第06章2016-本科地基处理-化学加固法【20160523】

1、概述概述l化学加固法：化学加固法：利用水泥浆液或其他化学浆液，通过灌注压入、高压喷射利用水泥浆液或其他化学浆液，通过灌注压入、高压喷射和机械搅拌，使浆液与土颗粒胶结起来，以改善地基土的和机械搅拌，使浆液与土颗粒胶结起来，以改善地基土的物理力学性质的地基处理方法。物理力学性质的地基处理方法。浆液材料：水泥、水玻璃、木质素、丙烯酰胺、纸浆液浆液材料：水泥、水玻璃、木质素、丙烯酰胺、纸浆液施工工艺：注浆、旋喷、机械搅拌施工工艺：注浆、旋喷、机械搅拌高压喷射注浆法高压喷射注浆法2020世纪世纪6060年代始于日本年代始于日本旋喷桩旋喷桩防渗帷幕防渗帷幕单管旋喷注浆单管旋喷注浆（Chemical chu

2、rning pileChemical churning pile）20MPa20MPa浆液浆液二重管旋喷注浆二重管旋喷注浆(Jumbo special grout)(Jumbo special grout)20MPa20MPa浆液浆液+0.7MPa+0.7MPa压缩空气压缩空气三重管旋喷注浆三重管旋喷注浆(Column Jet Pile)(Column Jet Pile)20MPa20MPa高压水高压水+0.7MPa+0.7MPa压缩空气压缩空气+2-5MPa+2-5MPa浆液浆液多重管旋喷注浆多重管旋喷注浆(Super soil stabilization)(Super soil stabi

3、lization)40MPa40MPa高压水高压水+(+(浆液、砂浆、砾石等）浆液、砂浆、砾石等）高压喷射注浆法特点高压喷射注浆法特点l适用范围广适用范围广:建设前、竣工后的托换建设前、竣工后的托换l施工简便：施工简便：50300mm小孔，可成小孔，可成0.44.0m固结体固结体l可控制固结体形状可控制固结体形状l可垂直、倾斜和水平喷射可垂直、倾斜和水平喷射l耐久性好，可用于永久性工程耐久性好，可用于永久性工程l料源广：可掺入不同类型外掺剂，以实现速凝、抗料源广：可掺入不同类型外掺剂，以实现速凝、抗冻、耐蚀、不沉淀冻、耐蚀、不沉淀l设备简单：结构紧凑、体积小设备简单：结构紧凑、体积小高压喷射注

4、浆法适用范围高压喷射注浆法适用范围l淤泥、淤泥质土、黏性土、粉土、黄土、砂填土淤泥、淤泥质土、黏性土、粉土、黄土、砂填土和碎石土等地基；和碎石土等地基；l对地下水流量大、浆液无法凝固、永久冻土及对对地下水流量大、浆液无法凝固、永久冻土及对水泥有严重腐蚀的地基不宜采用；水泥有严重腐蚀的地基不宜采用；加固机理加固机理2mmPQvAv空气中喷射空气中喷射破坏力（破坏力（kN）密度（密度（kg/m3）流量（流量（m3/s）喷射流的平均速度（喷射流的平均速度（m/s）喷射断面积（喷射断面积（m2）1) 高压射流对土体的破坏作用高压射流对土体的破坏作用2) 高压旋喷成桩机理高压旋喷成桩机理设计计算设计计算

5、根据国内外施工经验确定，定喷及摆喷的有效长度约为旋根据国内外施工经验确定，定喷及摆喷的有效长度约为旋喷桩直径的喷桩直径的1.01.5倍。旋喷桩可采用矩形或梅花形布置。倍。旋喷桩可采用矩形或梅花形布置。1) 旋喷直径确定旋喷直径确定单位单位m2) 地基承载力计算地基承载力计算1aspkskpRfmm fAfspk：复合地基承载力特征值：复合地基承载力特征值(kPa)；fsk:处理后桩间土承载力特征值处理后桩间土承载力特征值(kPa);m：面积置换率；：面积置换率；Ap：单桩平均截面积：单桩平均截面积(m2)；Beta:桩间土承载力折减系数，无资料时取桩间土承载力折减系数，无资料时取00.5；Ra

