深层搅拌法加固地基处理.doc

深层搅拌法加固地基处理0. 前言第二次世界大战后，美国首先研制成功水泥深层搅拌法，所制成的水泥土桩称为就地搅拌桩。1953年，日本从美国引进水泥深层搅拌法。1967年日本和瑞典分别开始研制喷石灰粉的深层搅拌施工方法，并获得成功，并于20世纪70年代应用于实践。我国于1977年由原冶金部建筑研究总院和交通部水运规划设计院引进，开发水泥深层搅拌法，并很快在全国得到推广使用，成为软土地基处理的一种重要手段。深层搅拌加固法处理软土技术发展至今已成为软土地基处理中应用最为普遍的一种地基处理方法,并具有广阔的发展前景。深层搅拌技术的发展主要得益于如下特点:施工工艺简单,机械化程度高,处理效果显著;与其他桩基相比,人员设备简单,耗用材料单一,施工速度快,且处理后很快投入使用,综合造价低;施工现场无噪音,无振动,对环境无污染,成为城市建筑地基处理的首选方案;施工质量易于保证,处理效果易于检测,如出现不合格桩,补救措施简单易行。1. 应用特点和适用范围深层搅拌法加固软土技术是利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂,通过特制的深层搅拌机械,在地基深处直接将软土和固化剂强制拌和,使软土硬结而形成强度较高的补强桩体,使补强桩体和桩间天然地基共同组成承载力较高、压缩性较低的复合地基。目前常用的深层搅拌桩桩径多数为500mm,加固深度从数米到数十米不等。可用于增加软土地基承载力,减少沉降量和提高边坡的稳定性。常用于建(构)筑物地基、大面积的码头、公路和坝基加固及地下防渗墙等工程,处理后的复合地基承载力可达200kPa,甚至更高。2. 加固原理及影响因素2.1 软土与水泥采用机械搅拌加固的基本原理是基于水泥加固土的物理化学反应。主要表现为:2.1.1 水泥的水解水化反应,形成凝胶体和水泥杆菌结晶体。2.1.2 粘土颗粒与水泥水化物的作用。当水泥的各种水化物生成后,有的自身硬化,形成水泥骨架,有的则与周围具一定活性的粘土颗粒发生离子交换、团粒化作用、硬凝反应等,生成新的化合物,从而提高水泥土的强度。2.1.3 水泥水化物中游离的氢氧化钙吸收水及空气中的二氧化碳,形成不溶于水的碳酸钙,也使土的强度增加。2.2 从工程应用的观点,水泥土的强度主要受下面因素影响:2.2.1水泥掺入比的影响当其他条件相同时,在同一土层中水泥土的强度随水泥掺入比的增加而增加。但因场地土质与施工条件的差异,水泥掺入比的提高与水泥土强度的增加并非成正比。实际工程中水泥掺入比一般使用7%15%为宜。掺入比w用下式表示:w=(掺入的水泥量被加固的粘土重量)100%2.2.2水泥土龄期的影响水泥土的强度随龄期增加而增大,一般情况下水泥土强度7d时可达标准强度的30%50%,30d可达标准强度的60%70%,龄期3个月后,水泥土的标准强度基本达到要求。因此,工程上取龄期3个月的强度作为水泥搅拌桩的标准强度。2.2.3水泥标号的影响水泥土的强度随水泥标号增加而增加,一般当水泥标号每增加100#,水泥土的无侧限抗压强度可提高20%30%。2.2.4外掺剂的影响针对具体工程,选用合适的外掺剂(如粉煤灰等),即可以改善水泥土的性能,又可以提高其强度。2.2.5含水率的影响当水泥土配方相同时,其强度随土样的天然含水率的降低而增大。2.2.6有机质含量的影响水泥土的强度随土样中有机质含量的增高而降低。2.2.7其他因素的影响此外,地基土及地下水的成分对水泥土的强度也有着不同程度的影响。因此,在深层搅拌复合地基设计和施工中,应充分考虑上述因素的影响。3. 设计 3.1 深层搅拌法处理软土的固化剂可选用水泥，也可选用其它有效的固化材料。固化剂的掺入量宜为被加固土重的7%15%。外掺剂可根据工程需要选用具有早强、缓凝、减水、节约水泥等性能的材料，但应避免污染环境。 3.2 搅拌桩复合地基承载力标准值应通过现场复合地基荷载试验确定，也可按下式计算： fsp,k=mRkd/Ap + (1-m)fs,k (2.1-1)式中 fsp,k复合地基的承载力标准值； m面积置换率； Ap桩的截面积； fs,k桩间 天然地基土承载力标准值； 桩间土承载力折减系数，当桩端土为软土时，可取0.51.0， 当桩端土为硬土时，可 取0.10.4，当不考虑桩间土的作用时，可取0；Rkd单桩竖向承载力标准值，应通过现场单桩荷载试验确定。 