水泥搅拌桩复合地基PPT课件

1、10.110.1概述概述 水泥土深层搅拌法是利用水泥（或石灰）等材料作为固化剂。通过特制的深层搅拌施工机械，在地基深处将软土和固化剂（浆液或粉体）强制搅拌，硬化后形成具有整体性、水稳定和一定强度的水泥加固土，从面提高地基强度，增大其变形模量。 根据施工方法的不同，水泥土深层搅拌法可分为水泥浆搅拌（湿法，搅拌桩）和粉体喷射搅拌（干法，粉喷桩）两种。第1页/共45页 水泥浆搅拌法是在二次世界大战后由美国研制成功的，称为就地搅拌桩，桩径0.3-0.4m，桩长10-12m。1953年日本从美国引进，并研究开发出了各种深层搅拌机械。1967年瑞典的Kjeld Paus提出石灰搅拌桩加固软土地基的设想，并

2、于1971年在现场制成第一根石灰桩。日本在同一时期也开展了这项研究，以后陆续应用于实际工程中，并形成了两种施工方法。 国内从八十年代开始进行试验研究，并在软土地基加固工程中使用，取得了良好的效果。目前，水泥土深层搅拌法已经在铁路、公路、市政工程、港口码头、工业与民用建筑等软土地基加固中得到了一定的推广和使用。第2页/共45页双轴搅拌桩机的搅拌叶片双轴搅拌桩机的搅拌叶片第3页/共45页水泥土水泥土搅拌桩搅拌桩第4页/共45页 喷粉桩施工喷粉桩施工第5页/共45页水搅拌法加固软土地基，具有下列优点：水搅拌法加固软土地基，具有下列优点： （1 1）固化剂与地基土就地搅拌混合。最大限度地利用了地基土）

3、固化剂与地基土就地搅拌混合。最大限度地利用了地基土 （2 2）搅拌时地基土不会侧向挤出，对原有建筑物影响很小；）搅拌时地基土不会侧向挤出，对原有建筑物影响很小； （3 3）根据地基土的不同性质和工程要求，可以合理选择固化剂）根据地基土的不同性质和工程要求，可以合理选择固化剂 的类型及其配方，设计灵活；的类型及其配方，设计灵活； （4 4）施工过程中无振动、无污染、无噪音，可在市区内和密集）施工过程中无振动、无污染、无噪音，可在市区内和密集建筑群中施工；建筑群中施工； （5 5）加固后土体的重度基本不变，软弱下卧层不会产生附加沉）加固后土体的重度基本不变，软弱下卧层不会产生附加沉降；降； （6

4、6）与钢筋混凝土桩基相比，降低成本的幅度较大；）与钢筋混凝土桩基相比，降低成本的幅度较大； （7 7）可根据上部结构的需要，灵活地采用柱状、壁状、格栅状和块状等加固型式。）可根据上部结构的需要，灵活地采用柱状、壁状、格栅状和块状等加固型式。第6页/共45页水泥搅拌桩适用性水泥搅拌桩适用性 1、国外： 新吹填的超软土、泥炭土和淤泥质土等饱和软土，深度达20-60m，从陆地到海底软土都有 2、国内 国内适用的土质范围：水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、含水量较高且地基承载力不大于120kPa的粘性土和粉土，以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。 当地基土的天然

5、含水量小于30（黄土含水量小于25%）、大于70或地下水的pH值小于4时不宜采用干法。 湿法的加固深度不宜大于20m；干法不宜大于15m。 第7页/共45页 一般认为用水泥作加固料，对含有高岭石、多水高岭石、蒙脱石等粘土矿物的软土加固效果较好；而对含有伊利石、氯化物和水铝石英等矿物的粘性土以及有机质含量高，pH值较低的粘性土加固效果较差。 3.石灰固化剂 石灰固化剂一般适用于粘土颗粒含量大于20%，粉粒及粘粒含量之和大于35%，粘土的塑性指数大于10，液件指数大于0.7，土的pH值为48，有机质含量小于11%,土的天然含水量大于30%的偏酸性的土质加固。第8页/共45页10.2 10.2 加固

6、机理加固机理1、水泥水解和水化反应 水泥遇水后，其颗粒表面的矿物很快与水发生水解和水化反应，生成氢氧钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙及含水铁酸钙等化合物。其中前二种化合物溶于水，使水泥颗粒表面暴露出，再与水作用，逐渐使溶液达到饱和，新生成物便以胶体析出，悬浮于溶液形成凝胶体。2、离子交换和团粒化作用 粘土与水结合即表现胶体特征，如土中含量最多的二氧化硅与水形成硅酸胶体，其表面带有Na+或K+，和水泥水化生成的氢氧化钙中的Ca2+进行当量吸附交换。使较小的土颗粒形成较大的土团粒，由于其产生了很大的比表面能，可使较大的土粒进一步联合，形成水泥土团粒结构，封闭各土团的空隙，形成坚固的联结，从而使土体强度提