6、:单桩竖向承载力特征值单桩竖向承载力特征值(kN);acupRf A1naisippiRdhqA qfcu：与旋喷桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块在标准养护条：与旋喷桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块在标准养护条件下件下28d龄期的立方体无侧限抗压强度平均值龄期的立方体无侧限抗压强度平均值(kPa)；yita:桩身强度折减系数，可取桩身强度折减系数，可取0.33;d：桩体：桩体平均直径平均直径(m)；n：桩长范围内所划分的层数；：桩长范围内所划分的层数；hi:桩周第桩周第i层的厚度（层的厚度（m）；）；qsi:桩周第桩周第i层土的摩阻力特征值层土的摩阻力特征值(kPa);qp：桩端地基土

7、未经修正的承载力特征值（：桩端地基土未经修正的承载力特征值（kPa）；）；3) 地基变形计算地基变形计算桩长范围内复合土层与下卧地基变形之和，其桩长范围内复合土层与下卧地基变形之和，其中复合土层的压缩模量可按下式计算：中复合土层的压缩模量可按下式计算：1spspEm EmE4) 防渗堵水设计防渗堵水设计此类工程设计时，最好按双排或三排布置孔位，形成帷幕，此类工程设计时，最好按双排或三排布置孔位，形成帷幕，孔距孔距1.73R0（R0为旋喷桩设计半径），排距为旋喷桩设计半径），排距1.5R0，最经济。，最经济。22022LeR若想增加每排旋喷桩交圈厚度若想增加每排旋喷桩交圈厚度e e，可适当缩小孔

8、距，按下式，可适当缩小孔距，按下式考虑：考虑：定喷和摆喷作为防渗堵水施工方法：定喷和摆喷作为防渗堵水施工方法：5) 浆量计算浆量计算221 1022144eQD K hD K hQ： 需要用浆量需要用浆量(m3)；De: 旋喷桩体直径旋喷桩体直径(m)；D0：注浆管直径（：注浆管直径（m）；）；K1: 填充率（填充率（0.75-0.9）；）；h1: 旋喷长度旋喷长度(m);K2：未旋喷范围土的填充率（：未旋喷范围土的填充率（0.5-0.75）；）；h2：未旋喷长度（：未旋喷长度（m）；）；Beta：损失系数，通常取：损失系数，通常取0.1-0.2.a.a.体积法：体积法：a.a.喷量法：喷量法

9、：1HQqvQ： 需要用浆量需要用浆量(m3)；v: 提升速度提升速度(m/min)；H： 喷射长度（喷射长度（m）；）；q: 单位时间喷浆量（单位时间喷浆量（m3/min）；）；Beta：损失系数，通常取：损失系数，通常取0.1-0.2.5) 浆液材料浆液材料l有良好的可喷性有良好的可喷性：国内水泥浆为主剂，：国内水泥浆为主剂，1:11.5:11:11.5:1即可保证较即可保证较好喷射效果；好喷射效果；l足够的稳定性足够的稳定性: :浆液在初凝前析水率小，水泥的沉降速度慢，浆液在初凝前析水率小，水泥的沉降速度慢，分散性好以及浆液混合后经高压喷射而不改变其物理化学性质；分散性好以及浆液混合后经

10、高压喷射而不改变其物理化学性质；l气泡少气泡少：若浆液带大量气泡，则固结体硬化后会有气孔，降低：若浆液带大量气泡，则固结体硬化后会有气孔，降低喷射固结体的密度，导致其强度及抗渗性降低；喷射固结体的密度，导致其强度及抗渗性降低；l良好的力学性质良好的力学性质；l无毒无臭无毒无臭：不污染环境和伤害人体，凝胶体为不溶和非易燃易：不污染环境和伤害人体，凝胶体为不溶和非易燃易爆物，浆液对注浆设备、管路无腐蚀性并容易清洗；爆物，浆液对注浆设备、管路无腐蚀性并容易清洗；l结石率高结石率高：固化后固结体有一定粘结性，牢固与土粒相粘结；：固化后固结体有一定粘结性，牢固与土粒相粘结；l合适的胶凝时间合适的胶凝时间

