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：,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(3CaOSiO2)+6H2O=3CaO2SiO23H2O+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。,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+H2O,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(2.652.75)。,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10-510-8cm/s。,水泥土的物理性质,（二）水泥土的力学性能,1、水泥土的破坏特征,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,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2,2、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0.30.4MPa之间。无侧限强度较高的水泥土（1.52.0MPa）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。,（2）龄期,龄期越长，无侧限抗压强度qu,水泥标号对水泥土强度的影响,（4）含水量,随含水量的降低，无侧限抗压强度增高,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,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,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，,水泥土的压缩系数为（2.03.5）10-2（MPa）-1,其相应的压缩模量,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58kPa，淤泥质土取812kPa，粘性土可取1215kPa,2、水泥土单桩设计,确定桩长和水泥掺入比,（1）先确定桩长,（三）水泥土桩复合地基承载力的确定,（四）软弱下卧层的验算,条形基础,由上式反求面积换算率m和桩数n,（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。,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,