第12章--夯实水泥土桩法

1、第第1212章章 夯实水泥土桩法夯实水泥土桩法Chapter 12 Rammed Soil-Cement Column 12.1 12.1 概概 述述12.1 Introduction 利用机械成孔利用机械成孔( ( 挤土或非挤土挤土或非挤土) ) 或人工挖或人工挖孔孔, , 然后将水泥和土按设计的比例拌和均匀然后将水泥和土按设计的比例拌和均匀, , 在在孔内夯实至设计要求的密实度而形成的加固体孔内夯实至设计要求的密实度而形成的加固体与桩间土组成复合地基的地基处理方法与桩间土组成复合地基的地基处理方法, , 称为称为夯实水泥土桩法。夯实水泥土桩法。 夯实水泥土桩法是中国建筑科学研究院地基夯实水

2、泥土桩法是中国建筑科学研究院地基基础研究所在北京等地旧城区危改小区工程中基础研究所在北京等地旧城区危改小区工程中, , 为为了解决施工场地条件限制和满足住宅产业化的需了解决施工场地条件限制和满足住宅产业化的需要而开发出的一种施工周期短、造价低、施工文要而开发出的一种施工周期短、造价低、施工文明、质量容易控制的地基处理方法。明、质量容易控制的地基处理方法。 该技术经过大量的室内试验、原位试验和工该技术经过大量的室内试验、原位试验和工程实践程实践, , 已日趋完善。目前夯实水泥土桩法已在北已日趋完善。目前夯实水泥土桩法已在北京、河北等地京、河北等地1 200 1 200 多项工程中应用多项工程中应

3、用, , 产生了巨大产生了巨大的经济效益和社会效益。的经济效益和社会效益。 夯实水泥土桩法夯实水泥土桩法适用于适用于处理地下水位以上处理地下水位以上的粉土、素填土、杂填土、粘性土等地基。处的粉土、素填土、杂填土、粘性土等地基。处理深度不宜超过理深度不宜超过10m10m。 夯实水泥土桩的技术特点夯实水泥土桩的技术特点（1 1）夯实水泥土桩成孔机具简便多样。）夯实水泥土桩成孔机具简便多样。（2 2）成桩材料来源广、成本低。）成桩材料来源广、成本低。（3 3）有利于环保、无污染。）有利于环保、无污染。（4 4）适用土层广泛。）适用土层广泛。（5 5）质量容易控制。）质量容易控制。（6 6）承载力高，

4、变形小。）承载力高，变形小。夯实水泥土桩和水泥土搅拌桩的区别：夯实水泥土桩和水泥土搅拌桩的区别：夯实水泥土桩是将水泥和土在孔外拌合后再分层填入夯实水泥土桩是将水泥和土在孔外拌合后再分层填入孔内，夯实成桩。水泥土搅拌桩则是采用特制的搅拌孔内，夯实成桩。水泥土搅拌桩则是采用特制的搅拌机械将水泥浆（粉）喷入地基土中后与土体搅拌而形机械将水泥浆（粉）喷入地基土中后与土体搅拌而形成桩体。成桩体。两者的主要区别有两者的主要区别有3 3点：点：1 1、桩体材料形成不同：、桩体材料形成不同：由于夯实水泥土桩的桩体材料由于夯实水泥土桩的桩体材料是将水泥和土在孔外充分拌合，因此，桩体在桩长范是将水泥和土在孔外充分

5、拌合，因此，桩体在桩长范围内是基本均匀的，桩体强度不受场地土岩性变化的围内是基本均匀的，桩体强度不受场地土岩性变化的影响，夯实水泥土桩的现场强度和相同水泥参量的室影响，夯实水泥土桩的现场强度和相同水泥参量的室内试样强度，在夯填密实度相同的条件下是相等的。内试样强度，在夯填密实度相同的条件下是相等的。而水泥土搅拌桩则会由于机械以及土质的变化，导致而水泥土搅拌桩则会由于机械以及土质的变化，导致桩身强度一般是不均匀的，与现场各土层的含水量、桩身强度一般是不均匀的，与现场各土层的含水量、土的类型密切相关。土的类型密切相关。2 2、强度来源不同：、强度来源不同： 由于夯实水泥土桩是将孔外拌合均匀的水泥土

