地基处理课件—6化学加固法

1、地基处理地基处理 (subgrade Treatment/Improvement)第第6章章 化学加固化学加固（Chemical Stabilization）6.1 概述(Summary)6.2 水泥土搅拌法(Cement Deep Mixing)6.3 高压喷射注浆法(Jet Grouting)6.4 灌浆法(Grouting)化学加固法化学加固法(Chemical Stabilization) 利用水泥浆液、黏土浆液或其他化学浆液，通过机械搅拌、高压喷射或灌注压入，使浆液与土颗粒胶结起来，以改善地基土的物理和力学性质的地基处理方法。6.1 概述概述(Summary)化学加固法化学加固法水泥

2、土搅拌法 / Cement Deep Mixing高压喷射注浆法 / Jet grouting灌浆法 / GroutingCement Deep Mixing喷水泥搅拌法 / Wet Jet Mixing粉体喷射泥搅拌法 / Dry Jet MixingJet grouting旋喷法定喷法摆喷法Grouting渗透灌浆法劈裂灌浆法挤密灌浆法电动化学灌浆法6.2 水泥土搅拌法水泥土搅拌法(Cement Deep Mixing)1、概述、概述 水泥土搅拌法适用处理的土质水泥土搅拌法适用处理的土质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、黏适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、

3、饱和黄土、素填土、黏性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。用于处理泥炭土、有机质土、塑性指数大于用于处理泥炭土、有机质土、塑性指数大于25的黏土、地下水具有腐蚀的黏土、地下水具有腐蚀性以及无工程经验的地区时，必须通过现场试验确定其适用性。性以及无工程经验的地区时，必须通过现场试验确定其适用性。 水泥土搅拌法适用处理的工况水泥土搅拌法适用处理的工况处理建筑物地基、厂房内具有地面荷载的地坪、高填方路堤下基层等；处理建筑物地基、厂房内具有地面荷载的地坪、高填方路堤下基层等；进行大面积地基加固；进行大面积地基加固；码头和深基坑工程；码头和深基坑工程；作为地

4、下防渗墙以阻止地下渗透水流作为地下防渗墙以阻止地下渗透水流2、加固原理、加固原理基本原理基本原理基于水泥加固土的物理化学反应过程。基于水泥加固土的物理化学反应过程。(1) (1) 水泥的水解和水化反应水泥的水解和水化反应 水泥表面的矿物与水发生反应，生成氢氧化钙等化合物。水泥表面的矿物与水发生反应，生成氢氧化钙等化合物。(2) (2) 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 离子交换和团粒化作用离子交换和团粒化作用形成水泥土团粒结构形成水泥土团粒结构 硬凝反应硬凝反应形成不溶于水的稳定结晶化合物形成不溶于水的稳定结晶化合物(3) (3) 碳酸化作用碳酸化作用 氢氧化钙与空气中的二

5、氧化碳生成碳酸钙。氢氧化钙与空气中的二氧化碳生成碳酸钙。3、水泥土的工程特性、水泥土的工程特性(1) (1) 物理特性物理特性 含水量含水量比原土样含水量减少比原土样含水量减少0.57。 重度重度比原土样重度增加比原土样重度增加0.53。 渗透系数渗透系数10-810-5 cm/s(2) (2) 力学性质力学性质 无侧限抗压强度无侧限抗压强度3004000kPa。 抗拉强度抗拉强度随抗压强度的提高而增大。随抗压强度的提高而增大。 抗剪强度抗剪强度随抗压强度的提高而增大，破坏时剪切面与最大主应随抗压强度的提高而增大，破坏时剪切面与最大主应力面夹角约为力面夹角约为60 变形模量变形模量120150