单桩竖向承载力标准值也可按下列二式计算，取其中较小值： Rkd =fcu,kAp (2.1-2) Rkd=qsUpl + Apqp (2.1-3)式中 fcu,k与搅拌桩身加固土配比相同的室内加固土试块（边长为70.7mm的立方体，也可采 用边长为50mm的立方体）的无侧限抗压强度平均值；强度折减系数，可取0.350.50； qs桩周土的平均摩擦力，对淤泥可取58KPa，对淤泥质土可取812KPa，对粘性土 可取12 15KPa； Up桩周长； l 桩长； qp桩端天然地基土的承载力标准值，可按国家标准 建筑地基基础设计规范GBJ7-89 第三章第二节的有关规定确定； 桩端天然地基土的承载力折减系数，可取0.40.6。 在设计时，可根据要求达到的地基承载力，按(2.1-1)式求得面积置换率m。 3.3 深层搅拌桩平面布置可根据上部建筑对变形的要求，采用柱状、壁状、格栅状、块状等处理形式。可只在基础范围内布桩。 柱状处理可采用正方形或等边三角形布桩形式，其桩数可按下式计算： n=mA/Ap (2.3-1) (2.1-4) 式中 n桩数; A基础底面积。 3.4 当搅拌桩处理范围以下存在软弱下卧层时，可按国家标准建筑地基基础设计规范GBJ7-89的有关规定进行下卧层强度验算。 3.5 搅拌桩复合地基的变形包括复合土层的压缩变形和桩端以下未处理土层的压缩变形。其中复合土层的压缩变形值可根据上部荷载、桩长、桩身强度等按经验取1030mm。桩端以下未处理土层的压缩变形值可按国家标准建筑地基基础设计规范GBJ7-89的有关规定确定。 3.6 深层搅拌壁状处理用于地下挡土结构时，可按重力式挡土墙设计。为了加强其整体性，相邻桩搭接宽度宜大于100mm。 4. 施工准备 4.1 材料 4.1.1 深层搅拌法加固软黏土，宜选用525#以上普硅水泥作为固化剂，水泥掺量根据加固强度，一般为加固土重的7%-15%，每一立方米掺加水泥量约为110-160Kg用公式表示为：掺入比（%）=水泥重/被加固的软土重100%。4.1.2 改善水泥土性质和桩（墙）体强度，可选用木质素磺酸钙、石膏、氯化钠、氯化钙、硫酸钠等外加剂，还可掺入不同比例的粉煤灰。4.1.3 深层搅拌以水泥作为固化剂，其配合比为水泥：砂=1：1-1：2，为增加水泥砂浆和易性能，利于泵送，宜加入减水剂（木质素磺酸钙），掺入量为水泥用量的0.2%-0.25%，并加入硫酸钠，掺入量为水泥用量的1%，以及加入石膏，掺入量为水泥用量的2%，水灰比为0.41-0.50，水泥浆稠度为1-14CM，能起到速凝早强作用。4.2 作业条件 4.2.1 依据地质勘察资料进行室内配合比试验，结合设计要求，选择最佳水泥加固掺入比，确定搅拌工艺。 4.2.2 依据设计图纸，编制施工方案，做好现场平面布置，安排施工进度，布置水泥浆制备的灰浆池，有条件时将水泥浆制备系统安装在流动挂车上，便于流动供应，采用泵送浇筑时，泵送距离小于50米为宜。 4.2.3 清理现场地下、地面及空中障碍物，以利施工安全。 4.2.4 测量放线，定出每一个桩位。 4.2.5 机械设备配置：深层搅拌机、起重机及导向、量测、固化剂制备等系统。 4.2.6 劳动组织：每台深层搅拌机械组由12人组成。 4.2.7 如施工现场表土坚硬，需要注水搅拌时，现场四周设排水沟及集水井。 4.3 施工工艺及注意事项深层搅拌复合地基的性质在很大程度上取决于水泥搅拌桩桩身的质量,即桩身水泥土的强度和搅拌的均匀程度。规程中对深层搅拌法成桩工艺规定为:深层搅拌机械就位对中;预搅下沉至设计标高;制备固化剂浆液;喷粉(浆)搅拌提升;重复搅拌下沉至设计深度;关闭搅拌机械,移机至下一个桩位。在深层搅拌复合地基施工中应严格对照标准施工工艺,重点控制喷粉(浆)量和搅拌均匀程度,施工记录要有专人负责,对每一根工程桩的水泥用量、成桩过程、桩的编号等都要进行详细记录,并注意控制搅拌桩的垂直偏差1.5%桩长。质检员根据记录,对每一根桩进行质量评定。按规程要求,水泥掺入量要根据室内加固土试验确定,对施工的每一批水泥均要进行试验,以保证水泥加固土强度满足设计要求。 5. 