11、：从浆液开始配制起，到土体混合后逐渐失去：从浆液开始配制起，到土体混合后逐渐失去其流动性为止的这段时间；其流动性为止的这段时间；质量检验质量检验l检验内容：检验内容：固结体质量检查：桩体整体性和均匀性、有效直径、垂直固结体质量检查：桩体整体性和均匀性、有效直径、垂直度、强度特性（桩的轴向压力、水平力、抗酸碱性、抗冻度、强度特性（桩的轴向压力、水平力、抗酸碱性、抗冻性和抗渗性等）、溶蚀和耐久性能；性和抗渗性等）、溶蚀和耐久性能；注浆效果：承载力、防渗帷幕渗透系数测试；注浆效果：承载力、防渗帷幕渗透系数测试；l检验方法：检验方法：开挖；钻孔取芯；标贯；载荷试验开挖；钻孔取芯；标贯；载荷试验水泥土搅

12、拌法水泥土搅拌法l北欧北欧 瑞典（粉）；瑞典（粉）；l日本日本 港湾技术研究所（浆）港湾技术研究所（浆）l加固饱和黏土地基；水泥（或石灰）等材料作为固化剂，加固饱和黏土地基；水泥（或石灰）等材料作为固化剂，通过搅拌机械，在地基深处就地将软土与固化剂（浆液或通过搅拌机械，在地基深处就地将软土与固化剂（浆液或粉体）强制搅拌，由固化剂和软土间产生一系列物理和化粉体）强制搅拌，由固化剂和软土间产生一系列物理和化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基强度和增大变形模量。水泥加固土，从而提高地基强度和增大变形模量。l水泥

13、浆搅拌（深层搅拌法）；粉体喷射搅拌法水泥浆搅拌（深层搅拌法）；粉体喷射搅拌法Favorable Soil Properties FHWA NHI-04-001 (2004)水泥土水泥土搅拌搅拌桩优点桩优点l利用了原状土利用了原状土l不会使地基侧向挤出，减小对周围建筑物的影响不会使地基侧向挤出，减小对周围建筑物的影响l设计比较灵活设计比较灵活l施工无振动噪音和污染，可在市区和密集建筑物中进行施工施工无振动噪音和污染，可在市区和密集建筑物中进行施工l土体加固后重度不变，对软弱下卧层不产生附加沉降土体加固后重度不变，对软弱下卧层不产生附加沉降l与刚性桩相比，节省钢材降低造价与刚性桩相比，节省钢材降低

14、造价l布桩形式灵活布桩形式灵活1 1）水泥的水解和水化反应）水泥的水解和水化反应普通硅酸盐水泥主要由氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝、三普通硅酸盐水泥主要由氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁及三氧化二硫等组成；处理软土时，不同氧化物分氧化二铁及三氧化二硫等组成；处理软土时，不同氧化物分别形成不同的水泥矿物：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、别形成不同的水泥矿物：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙、硫酸钙等。铁铝酸四钙、硫酸钙等。水泥颗粒表面的矿物很快与软土中的水发生水解和水化反应，水泥颗粒表面的矿物很快与软土中的水发生水解和水化反应，生成氢氧化钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙及含水铁酸钙等化生成

15、氢氧化钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙及含水铁酸钙等化合物。合物。2 2）粘土颗粒与水泥水化物作用）粘土颗粒与水泥水化物作用搅拌桩加固机理搅拌桩加固机理(1)硅酸三钙（硅酸三钙（3CaOSiO2）：在水泥中含量最高（约占全重的：在水泥中含量最高（约占全重的50左右），是左右），是决决定强度的主要因素定强度的主要因素。 2(3CaOSiO2)+6H2O3CaO2SiO23H2O +3Ca(OH)2(2)硅酸二钙（硅酸二钙（2CaOSiO2）：在水泥中含量较高（约占全重的：在水泥中含量较高（约占全重的25左右），它左右），它主主要产生后期强度要产生后期强度。 2(2CaOSiO2)+4H2O3CaO2S

