷，反离子 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 层为阳离子，呈胶体微粒状。反离子层 中的 Na+、K+能同 Ca(OH)2 溶液中的 Ca2+进行离子交换，使土粒水化膜变薄， 土颗粒集合成大的团粒。此外，水泥水 化后呈分散状的凝胶颗粒，其比表面积 约为原来的 1000 倍，因而产生很大的 表面能，有强烈的吸附活性，能使较大 的土团粒进一步结合起来，形成水泥土 的团粒结构，并封闭了土颗粒之间的孔 隙。微观上，在较为松散的土体内部形 成了网络状胶结结构，具有牢固的联结； 宏观上，水泥土的强度大大提高。再次， 硬凝反应。水泥水化以后，溶液中析出 的大量 Ca2+，与 Na+、K+进行离子交 换。当 Ca2+数量超过离子交换的需要 量后，则在碱性环境中，Ca2+可与土中 游离的二氧化硅和三氧化二铝进行化学 反应，生成不溶于水的稳定结晶化合物。 该结晶化合物在空气中和水中逐渐硬化， 增大了土体强度。而且由于其结构比较 致密，水分不易侵入，从而使水泥土具 有足够的水稳定性。最后还有碳酸化作 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 用。水泥水化后产生的游离氢氧化钙， 能和空气和水中的二氧化碳通过碳化反 应生成不溶于水的碳酸钙，也可以小幅 度增加水泥土的强度，只是增长速度较 为缓慢。 2、工程实例分析 21 工程概况 某油罐区兴建 5.5 万 m大 型油罐，直径 65m，高 203m，满载 时的设计荷载为 260kPa。该罐区位于长 江南岸河漫滩地带，地层主要为第四纪 全新世河流相冲积层。1523m 段为 淤泥质软土，基岩位于 50m 以下且有一 定倾斜。其土层分布及其主要物理力学 性质。 22 深层搅拌桩的设计与施工 根据具体工况，决定采用水泥土 搅拌桩加固软土地基。设计桩径 700mm，桩长 2327.5m，以桩底进入 承载力特征值较高的粉细砂层 05m 为 准，共采用 3215 根桩。群桩在平面上 呈 12m12m 方格网布置，并在圆 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 周上做三道水泥土搅拌桩，相互搭接成 封闭壁状构造圈，径向设八道相互搭接 的放射形桩壁，形成格栅状的深层搅拌 桩复合地基。水泥采用强度等级为 PO425 矿渣水泥，水泥掺入量为 加固土重量的 15，并沿深度采用变配 比：05m 为 12.5，5m 至 0.4 倍桩 长范围为 18，其下仍为 12.5；水灰 比05；减水剂为木质素磺酸钙，掺 入量为水泥重量的 02；生石膏粉掺 人量为水泥重量的 2；桩身垂直度偏 差1；桩位偏差50mm；水泥土搅拌 桩施工结束 28d 之后，经检测，加固后 复合地基承载力特征值280kPa。 23 加固效果检测 (1)地基沉降观测。观测目的是监 测油罐的沉降与倾斜动态，控制充水预 压加荷速率，保证地基稳定。在环墙上 设置了 16 个观测点，采用精密水准仪 观测。在充水前测得初始值，充水过程 中每 l 一 2d 观测一次。从观测的数据可 知：不同测点沉降随时间变化规律基 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 本相似；水泥土搅拌桩加固后的软土 地基整体沉降较小，小于 200mm；差 异沉降很小，罐体周边平均沉降与中心 沉降差值仅有 50ram，说明处理后地基 处于比较均匀的状态；地基沉降随充 水预压载荷的增大而近似线性增大，当 载荷恒定以后，沉降继续增大，只是增 长率减小；卸载以后，沉降立即趋于稳 定，并且完全卸载后，沉降有少量回弹。 说明复合地基沉降变形中，塑性变形远 大于弹性变形，取决于桩、土自身的各 种物理力学特性及桩土共同作用等。 (2)地基分层沉降观测。观测目 的是测定地基土各土层的沉降值，检验 油罐荷载对地基的影响。这里取了两个 孔，分别是 S1 和 S2。S1 孔深 30m，S2 孔深 29m，沉降感应环间距约 2m，充水前进行三次观测，将三次观测 中二次较接近，且规律一致的值作为初 始值，充水预压期间每级加载后测读一 次直至卸载。从测得的数据可知，加固 区沉降占总沉降的比例179，说明 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 水泥土搅拌桩加固软土地基效果十分显 著，明显改善了软土的物理力学性质， 大大提高了强度指标，有效抑制了软基 沉降。 (3)基底压力观测 观测目的是探 讨大型油罐的基底压力分布规律。在充 水预压前测读出稳定初值，充水过程中 每天读数一次，直至卸荷稳定。从测得 的罐基底压力与时间、距离的数据可知： 随着距离的增大，不同时段测得的基 底压力分布规律基本相似，呈马鞍形分 布；在同一观测点，随着充水预压时 间的增长(不断加载) ，基底压力逐渐增 大；同一载荷作用下，515m 范围 内基底压力明显增大，而其它范围内受 力比较均匀，相差约 60kPa；最大基 底压力位于距离罐体中心约 11 米处。 说明基底可能受到偏心载荷作用，油罐 有少量倾斜；也可能由于水泥土搅拌桩 加固后的软土地基，物质结构的不均匀 导致了力学性质，即强度的不均匀性； 或者是由于桩、土、上部结构复杂的相 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 互作用所产生。 总结 水泥土搅拌