7、高。第9页/共45页3、硬凝反应随着水泥水化反应的深入，深液中析出大量的Ca2+ ，当其数量超过离子交换需要量后，则在碱性环境中，与组成粘土矿物的二氧化硅和三氧化二铝的一部分或大部分进行化学反应，逐渐生成了不溶于水的稳定结晶化合物，其在水中和空气中逐渐硬化，增大了水泥土的强度。4、碳酸化作用水泥水化物中游离的氢氧化钙能吸收水中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，能使水泥土的强度增长，但速度较慢，幅度较小。水泥和软土搅拌越充分，混合越均匀，则水泥土强度的离散性越小，宏观的总体强度也第10页/共45页深层搅拌法施工工艺流程深层搅拌法施工工艺流程1定定位位2预预搅搅拌拌下下沉沉

8、3喷喷浆浆搅搅拌拌上上升升4重重复复搅搅拌拌下下沉沉5重重复复搅搅拌拌上上升升6完完毕毕浆喷桩施工浆喷桩施工第11页/共45页第12页/共45页粉喷桩施工粉喷桩施工 施工时，用带有特殊喷嘴的注浆管置于土层预定深施工时，用带有特殊喷嘴的注浆管置于土层预定深度后提升，喷嘴同时以一定的速度旋转，高压喷射气度后提升，喷嘴同时以一定的速度旋转，高压喷射气流使固化浆液与土体混合并凝固硬化，粉喷桩法的施流使固化浆液与土体混合并凝固硬化，粉喷桩法的施工机械按照注浆管的构造不同分成工机械按照注浆管的构造不同分成: :(1)(1)单管法单管法(2)(2)双重管法双重管法(3)(3)三重管法三重管法(4)(4)多重

9、管法多重管法第13页/共45页粉喷法所形成的固结体的形状与喷射流移动的范围有关，根据喷射流移动粉喷法所形成的固结体的形状与喷射流移动的范围有关，根据喷射流移动范围的大小可以分为范围的大小可以分为旋转喷射旋转喷射（简称旋喷）、（简称旋喷）、定向喷射定向喷射（简称定喷）和（简称定喷）和摆动摆动喷射喷射（简称摆喷）三种形式。（简称摆喷）三种形式。 第14页/共45页第15页/共45页l水泥土力学性质水泥土力学性质被加固软土湿重量水泥重量W第16页/共45页2. 抗拉强度 随无侧限抗压强度而提高,但非正比关系。叶观宝公式： （fcu=(0.5-3.5)MPa)811. 0787. 0cuft第17页/

10、共45页3. 抗剪强度 水泥土抗剪强度随其抗压强度的增加而提高,破坏面与大主应力面夹角约为600=20 30(fcu=0.3-1.3MPa)对于荷载不大的工程，采用直剪快剪指标进行设计。7078. 02813. 0cufc 第18页/共45页4、变形模量E50 变形模量定义：垂直应力达到50%无侧限抗压强度时应力与应变之比。实验表明，E50与无侧限抗压强度fcu近似呈正比关系 E50=126fcu5、压缩系数和压缩模量水泥土的压缩系数为（2.0-3.0）10-3kPa.水泥土的压缩模量为（600-100）MPa，第19页/共45页第20页/共45页1、水泥参入比aw 水泥土强度随参入比增加而增

11、大。水泥参入比必须大于10% （aw=5%-6%）fcu1：参入比aw1时无侧限抗压强度。fcu2：参入比aw2时无侧限抗压强度。7695. 112582.41fwcucucf7739. 12121/f）（wwcucuf第21页/共45页第22页/共45页fcu7=(0.470.63)fcu28fcu14=(0.620.8)fcu28 fcu60=(1.151.46)fcu28fcu90=(1.431.8)fcu28fcu90=(2.373.37)fcu74197. 0282414. 0fTfcucuT0.418221TT)TT(f21cucuf0.4119211.8095w2121)TT()