16、iO23H2O +Ca(OH)2(3)铝酸三钙（铝酸三钙（3CaOAl2O3）：占水泥重量的：占水泥重量的10，水化速度最快，促进早凝水化速度最快，促进早凝。 3CaOAl2O3+12H2O+ Ca(OH)23CaOAl2O3Ca(OH)2 12H2O (4)铁铝酸四钙（铁铝酸四钙（4CaOAl2O3Fe2O3）：占水泥重量的：占水泥重量的10，能，能促进早期强度促进早期强度。 4CaOAl2O3Fe2O3+ 2Ca(OH)2 +10H2O3CaOAl2O36H2O+ 3CaOFe2O36H2O（5）硫酸钙（硫酸钙（CaSO4）：）：变自由水为结晶水变自由水为结晶水，减少量约为水泥杆菌重的，减

17、少量约为水泥杆菌重的46%，具具膨胀作用膨胀作用。 3CaSO4+3CaOA12O3+32H2O3CaOAl2O33CaSO432H2O 水泥的水解和水化反应水泥的水解和水化反应黏土颗粒与水泥水化物的作用黏土颗粒与水泥水化物的作用 （1 1）离子交换和团粒化作用）离子交换和团粒化作用黏土和水结合时就表现出一种胶体特征黏土和水结合时就表现出一种胶体特征，例如土中含量最多的二氧化硅遇水，例如土中含量最多的二氧化硅遇水后，后，形成硅酸胶体微粒，其表面带有钠离子形成硅酸胶体微粒，其表面带有钠离子Na+Na+或钾离子或钾离子K+K+，它们能和水泥，它们能和水泥水化生成的钙离子水化生成的钙离子Ca2+Ca

18、2+进行当量吸附交换进行当量吸附交换，使较小的土颗粒形成较大的土团，使较小的土颗粒形成较大的土团粒，从而使土体强度提高。粒，从而使土体强度提高。水泥水化生成的凝胶粒子的比表面积比原水泥颗粒大水泥水化生成的凝胶粒子的比表面积比原水泥颗粒大10001000倍倍，因而产生很大，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，并封闭各土团之间的空隙，形成坚固的联结。从宏观上来泥土的团粒结构，并封闭各土团之间的空隙，形成坚固的联结。从宏观上来看也就是使水泥土的强度大大提高。看也就是使水泥土的强

19、度大大提高。SiO2+Ca(OH)2+nH20CaOSiO2(n+1)H2O(A12O3) (CaOA12O3(n+1)H2O)（2 2）硬凝反应）硬凝反应 随水泥水化反应的深入，溶液中析出大量的钙离子，当其数量超过上述随水泥水化反应的深入，溶液中析出大量的钙离子，当其数量超过上述离子交换的需要量后，则在碱性的环境中，能使组成粘土矿物的二氧化离子交换的需要量后，则在碱性的环境中，能使组成粘土矿物的二氧化硅及三氧化二铝的一部分或大部分与钙离子进行化学反应。随着反应的硅及三氧化二铝的一部分或大部分与钙离子进行化学反应。随着反应的深入，逐渐生成不溶于水的稳定的结晶化合物，增大了水泥土的强度。深入，逐

20、渐生成不溶于水的稳定的结晶化合物，增大了水泥土的强度。 （3）碳酸化作用）碳酸化作用 水泥水化物中游离的氢氧化钙能吸收空气中的二氧化碳，发生碳酸化水泥水化物中游离的氢氧化钙能吸收空气中的二氧化碳，发生碳酸化反应，生成溶于水的碳酸钙：反应，生成溶于水的碳酸钙： Ca(OH)2+CO2CaCO3+H2O 几个参数几个参数l水灰比水灰比 水与水泥质量之比；水与水泥质量之比；l水泥掺入比水泥掺入比awaw 水泥质量与被加固的软土质量之比；水泥质量与被加固的软土质量之比；l水泥用量水泥用量 某桩径下每延米桩长所使用的水泥质量；某桩径下每延米桩长所使用的水泥质量；l水泥含量水泥含量 单位体积土体中所使用的