6、倍的无侧限抗压强度。倍的无侧限抗压强度。 压缩系数和压缩模量压缩系数和压缩模量压缩系数压缩系数23.5105(kPa)-1，压缩模量，压缩模量60100MPa3、水泥土的工程特性、水泥土的工程特性(3) (3) 水泥土的抗冻性能水泥土的抗冻性能 自然温度不低于自然温度不低于15的条件下，冻胀对水泥土结构损害甚微。的条件下，冻胀对水泥土结构损害甚微。 只要地温不低于只要地温不低于10，就可以采用深层搅拌法的冬季施工。，就可以采用深层搅拌法的冬季施工。4、水泥土搅拌桩的设计、水泥土搅拌桩的设计(1) (1) 设计步骤设计步骤 根据地层结构采用适当的方法进行沉降计算，由建筑物对变形的要根据地层结构采

7、用适当的方法进行沉降计算，由建筑物对变形的要求确定加固深度，即选择施工桩长。求确定加固深度，即选择施工桩长。 根据土质条件、固化剂掺量、室内配比试验和现场工程经验选择桩根据土质条件、固化剂掺量、室内配比试验和现场工程经验选择桩身强度和水泥掺入量及有关施工参数。身强度和水泥掺入量及有关施工参数。 根据桩身强度的大小及桩的断面尺寸，估算单桩承载力。根据桩身强度的大小及桩的断面尺寸，估算单桩承载力。 根据单桩承载力、有效桩长和上部结构要求达到的复合地基承载力，根据单桩承载力、有效桩长和上部结构要求达到的复合地基承载力，计算桩土面积置换率。计算桩土面积置换率。 根据桩土面积置换率和基础形式进行布桩，桩

8、可在基础平面范围内根据桩土面积置换率和基础形式进行布桩，桩可在基础平面范围内布置。布置。 根据桩在基础平面范围内的布置，进行承载力和沉降验算。根据桩在基础平面范围内的布置，进行承载力和沉降验算。4、水泥土搅拌桩的设计、水泥土搅拌桩的设计(2) (2) 布桩形式选择布桩形式选择 柱状布桩柱状布桩 每隔一定距离打设一根搅拌桩。每隔一定距离打设一根搅拌桩。 适用于单层工业厂房独立柱基础和多层房屋条形基础下的地基加固。适用于单层工业厂房独立柱基础和多层房屋条形基础下的地基加固。 壁状布桩壁状布桩 将相邻搅拌桩部分重叠搭接成为壁状加固形式。将相邻搅拌桩部分重叠搭接成为壁状加固形式。 适用于深基坑开挖时的

9、边坡加固，以及条形下的地基加固。适用于深基坑开挖时的边坡加固，以及条形下的地基加固。 块状布桩块状布桩 纵横方向的壁状布桩。纵横方向的壁状布桩。 适用于软土地区的深基坑开挖，以便防止坑底隆起。适用于软土地区的深基坑开挖，以便防止坑底隆起。4、水泥土搅拌桩的设计、水泥土搅拌桩的设计(3) (3) 布桩范围确定布桩范围确定 搅拌桩强度和刚度介于刚性桩和柔性桩之间的一种桩型。搅拌桩强度和刚度介于刚性桩和柔性桩之间的一种桩型。 因此可仅在上部结构基础范围内布桩。因此可仅在上部结构基础范围内布桩。5、水泥土搅拌桩的计算、水泥土搅拌桩的计算 (1) (1) 单桩竖向承载力的计算单桩竖向承载力的计算1nap

10、si ippiRuq lq AacupRf AdkPa.mi.cupsipfuqq式中：与搅拌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，90 龄期的立方体抗压强度平均值，桩身强度折减系数，对干法可取0203，对湿法可取025033桩的周长，桩周第 层土的侧摩阻力特征值桩端土地基土未经修正的承载力特征值桩端天然地基土的承载力折减系数，可取04065、水泥土搅拌桩的计算、水泥土搅拌桩的计算 (2) (2) 复合地基的设计计算复合地基的设计计算 加固后搅拌桩复合地基承载特征值可按下式计算：加固后搅拌桩复合地基承载特征值可按下式计算：(1)aspkskpspkaskRfmm fAfmRf式