6、由于夯实水泥土桩是将孔外拌合均匀的水泥土混合料回填桩孔内并强力夯实，桩体强度与天然混合料回填桩孔内并强力夯实，桩体强度与天然土体强度相比有一个很大的的增量，这一增量既土体强度相比有一个很大的的增量，这一增量既有水泥的胶结强度，又有水泥土密度增加产生的有水泥的胶结强度，又有水泥土密度增加产生的密实强度。而搅拌桩的桩体密度在搅拌后增加很密实强度。而搅拌桩的桩体密度在搅拌后增加很少，桩体强度主要取决于水泥的胶结作用。少，桩体强度主要取决于水泥的胶结作用。3 3、土材料来源不同：、土材料来源不同： 由于夯实水泥土中选用的土料是工程性质较好由于夯实水泥土中选用的土料是工程性质较好的土，而形成水泥土搅拌桩

7、的原位土体通常含水的土，而形成水泥土搅拌桩的原位土体通常含水量高，强度低的不良工程性质的软土，所以。即量高，强度低的不良工程性质的软土，所以。即使采用相同的水泥掺量，夯实水泥土桩的桩体强使采用相同的水泥掺量，夯实水泥土桩的桩体强度要比水泥土搅拌桩的桩体强度要高出很多。度要比水泥土搅拌桩的桩体强度要高出很多。1 1、夯实水泥土桩的化学作用机理、夯实水泥土桩的化学作用机理（1 1）水泥土的固化原理）水泥土的固化原理与水泥拌合的土料不同，固化机理也不相同。与水泥拌合的土料不同，固化机理也不相同。砂土：夯实水泥土的固化机理类似于建筑上的水砂土：夯实水泥土的固化机理类似于建筑上的水泥砂浆，具有较高的强度

8、，其固化时间相对较短泥砂浆，具有较高的强度，其固化时间相对较短。粘土及粉土：由于水泥掺入比有限，而且土料中粘土及粉土：由于水泥掺入比有限，而且土料中的粘粒和粉粒具有很大的比表面积并含有一定的的粘粒和粉粒具有很大的比表面积并含有一定的活性物质，所以水泥的固化速度比较缓慢，固化活性物质，所以水泥的固化速度比较缓慢，固化机理也比较复杂。机理也比较复杂。12.2 12.2 作用机理作用机理（2 2）水泥的水解水化反应。）水泥的水解水化反应。 水泥与拌合料中的水分充分接触，发生水解水泥与拌合料中的水分充分接触，发生水解水化反应，生成氢氧化钙、水化硅酸钙、水化铝水化反应，生成氢氧化钙、水化硅酸钙、水化铝酸

9、钙及水化铁酸钙等水泥水化物。这些水化物形酸钙及水化铁酸钙等水泥水化物。这些水化物形成胶体，进一步凝结硬化成水化物晶体。析出的成胶体，进一步凝结硬化成水化物晶体。析出的凝胶粒子有的自身相互凝结硬化而形成水泥石骨凝胶粒子有的自身相互凝结硬化而形成水泥石骨架。有的则与周围具有一定活性的土料中的粘粒架。有的则与周围具有一定活性的土料中的粘粒和粉粒发生反应。和粉粒发生反应。（3 3）水泥水化物与土颗粒的作用）水泥水化物与土颗粒的作用 水泥土的离子交换和团粒化作用水泥土的离子交换和团粒化作用 水泥土的凝硬反应水泥土的凝硬反应2 2、夯实水泥土桩的物理作用机理、夯实水泥土桩的物理作用机理 夯实水泥土桩的强度

10、组成：夯实水泥土桩的强度组成：（1 1）水泥胶结体的强度）水泥胶结体的强度（2 2）夯实后因密度增加而提高的强度）夯实后因密度增加而提高的强度12.3 12.3 设计设计 (Design) 1 1 桩长桩长 应根据土质情况、工程要求和成孔设备等因素应根据土质情况、工程要求和成孔设备等因素确定。采用洛阳铲成孔工艺时，深度不宜超过确定。采用洛阳铲成孔工艺时，深度不宜超过6m6m。当相对硬层的埋藏深度不大时，应按相对。当相对硬层的埋藏深度不大时，应按相对硬层埋藏深度确定。当相对硬层的埋藏深度较硬层埋藏深度确定。当相对硬层的埋藏深度较大时大时, , 应按建筑物地基的变形允许值确定应按建筑物地基的变形允