21、水泥质量；单位体积土体中所使用的水泥质量；水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质土的天然重度土的天然重度0（kN/m3）水泥掺入比水泥掺入比aw（）（）水泥土的重度水泥土的重度（kN/m3）（-0）/0100%17.1517.180.5%717.220.7%1017.291.1%1217.381.6%1517.411.8%17.1717.250.6%1517.441.7%2017.441.7%17.1517.31.1%1517.52.3%2517.62.9%重度重度由于拌入软土中的水泥浆的重度与软土的重度相近，所以由于拌入软土中的水泥浆的重度与软土的重度相近，所以水泥土的重度与水泥土的重度与

22、天然软土的重度相差不大。天然软土的重度相差不大。土的天然比重土的天然比重水泥掺入比水泥掺入比aw（）（）水泥土的比重水泥土的比重（-0）/0100%2.70652.7080.1%102.7120.2%152.7361.1%202.7682.3%252.7812.8%比重比重由于水泥的比重比一般软土（由于水泥的比重比一般软土（2.652.652.752.75）大，故）大，故水泥土的比重也比天水泥土的比重也比天然土的略高然土的略高。由表可见，尽管水泥掺入比为。由表可见，尽管水泥掺入比为2525时，水泥土的比重也仅时，水泥土的比重也仅比天然软土增加比天然软土增加3 3。l含水量含水量l水泥土在硬凝过

23、程中，由于水泥水化等反应，使部分自由水以结晶水的水泥土在硬凝过程中，由于水泥水化等反应，使部分自由水以结晶水的形式固定下来，故形式固定下来，故水泥土的含水量略低于原土样的含水量水泥土的含水量略低于原土样的含水量，如表所示试，如表所示试验结果，水泥土含水量比原土样的含水量减少验结果，水泥土含水量比原土样的含水量减少0.5%0.5%7.0%7.0%，且随着水泥，且随着水泥掺入比的增加而减小。掺入比的增加而减小。土样含水量土样含水量w0水泥掺入比水泥掺入比aw（）（）水灰比水灰比水泥土含水量水泥土含水量w含水量减少量含水量减少量w0 -w46.630.541.05.6541.84.8741.94.7

24、1041.25.41540.46.22039.47.25050.549.60.4748.91.11047.72.31246.93.11546.13.9渗透性渗透性Okumura以及以及Suzuki等通过大量的试验，得到等通过大量的试验，得到水泥土的渗水泥土的渗透性随含水量减小而降低，随水泥用量增大而降低的结论，透性随含水量减小而降低，随水泥用量增大而降低的结论，并且得到当水泥用量达到并且得到当水泥用量达到1520时，水泥土的渗透系时，水泥土的渗透系数比原状土小二到三个数量级。数比原状土小二到三个数量级。 水泥土被用作深基坑开挖和大坝用的防水帐幕、垃圾处理水泥土被用作深基坑开挖和大坝用的防水帐幕

25、、垃圾处理场的防渗处理等工程时，其低渗透性起了重要作用。场的防渗处理等工程时，其低渗透性起了重要作用。0.0010.010.11100510152025Cement Content, acw (%)Permeability, k (x10-5 cm/s)Soil 1Soil 2Soil 3Permeability of Soil-Cement MixtureHan et al. (2002)wi 12.6pH12.6时，水化反应的主要生成物水化硅酸三钙会产生逆向反应时，水化反应的主要生成物水化硅酸三钙会产生逆向反应, ,这样大大降低水泥土的强度。这样大大降低水泥土的强度。 3CaO2SiO2x