12、()T(f)T(fW2W1wcucu，第23页/共45页3、水泥标号对强度影响 水泥土强度随水泥标号提高而增大。一般来说，水泥标号提高100号，强度fcu增大50%-90%.4、土样含水量对强度影响 水泥土无侧限抗压强度随土样含水量降低而增大，一般情况下，含水量每降低10%，强度增加10%-50%。第24页/共45页5、土中有机质含量对强度影响 有机质使土体具有较高水溶性、塑性、膨胀性和较低的渗透性，并使土具酸性，阻碍水泥水化反应的进行。 有机质含量高的软土，用水泥加固效果较差。第25页/共45页第26页/共45页7 7、养护方法对强度影响、养护方法对强度影响 （1）养护方法对强度影响体现在养

13、护环境的温度和湿度上。（2）养护方法对短龄期水泥土强度影响很大，随龄期增长；不同养护方法下水泥土强度趋于一致，不同养护温度下无侧限抗压强度与标准养护温度（200）强度比值随时间增长趋于定值，说明温度对后期强度影响较小。第27页/共45页第28页/共45页第29页/共45页粉喷桩与浆喷桩的差异粉喷桩与浆喷桩的差异l粉喷桩吸水，有利于地基密度提高，适合于含水量较高地层。浆喷法从浆液中带进较多水分，对地基加固不利。l粉喷桩初期强度高，浆喷桩初期强度低。l粉喷法不宜搅拌均匀，浆喷法容易搅拌均匀。l粉喷法施工中难以添加粉体添加剂，浆喷法只要将添加剂倒入搅拌池即可。l浆喷法搅拌均匀，桩体下部较粉喷法质量好

14、。l粉喷法输入土中加固剂相对于浆喷法较少，工程造价较低。l粉喷法较之浆喷法施工机械简单，容易移位操作。第30页/共45页10.4.1 10.4.1 搅拌桩的设计搅拌桩的设计1. 1. 对地质勘察的要求对地质勘察的要求 特别重视：特别重视：（1 1）土质分析：）土质分析：有机质含量，地下水中可溶盐含量有机质含量，地下水中可溶盐含量（2 2）水质分析：地下水的）水质分析：地下水的酸碱度酸碱度( (pHpH值值) )，硫酸盐含量硫酸盐含量2. 2. 地基加固范围地基加固范围 搅拌桩是搅拌桩是半刚性桩半刚性桩，在设计搅拌桩时，可仅在上部结构基础，在设计搅拌桩时，可仅在上部结构基础范围内布桩，范围内布桩

15、，不必象柔性桩一样在基础以外设置保护桩。不必象柔性桩一样在基础以外设置保护桩。 10.4 10.4 设计计算设计计算 第31页/共45页3.3.搅拌桩的平面布置型式设计搅拌桩的平面布置型式设计 (1)(1)柱状柱状： 搅拌桩。适用于单层工业厂房独立基础、多层房屋条搅拌桩。适用于单层工业厂房独立基础、多层房屋条形基础下及形基础下及路堤下路堤下的地基加固；的地基加固；(2) (2) 壁状壁状：搅拌桩部分重叠搭接成为壁状加固型式。：搅拌桩部分重叠搭接成为壁状加固型式。 适用于深基坑的支护结构、对不均匀沉降比较敏感的适用于深基坑的支护结构、对不均匀沉降比较敏感的多层砖混结构房屋条形基础下的地基加固和防

16、渗体施工。多层砖混结构房屋条形基础下的地基加固和防渗体施工。(3) (3) 块状块状：纵横两方向相邻桩搭接而成的。：纵横两方向相邻桩搭接而成的。 上部结构单位面积荷载大，对不均匀沉降控制严格的上部结构单位面积荷载大，对不均匀沉降控制严格的构筑物地基进行加固时可以采用这种布置型式。构筑物地基进行加固时可以采用这种布置型式。第32页/共45页第33页/共45页10.4.2 10.4.2 搅拌桩的设计计算搅拌桩的设计计算上海地区水泥土强度一般为上海地区水泥土强度一般为1-1.2MPa（aw=12%)PcuappniisipaAfRAqlquR由桩身强度确定：由桩间土抗力确定：1第34页/共45页 A A：地基加固总面积。：地基加固总面积。skpaspkfmARmf)1 ( skpaskspkfARffmpAmAn1第35页/共45页3、水泥土桩复合地基沉降验算复合地基加固区加固区下卧层21荷载12sss式中式中 s - -复合地基的沉降复合地基的沉降; ;s1 - -复合地基加固区的压缩量复合地基加固区的压缩量; ;s2 - -地基压缩层厚度内加固区下卧层的地基压缩层厚度内加固区下卧层的压缩量。压缩量。第36页/共45页第37页/共45页第38页/共45页1 1、浅部开挖、浅部开挖目测大