11、中：复合地基承载力特征值面积置换率单桩竖向承载力特征值桩间土承载力折减系数处理后桩间土承载力特征值，可取天然地基承载力特征值5、水泥土搅拌桩的计算、水泥土搅拌桩的计算 (2) (2) 复合地基的设计计算复合地基的设计计算 根据设计要求的单桩竖向承载力特征值和复合地基承根据设计要求的单桩竖向承载力特征值和复合地基承载力特征值，搅拌桩的置换率和总桩数：载力特征值，搅拌桩的置换率和总桩数：spkskaskpffmRfApmAnA式中：A 为地基加固的面积。5、水泥土搅拌桩的计算、水泥土搅拌桩的计算 (3) (3) 沉降计算沉降计算 搅拌桩复合土层的压缩变形可按下式计算：搅拌桩复合土层的压缩变形可按下

12、式计算：11()2(1)zzspsppspplsEEmEm E1zzpp式中：搅拌桩复合土层顶面的附加压力值搅拌桩复合土层底面的附加压力值pcusEfE搅拌桩的压缩模量，可取(100120)桩间土的压缩模量 桩端以下未加固区土层的压缩变形可按桩端以下未加固区土层的压缩变形可按GB50007-2002的有关规定进行计算的有关规定进行计算例题例题1：已知地基土为厚层淤泥质粉质粘土，桩间土承载力特征值：已知地基土为厚层淤泥质粉质粘土，桩间土承载力特征值fsk100kPa，采用水泥土搅拌桩法处理，桩身水泥土试块立方体抗压，采用水泥土搅拌桩法处理，桩身水泥土试块立方体抗压强度为强度为fcu900kPa，

13、桩身强度折减系数为，桩身强度折减系数为0.3，单桩载荷试验单桩竖，单桩载荷试验单桩竖向承载力特征值为向承载力特征值为200kN，桩身横截面积，桩身横截面积0.7m2，基础面积为，基础面积为200m2，根据设计要求处理后的复合地基承载力，桩间土承载力折减系数根据设计要求处理后的复合地基承载力，桩间土承载力折减系数0.7。（1）求置换率和所需的桩数）求置换率和所需的桩数（2）若水泥土桩身的压缩模量为）若水泥土桩身的压缩模量为20MPa，桩长，桩长15m，桩间土的压缩，桩间土的压缩模量为模量为2.5MPa，置换率，置换率0.25，水泥搅拌桩顶面的附件压力，水泥搅拌桩顶面的附件压力100kPa，底面的

14、附加压力为底面的附加压力为70kPa，求水泥搅拌桩复合地基沉降。，求水泥搅拌桩复合地基沉降。 例题例题2：某住宅筏形基础：某住宅筏形基础12m50m，基础埋深，基础埋深3.2m，基础底面荷载，基础底面荷载标准值为标准值为180kPa，天然地基，天然地基fak110kPa，r18.5kN/m3，Es5.6MPa，地基采用水泥土搅拌桩复合地基处理，桩径，地基采用水泥土搅拌桩复合地基处理，桩径0.5m，桩长，桩长8m，置换率置换率m0.165，搅拌桩压缩模量为，搅拌桩压缩模量为120MPa，复合地基土层压力扩，复合地基土层压力扩散角为散角为20度。度。（1）求搅拌桩复合地基的压缩变形）求搅拌桩复合地

15、基的压缩变形（2）若桩身承载力特征值为）若桩身承载力特征值为350kN，桩土间折减系数，桩土间折减系数0.8m，搅拌桩，搅拌桩复合地基的承载力特征值复合地基的承载力特征值（3）若只在基础范围内布桩，该基础应布桩多少根）若只在基础范围内布桩，该基础应布桩多少根例题例题3：在水泥搅拌法中，形成了水泥加固体，其中水泥在其中应作：在水泥搅拌法中，形成了水泥加固体，其中水泥在其中应作为（）为（）A、拌和剂、拌和剂 B、主固化剂、主固化剂 C、添加剂、添加剂 D、溶剂、溶剂例例4：深层搅拌法加固地基时，对于承受竖向荷载的水泥土强度宜取：深层搅拌法加固地基时，对于承受竖向荷载的水泥土强度宜取（）（）d龄期试