26、H2O3CaO2SiO2xH2O +Ca(OH)2 (C3S2HX) (Hydrated gel)粘粒含量粘粒含量Masaaki Gotoh研究发现，粘粒含量越高，其加固强度越低。研究发现，粘粒含量越高，其加固强度越低。Woo认为认为土的塑限土的塑限增大或者粘粒含量增大，水泥的加固效果也越差增大或者粘粒含量增大，水泥的加固效果也越差。图为某一水泥掺量时，细粒土。图为某一水泥掺量时，细粒土含量对抗压强度的影响。含量对抗压强度的影响。有机质含量及含盐量有机质含量及含盐量MiuraMiura等通过大量的试验，得到等通过大量的试验，得到有机质含量小于有机质含量小于6 6时，用石灰加固效果优于水时，用石

27、灰加固效果优于水泥加固，但当有机质含量超过泥加固，但当有机质含量超过8 8时，水泥加固比用石灰加固效果好时，水泥加固比用石灰加固效果好，见图。为，见图。为了克服有机质对强度提高的影响，需要使用大量的石灰和水泥进行加固，也会了克服有机质对强度提高的影响，需要使用大量的石灰和水泥进行加固，也会出现过剩的未参加反应的石灰和水泥，并且得到它们在短期内对水泥土的强度出现过剩的未参加反应的石灰和水泥，并且得到它们在短期内对水泥土的强度影响不大。影响不大。BromsBroms指出指出在含盐量较高的海相软土进行水泥加固时，由于絮凝作用其强度大大在含盐量较高的海相软土进行水泥加固时，由于絮凝作用其强度大大降低。

28、降低。MiuraMiura等通过对土中加入盐配制不同含盐量的试料土，然后进行水泥或者等通过对土中加入盐配制不同含盐量的试料土，然后进行水泥或者石灰加固试验，试验结果见图。从图形中可以看到，当含盐量增加到一定时，石灰加固试验，试验结果见图。从图形中可以看到，当含盐量增加到一定时，强度随含盐量增大而增大。但是，强度随含盐量增大而增大。但是，当土中含有当土中含有SOSO4 42-2-时，对水泥的水化将起到阻时，对水泥的水化将起到阻碍作用。碍作用。 Effect of Organic Content抗拉强度抗拉强度水泥土的抗拉强度可以由传统的拉伸试验和劈裂试验确定。随着无侧限抗水泥土的抗拉强度可以由传

29、统的拉伸试验和劈裂试验确定。随着无侧限抗压强度的增长而提高。抗拉强度与抗压强度之比随抗压强度的增加而减小。压强度的增长而提高。抗拉强度与抗压强度之比随抗压强度的增加而减小。抗剪强度抗剪强度北京市水利科学研究院通过对大量的不同细粒状土料、不北京市水利科学研究院通过对大量的不同细粒状土料、不同水泥掺量的水泥土剪切试验，得到水泥土的凝聚力同水泥掺量的水泥土剪切试验，得到水泥土的凝聚力C和内和内摩擦角摩擦角随水泥掺量增加而增加，并通过回归分析得到凝聚随水泥掺量增加而增加，并通过回归分析得到凝聚力力C和抗压强度的关系式：和抗压强度的关系式：C=0.048+0.225qu 00.475fcuf2029.8

30、0.390.000016fcucuff当水泥土的当水泥土的fcu1MPafcu1MPafcu1MPa时时SaitohSaitoh等（等（19801980）研究了水泥土无竖向压力时的）研究了水泥土无竖向压力时的直剪强度与无侧限抗压直剪强度与无侧限抗压强度间关系：强度间关系：变形模量变形模量变形模量（刚度）是水泥土设计的重要参数，例如地基的沉降分析和动变形模量（刚度）是水泥土设计的重要参数，例如地基的沉降分析和动力反应分析都需要用到变形模量（刚度）。通常定义：力反应分析都需要用到变形模量（刚度）。通常定义：当正应力达当正应力达50%无侧限抗压强度时，水泥土的应力与应变的比值，称之为水泥土的变形无侧