11、许值确定, , 即当存即当存在软弱下卧层时在软弱下卧层时, , 应验算其变形应验算其变形, , 按允许变形控制按允许变形控制设计。设计。 2 2 桩径桩径 桩孔直径宜为桩孔直径宜为300300600mm600mm，常用的桩径为，常用的桩径为350350400 mm400 mm。可根据设计及所选用的成孔方法。可根据设计及所选用的成孔方法确定。选用的夯锤应与桩径相适应确定。选用的夯锤应与桩径相适应 3 3 桩距桩距 桩距宜为桩距宜为2 24 4倍桩径。倍桩径。 4 4 布桩范围布桩范围 夯实水泥土桩可只在基础范围内布桩。夯实水泥土桩可只在基础范围内布桩。 5 5 垫层垫层 褥垫层厚褥垫层厚1001

12、00300mm300mm，可采用中砂、粗砂或碎石，可采用中砂、粗砂或碎石等，最大粒径不宜大于等，最大粒径不宜大于20mm20mm。 6 6 承载力承载力 复合地基承载力特征值应按现场复合地基载荷试复合地基承载力特征值应按现场复合地基载荷试验确定。初步设计时也可按第验确定。初步设计时也可按第1111章水泥土搅拌法的章水泥土搅拌法的公式估算，其中桩间土的承载力折减系数公式估算，其中桩间土的承载力折减系数 可取可取0.90.91.01.0。 7 7 桩身材料桩身材料 桩孔内夯填的混合料配合比应按工程要求、桩孔内夯填的混合料配合比应按工程要求、土料性质及采用的水泥品种，由配合比试验确土料性质及采用的水

13、泥品种，由配合比试验确定，并满足下式要求：定，并满足下式要求：式中式中f fcucu桩体混合料试块（边长桩体混合料试块（边长150mm150mm立方体）立方体）标准养护标准养护28d28d立方体抗压强度平均值（立方体抗压强度平均值（kPakPa）。）。pacuARf31. 1. 施工准备施工准备( 1) ( 1) 现场取土现场取土, , 确定原位土的土质及含水量是否适确定原位土的土质及含水量是否适宜作水泥土桩的混合料。宜作水泥土桩的混合料。( 2) ( 2) 调查有无廉价的工业废渣调查有无廉价的工业废渣( ( 如粉煤灰、炉渣等如粉煤灰、炉渣等) ) 可供使用。可供使用。( 3) ( 3) 根据

14、设计选用的成孔方法做现场成孔试验。确根据设计选用的成孔方法做现场成孔试验。确定成孔的可行性定成孔的可行性, , 事前发现问题事前发现问题, , 研究对策。研究对策。12.3 12.3 施工施工 (Construction)2. 2. 桩材制备桩材制备( 1) ( 1) 一般采用一般采用32. 5 32. 5 级水泥级水泥, , 使用前应做强度及稳定使用前应做强度及稳定性试验。必须采用现场土料和施工采用的水泥品性试验。必须采用现场土料和施工采用的水泥品种及标号进行混合料配合比设计。种及标号进行混合料配合比设计。( 2) ( 2) 掺合料确定后掺合料确定后, , 进行室内配合比试验进行室内配合比试

15、验, , 用击实试用击实试验确定掺合料的最佳含水量。验确定掺合料的最佳含水量。 一般工程可采用水一般工程可采用水泥泥 混合料混合料= 1= 1 6( 6( 体积比体积比) ) 的比例试配。的比例试配。( 3)( 3)混和料含水量应满足土料的最优含水量混和料含水量应满足土料的最优含水量wop , wop , 允许偏差不大于允许偏差不大于2% 2% 。( 4) ( 4) 现场使用时现场使用时, , 待成孔已经完成或接近完成待成孔已经完成或接近完成, , 用强用强制式混凝土拌合机或人工进行拌合制式混凝土拌合机或人工进行拌合, ,拌合操作标准拌合操作标准参照混凝土的拌合要求参照混凝土的拌合要求3 3、