16、块的立方体无侧限抗压强度平均值。龄期试块的立方体无侧限抗压强度平均值。A、7 B、14 C、28 D、90例例5：水泥土搅拌桩施工前应根据设计进行工艺性试桩，数量不得少：水泥土搅拌桩施工前应根据设计进行工艺性试桩，数量不得少于（）根。于（）根。A、1 B、2 C、3 D、4例例6：竖向承载水泥搅拌桩施工时，停浆面应高于桩顶设计标高（）：竖向承载水泥搅拌桩施工时，停浆面应高于桩顶设计标高（）mm。A、100200 B、200300 C、300500 D、5008006.3 高压喷射注浆法高压喷射注浆法(Jet Grouting)1、概述、概述 旋喷、定喷和摆喷法施工的简介旋喷、定喷和摆喷法施工的

17、简介旋喷法旋喷法喷嘴一边喷射一边旋转并提升，固结体呈圆柱状。喷嘴一边喷射一边旋转并提升，固结体呈圆柱状。定喷法定喷法喷嘴一面喷射一面提升，固结体形如板状或壁状。喷嘴一面喷射一面提升，固结体形如板状或壁状。摆喷法摆喷法喷嘴一边喷射一边提升，喷射的方向呈较小角度来回摆动，喷嘴一边喷射一边提升，喷射的方向呈较小角度来回摆动，固结体形如较厚墙状。固结体形如较厚墙状。 喷射的基本工艺类型喷射的基本工艺类型单管法单管法二重管法二重管法双通道的二重注浆管双通道的二重注浆管三重管法三重管法分别输送水、气、浆三种介质的三重注浆管分别输送水、气、浆三种介质的三重注浆管多重管法多重管法1、概述、概述 高压喷射注浆适

18、用土质条件：高压喷射注浆适用土质条件：淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑粘性土、粉土、黄土、砂土、淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑粘性土、粉土、黄土、砂土、 素填土和碎石土等地基。素填土和碎石土等地基。对于地下水流速过大喷射浆液无法在注浆管周围凝固、无填充物对于地下水流速过大喷射浆液无法在注浆管周围凝固、无填充物的岩溶地段、永冻土和对水泥有严重腐蚀的地基，均不宜采用高的岩溶地段、永冻土和对水泥有严重腐蚀的地基，均不宜采用高压喷射注浆法。压喷射注浆法。 高压喷射注浆工程使用范围：高压喷射注浆工程使用范围：深基坑、地铁、坝基工程的加固和深基坑、地铁、坝基工程的加固和防水。防水。宜作为地基加固和基础防

19、渗之用。宜作为地基加固和基础防渗之用。6.3 高压喷射注浆法高压喷射注浆法(Jet Grouting)2、加固原理、加固原理 (1) 高压喷射流对土体的破坏作用高压喷射流对土体的破坏作用 冲击破坏土体，使土体与浆液搅拌混合。冲击破坏土体，使土体与浆液搅拌混合。 (2) 水水(浆浆)、气同轴喷射流对土的破坏作用、气同轴喷射流对土的破坏作用 冲击破坏土体，使土体与浆液搅拌混合。冲击破坏土体，使土体与浆液搅拌混合。 (3) 水泥与土的固结水泥与土的固结 水泥和水拌和后，首先形成胶凝体，水泥和水拌和后，首先形成胶凝体， 进一步产生结晶体进一步产生结晶体 最终凝固成圆柱状的固结体。最终凝固成圆柱状的固结