31、限抗压强度时，水泥土的应力与应变的比值，称之为水泥土的变形模量模量E50。Terashi等研究了等研究了Honmoku海相软土和海相软土和Kawasaki软土，得到了软土，得到了无侧限抗压强度和变形模量之间的关系无侧限抗压强度和变形模量之间的关系：当：当qu1500kPa, E50(2001000)qu。Saitoh通过大量的试验得到了在水泥通过大量的试验得到了在水泥用量用量415时，时，E50(3501000)qu。 压缩系数和压缩模量压缩系数和压缩模量l水泥土的压缩系数约为水泥土的压缩系数约为(2.03.5)10-5(kPa)-1，其相应的压，其相应的压缩模量缩模量Es=60100MPa，

32、小于变形模量，这是因为无侧限，小于变形模量，这是因为无侧限抗压时桩体多呈脆性破坏，其变形较小的缘故。抗压时桩体多呈脆性破坏，其变形较小的缘故。我国规范我国规范说明中提出说明中提出Ep(100120)fcu,k，fcu,k为为70.7mm立方体室内立方体室内配制时的无侧限抗压强度。配制时的无侧限抗压强度。水泥土搅拌桩设计与施工水泥土搅拌桩设计与施工l设计参数设计参数l施工工艺施工工艺l质量控制质量控制水泥土搅拌桩设计水泥土搅拌桩设计l地质勘察要求地质勘察要求土质分析（有机质，可溶盐，总烧失量）土质分析（有机质，可溶盐，总烧失量）水质分析（地下水水质分析（地下水PH值，硫酸盐含量）值，硫酸盐含量）

33、l固化剂固化剂 宜选用强度等级为宜选用强度等级为32.5级以上的普通硅酸盐水泥，水泥掺量宜为级以上的普通硅酸盐水泥，水泥掺量宜为1220。l加固形式加固形式柱状，壁状，块状柱状，壁状，块状l加固范围加固范围工民建：可仅在上部结构基础范围内部桩，不必象柔性桩一样在基础工民建：可仅在上部结构基础范围内部桩，不必象柔性桩一样在基础以外设置保护桩。以外设置保护桩。公路工程：路堤范围内，路堤坡脚外侧仍需打设两排；公路工程：路堤范围内，路堤坡脚外侧仍需打设两排；l垫层垫层l应在基础和桩之间设置应在基础和桩之间设置200300mm厚褥垫层，其材料可厚褥垫层，其材料可选用中砂、粗砂、级配砂石等，最大粒径不宜大

34、于选用中砂、粗砂、级配砂石等，最大粒径不宜大于20mm。水泥土搅拌桩设计计算水泥土搅拌桩设计计算l单桩承载力，由桩身材料强度确定的单桩承载力；由桩周单桩承载力，由桩身材料强度确定的单桩承载力；由桩周土和桩端土所提供的单桩承载力。土和桩端土所提供的单桩承载力。：1napsi ippiRuq lq AacupRf AIta：桩身强度折减系数，干法：桩身强度折减系数，干法0.2-0.3；湿法；湿法0.25-0.33；fcu：与桩身水泥土相同配比室内加固土试块在标准养护条件下：与桩身水泥土相同配比室内加固土试块在标准养护条件下90d龄期时的龄期时的抗压强度平均值；抗压强度平均值；Up：桩身周长；：桩身

35、周长；alpha：桩端天然地基土承载力折减系数，可取：桩端天然地基土承载力折减系数，可取0.4-0.6；qsi：桩间第：桩间第i层土摩阻力特征值，淤泥层土摩阻力特征值，淤泥4-7kPa；淤泥质土：；淤泥质土：6-12kPa；软塑黏土：；软塑黏土：10-15kPa；可塑黏土：；可塑黏土：12-18kPa；qp：桩端地基土未经修正的承载力特征值；：桩端地基土未经修正的承载力特征值；在单桩设计时应尽可能使土对桩的支撑力与桩身强度所确在单桩设计时应尽可能使土对桩的支撑力与桩身强度所确定的承载力相近，并使后者略大于前者最为经济。因而搅定的承载力相近，并使后者略大于前者最为经济。因而搅拌桩设计拌桩设计主要