操作工艺 5.1 深层搅拌法水泥土固化原理及操作工艺 5.1.1 利用水泥系作为固化剂通过特殊的深层搅拌机在地基深处就地将软黏土与水泥浆强制拌和后，首先发生水泥分解，水化反应生成水化物，然后水化物胶结与颗粒发生粒子交换，因粒化作用，以及硬凝反应，形成具有一定强度和稳定性水泥加固土，从而提高地基承载力及改变地基土物理力学性能，达到加固软土地基效果。 5.1.2 深层搅拌两台电动机分别通过减速器，搅拌轴使搅拌头切削软土，并经中心管向地基土中压入固化剂，强制拌和成水泥土。 5.2 深层搅拌法施工工艺特点根据上部结构的要求，可布置成柱状、壁状和块状三种加固形式。柱（桩）状加固形式：每间隔一定的距离打设一根搅拌桩。壁状加固形式：将相邻搅拌桩部分重叠搭接而成。块状加固形式：纵横两个方向的相邻桩搭接而成。 5.3 深层搅拌桩施工工艺 (1)定位对中 (2) 预搅下沉 (3) 制备固化剂浆液 (4) 喷浆搅拌提升 (5) 重复搅拌 (6) 移位 5.5 壁状加固施工工艺流程：按柱状加固工艺，将相邻两桩纵向相垂搭接成行施工，相邻两桩搭距按设计需要确定。形状如“8”字型。 5.5 块状加固施工工艺流程：按深层搅拌施工工艺将相邻的桩纵横搭接施工，即组成块状加固体，两行桩之间搭接距可按设计需要确定。 6. 质量标准 6.1 保证项目 深层搅拌桩使用的水泥品种、标号、水泥浆的水灰比，水泥加固土的掺入比和外加剂的品种掺量，必须符合设计要求。 检验方法：检查出厂证明、合格证试验报告及施工记录。 6.2 基本项目 (1) 深层搅拌桩的深度、断面尺寸、搭接情况整体稳定和墙体、桩身强度必须符合设计要求。 检验方法： 1）一般成桩后两周内用钻机取样检验，开挖检查断面尺寸，观察桩身搭接情况及搅拌均匀程度，桩身不能有渗水现象。 2）搅拌桩质量检验，使用轻便触探，根据触探击数判断各段水泥浆强度。 (2) 现场载荷试验：用此法进行工程加固效果检验，因为搅拌桩的质量与成桩工艺、施工技术密切相关，用现场载荷试验所得到的承载力完全符合实际情况。 (3) 定期进行沉降观测，对正式采用深层搅拌加固地基的工程，定期进行沉降观测、侧向位移观测，是直观检查加固效果的理想方法。 6.3 允许偏差 深层搅拌桩的质量允许偏差和检验方法应符合下表的要求。(1) 检查数量，按墙（柱）体数量抽查5%。 (2) 项目允许偏差（mm）检查方法 (3) 桩体桩顶位移10（20）用尺量检查 (5) 桩（墙）体垂直度0.5H/100用测量仪器吊线和尺量检查为桩长度。 6.4 施工注意事项 6.4.1 避免工程质量通病 (1) 深层搅拌机应基本保持垂直，要注意平整度和导向架垂直度。 (2) 深层搅拌叶下沉到一定深度后，即开始按设计配合比拌制水泥浆。 (3) 水泥浆不能离析，水泥浆要严格按照设计的配合比配置，水泥要过筛，为防止水泥浆离析，可在灰浆机中不断搅动，待压浆前才浆水泥浆倒入料斗中。 (5) 要根据加固强度和均匀性预搅，软土应完全预搅切碎，以利于水泥浆均匀搅拌 1）压浆阶段不允许发生断浆现象，输浆管不能发生堵塞。 2）严格按设计确定数据，控制喷浆、搅拌和提升速度。 3）控制重复搅拌时的下沉和提升速度，以保证加固范围每一深度内，得到充分搅拌。 (5) 在成桩过程中，凡是由于电压过低或其它原因造成停机，使成桩工艺中断的，为防止断桩，在搅拌机重新启动后，将深层搅拌叶下沉半米后再继续成桩。 (6) 相邻两桩施工间隔时间不得超过12小时（桩状）。 (7) 确保壁状加固体的连续性，按设计要求桩体要搭接一定长度时，原则上每一施工段要连续施工，相邻桩体施工间隔时间不得超过25小时（壁状）。 (8) 考虑到搅拌桩与上部结构的基础或承台接触部分受力较大，因此通常还可以对桩顶板-1.5M范围内再增加一次输浆，以提高其强度。 (9) 在搅拌桩施工中，根据摩擦型搅拌受力特点，可采用变掺量的施工工艺，即用不同的提升速度和注浆速度来满足水泥浆的掺入比要求。在定量泵条件下，在软土中掺入不同水泥浆量，只有改变提升速度，通过提升速度检测仪检测。 6.4.2 主要安全技术措施 (1) 深层搅拌机冷却循环水在整个施工过程中不能中断，应经常检查进水和回水温度，回水温度不应过高。 (2) 深层搅拌机的入土切削和提升搅拌，负载荷太大及电机工作电流超过额定值时，应减慢提升速度或补给清水，一旦发生卡钻或停钻现象，应切断电源，将搅拌机强制提起之后，才能重启动电机。 (3) 深层搅拌机电网电压低于380V应暂停施工