20、体。3、加固土的基本性状、加固土的基本性状 (1) 直径较大直径较大 (2) 固结体的形状可变固结体的形状可变 (3) 质量轻质量轻 (4) 渗透性差渗透性差具有一定的防渗性能具有一定的防渗性能 (5) 固结强度高固结强度高 (6) 单桩承载力高单桩承载力高4、设计计算、设计计算 (1) 注浆材料及浆量计算注浆材料及浆量计算注浆材料注浆材料32.5级以上的普通硅酸盐水泥级以上的普通硅酸盐水泥水灰比水灰比0.81.5，常用，常用1.0浆量计算方法：体积法和喷量法，取两者中大者作为喷射浆量浆量计算方法：体积法和喷量法，取两者中大者作为喷射浆量(2) 桩径计算桩径计算参考规范上提供的单管法、双管法和

21、三管法的表格参考规范上提供的单管法、双管法和三管法的表格(3) 承载力计算承载力计算(1)aspkskpspkaskRfmm fAfmRf式中：复合地基承载力特征值面积置换率单桩竖向承载力特征值桩间土承载力折减系数处理后桩间土承载力特征值，可取天然地基承载力特征值(4)(4)单桩竖向承载力的计算单桩竖向承载力的计算1napsi ippiRuq lq AacupRf A(5)(5)构造要求构造要求竖向承载时独立基础下的旋喷桩数不应少于竖向承载时独立基础下的旋喷桩数不应少于4根；根；竖向承载旋喷复合地基宜在基础与桩顶之间设置褥垫层。厚度可竖向承载旋喷复合地基宜在基础与桩顶之间设置褥垫层。厚度可取取

22、200300mm；高压喷射注浆法用于处理深基坑、地铁等工程形成连续体时，相高压喷射注浆法用于处理深基坑、地铁等工程形成连续体时，相邻桩搭接长度不宜小于邻桩搭接长度不宜小于300mm5、质量检验、质量检验 检验点的位置应布置在下列部位：检验点的位置应布置在下列部位：有代表性的桩位；有代表性的桩位；施工中出现异常情况的部位；施工中出现异常情况的部位；地基情况复杂，可能对高压喷射注浆产生影响的部位。地基情况复杂，可能对高压喷射注浆产生影响的部位。 检验点数量为施工注浆孔数的检验点数量为施工注浆孔数的1，并不应小于，并不应小于3点。点。 检验在高压喷射注浆结束后检验在高压喷射注浆结束后28d进行。进行

23、。(1) 静载荷试桩数量为总桩数的静载荷试桩数量为总桩数的0.51，且每个单体工程，且每个单体工程的试验数量不宜少于的试验数量不宜少于3点。点。6.4 灌浆法灌浆法(Grouting)1、概述、概述 灌浆法基本概念灌浆法基本概念根据液压、气压或电化学原理，通过注浆管把浆液均匀地注入地根据液压、气压或电化学原理，通过注浆管把浆液均匀地注入地层中，浆液以填充、渗透和挤密等方式，赶走土颗粒间或岩石裂层中，浆液以填充、渗透和挤密等方式，赶走土颗粒间或岩石裂隙中的水分和空气后占据其位置，经人工控制一定时间后，浆液隙中的水分和空气后占据其位置，经人工控制一定时间后，浆液将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体

24、，形成一个结构新、强将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体，形成一个结构新、强度大、防水性能好和化学稳定性良好的度大、防水性能好和化学稳定性良好的“结石体结石体”。2、浆液材料、浆液材料 浆液组成浆液组成主剂主剂(原材料原材料)、溶剂、溶剂(水或其他溶剂水或其他溶剂)及各种外加剂混合而成。及各种外加剂混合而成。主剂主剂灌浆材料灌浆材料外加剂起的作用外加剂起的作用固化剂、催化剂、速凝剂、缓凝剂和悬浮剂。固化剂、催化剂、速凝剂、缓凝剂和悬浮剂。 (1) 浆液材料分类浆液材料分类按浆液所处状态按浆液所处状态真溶液、悬浮液和乳化液。真溶液、悬浮液和乳化液。按工艺性质按工艺性质单浆液和双浆液。单浆液和双浆液。按主剂性质按主剂性质无机系和有机系。无机系和有机系。2、浆液材料、浆液材料 (2) 浆液性质浆液性质材料分散度材料分散度分散度越高，可灌性越好。分散度越高，