36、是确定桩长和选择水泥掺入比主要是确定桩长和选择水泥掺入比。当土质条件和施工条件限制施工深度时，可先确定桩长，当土质条件和施工条件限制施工深度时，可先确定桩长，然后在确定掺入比。然后在确定掺入比。当加固深度不受限制时，可以根据室内配合比试验资料选当加固深度不受限制时，可以根据室内配合比试验资料选定水泥掺入比，再确定桩长。定水泥掺入比，再确定桩长。直接根据上部结构对地基承载力的要求确定水泥掺入比。直接根据上部结构对地基承载力的要求确定水泥掺入比。1aspkskpRfmm fAfspk：复合地基承载力特征值：复合地基承载力特征值(kPa)；m： 面积置换率；面积置换率；fsk: 处理后桩间土承载力特

37、征值处理后桩间土承载力特征值(kPa);Ap： 单桩平均截面积单桩平均截面积(m2)；Beta: 桩间土承载力折减系数；桩间土承载力折减系数；（反映桩土共同作用的参数）（反映桩土共同作用的参数）Ra: 单桩竖向承载力特征值单桩竖向承载力特征值(kN);复合地基承载力复合地基承载力spkskaskpffmRfA根据设计要求的单桩承载力特征值根据设计要求的单桩承载力特征值Ra和复合地基承载力和复合地基承载力特征值特征值fspk计算搅拌桩的置换率和总桩数计算搅拌桩的置换率和总桩数n：pmAnA根据上部结构特点及对地基承载力和变形的要求选择柱状、壁状、格栅状、根据上部结构特点及对地基承载力和变形的要求

38、选择柱状、壁状、格栅状、块状等加固形式。柱状加固多采用正方形、等边三角形等布置。块状等加固形式。柱状加固多采用正方形、等边三角形等布置。软弱下卧层强度验算软弱下卧层强度验算l应力扩散法应力扩散法zczzppf02 tanczb pppbh02 tan2 tanczlb pppbhlhPz:软弱下卧层顶面处附加应力；软弱下卧层顶面处附加应力；pcz:软弱下卧层顶面处土的自重应力；软弱下卧层顶面处土的自重应力；Fz:软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值；软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值；P0:基底平均压力；基底平均压力；B:矩形基础矩形基础 和条形基础底边宽度；和条形基础底

39、边宽度；L:矩形基础底边长度；矩形基础底边长度；Pc:基础底面处土的自重应力；基础底面处土的自重应力；H:基础底面至软弱下卧层顶面的距离；基础底面至软弱下卧层顶面的距离；Theta:地基压力扩散角；地基压力扩散角；复合地基沉降计算原理复合地基沉降计算原理复合地基沉降计算示意图复合地基沉降计算示意图复合地基加固区S2S1Lzn荷载加固区下卧层12sss 复合地基复合地基S1的沉降计算的沉降计算注：注：Es、Ep和和Eps分析基体、桩体和复合地基压缩模量；分析基体、桩体和复合地基压缩模量； pBoussenesq弹性应力解；弹性应力解； p复合地基上的作用荷载；复合地基上的作用荷载；pb0-桩体底

40、端土的承载力；桩体底端土的承载力； 、l分别为桩体刚性刺入量、桩长。分别为桩体刚性刺入量、桩长。加固区压缩量加固区压缩量S1水泥土搅拌桩复合地基的变形计算水泥土搅拌桩复合地基的变形计算p0z=pz- Lp0EsEpLSettlement within composite soil foundationpsz001E2LppssspspsEa1EaEorspsE1nm1ESettlement underneath composite soil foundation- using conventional methods12sss下卧层沉降下卧层沉降S2计算计算l土变形规律和指标与传统分层总和法相同，即采用压缩规土变形规律和指标与传统分层总和法相同，即采用压缩规律和压缩指标；律和压缩指标；l下卧层附加应力计算，将加固区底面附加应力下卧层附加应力