16、施工机具设备、施工机具设备 成孔施工应优先选用机械成孔，如螺旋钻、成孔施工应优先选用机械成孔，如螺旋钻、冲击、沉管等方法。在场地狭窄、桩孔深度不大冲击、沉管等方法。在场地狭窄、桩孔深度不大，桩数较少或不具备机械施工条件时，可采用人，桩数较少或不具备机械施工条件时，可采用人工洛阳铲施工工洛阳铲施工4 4、成孔、成孔1. 1. ）人工挖孔法）人工挖孔法 夯实水泥土桩按复合地基设计时夯实水泥土桩按复合地基设计时, , 桩径通常为桩径通常为300300400 mm, 400 mm, 可采用特制的洛阳铲人工成孔可采用特制的洛阳铲人工成孔, , 其构其构造与使用方法可见第造与使用方法可见第10 10 章石

17、灰桩的施工。章石灰桩的施工。如持力层强度高如持力层强度高, , 按大直径桩或深基础施工时按大直径桩或深基础施工时, , 桩桩径为径为800800 1 000 mm, 1 000 mm, 底部尚可扩孔底部尚可扩孔, , 此时此时, , 可采用可采用人工挖孔桩的办法成孔。人工挖孔桩的办法成孔。其工艺流程为其工艺流程为: : 人工挖孔至设计深度人工挖孔至设计深度清孔及检查清孔及检查孔底夯实孔底夯实拌合水泥土拌合水泥土将水泥土逐层灌入孔将水泥土逐层灌入孔内内, , 逐层夯实直至设计桩顶标高以上逐层夯实直至设计桩顶标高以上0. 2 m0. 2 m素土素土封顶。封顶。2. 2. ）机械成孔施工法）机械成孔

18、施工法 机械成孔分为挤土和排土成孔机械成孔分为挤土和排土成孔, , 当被加固土体当被加固土体密度较大或挤密性差时密度较大或挤密性差时, , 宜选用排土成孔宜选用排土成孔, ,如螺旋如螺旋钻、长螺杆钻机、机动洛阳铲、大锅钻、长螺杆钻机、机动洛阳铲、大锅( ( 蜗蜗) ) 锥等成锥等成孔方法。当土的挤密性较好时孔方法。当土的挤密性较好时, , 宜选用挤土成孔工宜选用挤土成孔工艺艺, , 如沉管法、干振法、如沉管法、干振法、“法兰克法兰克”法等。沉管法法等。沉管法施工类似石灰桩管外投料施工法施工类似石灰桩管外投料施工法, , 利用桩管反插压利用桩管反插压实实; ; 干振法采用干振碎石桩的干振成孔器成

19、孔干振法采用干振碎石桩的干振成孔器成孔, , 投投入水泥土加以振实入水泥土加以振实; ;“法兰克法兰克”法采用套管内击式法采用套管内击式碎石桩的施工方法。碎石桩的施工方法。5 5、夯填、夯填 夯填桩孔时夯填桩孔时, , 宜选用机械夯实。大孔径水泥土宜选用机械夯实。大孔径水泥土桩的夯实桩的夯实, , 可采用灰土井桩的夯实机。分段夯填时可采用灰土井桩的夯实机。分段夯填时, , 夯锤的落距和填料厚度应根据现场试验确定夯锤的落距和填料厚度应根据现场试验确定, , 混混合料的压实系数合料的压实系数c c 不应小于不应小于0. 930. 93。相同水泥掺量。相同水泥掺量下下, , 桩体密实度是决定桩体强度的主要因素桩体密实度是决定桩体强度的主要因素, , 当当c c 0. 93 0. 93 时时, , 桩体强度约为最大密度下桩体强度的桩体强度约为最大密度下桩体强度的50% 50% 60% 60% 。若采用人工夯实若采用人工夯实, , 夯重夯重25 kg 25 kg 左右左右, , 详见第详见第10 10 章石灰章石灰桩的施工。孔内水泥土每层虚铺桩的施工。孔内水泥土每层虚铺30 cm30 cm左右左右, , 先用先用小落距轻夯小落距轻夯3 35 5 次次, , 然后重夯不少于然后重夯不少于8 8 次次, ,