地基处理深层搅拌法培训讲义（ppt共64）

合肥肥工工业业大大学学土木木与与水水利利工工程程学学院院赵静静地基基处处理理GroundTreatment第五五章章深深层层搅搅拌拌法法1、概概念念：：利它是是利利用用水泥泥(或石石灰灰））等材材料料作作为为固化化剂剂，通通过过特特制制的的搅拌拌机机械械，在在地地基基深深处处就就地地将将软软土土和和固固化化剂剂(浆液液或或粉粉体体））强制制搅搅拌拌，由由固固化化剂剂和和软软土土间间所所产产生生的的一一系系列列物理理-化学学反反应应，使使软软土土硬结结成具具有有整整体体性性、、水水稳稳定定性性和和一一定定强强度度的的水水泥泥加加固固土土，，从从而而提提高高地地基基强强度度和和增增大大变变形形模模量量。。根据据施工工方方法法的不不同同，，水水泥泥土土搅搅拌拌法法分分为为水泥泥浆浆搅搅拌拌和粉体体喷喷射射搅搅拌拌两种种。。前前者者是是用用水泥泥浆浆和地地基基土土搅搅拌拌，，后后者者是是用用水泥泥粉粉或石灰灰粉粉和地地基基土土搅搅拌拌。。一、、概概述述2、发发展展（P72）20世纪纪20年代代：：美美国国、、西西欧欧；；水水泥泥土土二战战后后，，就就地地搅搅拌拌桩桩（（MIP，mixed-in-place-pile），，DCM（Deepcementmixing）等等20世纪纪50年代代，，传传入入日日本本，，较较快快发发展展20世纪纪70年代代末末，，我我国国引引进进3、优优点点：：（1）～～（（9）一、、概概述述4、适适用用情情况况：：水泥泥土土搅搅拌拌法法适用用于于处理理正正常常固固结结的的淤淤泥泥与与淤淤泥泥质质土土、、粉粉土土、、饱饱和和黄黄土土、、素素填填土土、、粘粘性性土土以以及及无无流流动动地地下下水水的的饱饱和和松松散散砂砂上上等等地地基基。。当地地基基土土的的天天然然含含水水量量小小于于3%（黄黄土土含含水水量量小小于于25%）、、大大于于70%或地地下下水水的的pH值小小于于4时不不宜宜采采用用干干法法。。冬冬期期施施工工时时，，应应注注意意负负温温对对处处理理效效果果的的影影响响。。需要要作作试试验验确确定定情情况况：：泥泥炭炭土土、、地地下下水水具具有有侵侵蚀蚀性性的的土土加固固效效果果较较差差情情况况：：有有机机质质含含量量高高、、生生活活垃垃圾圾类类填填土土一、、概概述述（一一））水水泥泥的的水水解解和和水水化化发发应应：：CaO、SiO2、Al2O3→Ca(OH)2、CaSiO3·nH2O等（二二））土土颗颗粒粒与与水水泥泥水水化化物物的的作作用用当水水泥泥的的各各种种水水化化物物生生成成后后，，有有的的自自身身继继续续硬硬化化，，形形成成水水泥泥石石骨骨架架;有的的则则与与其其周周围围具具有有一一定定活活性性的的粘粘土土颗颗粒粒发生生反反应应：(1)离子子交交换换和和团团粒粒化化作作用用：Na+、K＋←→→Ca2+，形形成成大大颗颗粒粒，，强强度度提提高高。。(2)硬凝凝反反应应：生生成成不不溶溶于于水水的的结结晶晶化化合合物物。。（三三））碳碳酸酸化化作作用用生成不溶溶于水的的碳酸钙，使水泥泥土增加加强度。二、加固固机理（（微观角角度）（一）石石灰吸水水作用（二）石石灰发热热（三）石石灰吸水水膨胀（四）离离子交换换作用与与土粒的的凝聚作作用（五）石石灰的胶胶凝作用用二、加固固机理（（微观角角度）（一）桩桩身材料料：水泥、水水泥系固固化材料料、石灰灰（二）水水泥土的的物理性性质：含水量(减少0.5~7%)重度(增加0.5~3%)相对密度度（应是比重重，增加0.7~2.5%）渗透(10-8~10-5cm/s，低渗透透性)三、水泥泥加固土土的工程程特性（三）力力学性能能1、无侧限限抗压强强度及其其影响因因素水泥土的的无侧限限抗压强强度：一般为300～4000kPa，即比天天然软土土大几十十倍至数数百倍。。其变形形特征随随强度不不同而介于脆性性体与弹弹塑体之之间。三、水泥泥加固土土的工程程特性（三）力力学性能能1、无侧限限抗压强强度及其其影响因因素影响水泥泥土的无无侧限抗抗压强度度的因素素：水泥掺入入比、水水泥标号号、龄期期、含水水量、有有机质含含量、外外掺剂、、养护条条件及土土性等。。（1）水泥掺掺入比aw对强度的的影响掺入比aw概念小于5%时反应微微弱要求必须须大于10%aw~fcu经验公式式(见书)三、水泥泥加固土土的工程程特性（三）力力学性能能1、无侧限限抗压强强度及其其影响因因素影响水泥泥土的无无侧限抗抗压强度度的因素素：（2）龄期对对强度的的影响水泥土3个月作为为强度标标准值（3）水泥强强度等级级对强度度的影响响水泥土的的强度随随水泥标标号的提提高而增增加（4）土样含含水量对对强度的的影响无侧限抗抗压强度度随着土土样含水水量的降降低而增增大，一一般含水水量w降低10%强度增加加10~50%三、水泥泥加固土土的工程程特性（三）力力学性能能1、无侧限限抗压强强度及其其影响因因素影响水泥泥土的无无侧限抗抗压强度度的因素素：（5）土样中中有机质质含量对对强度影影响有机质含含量少的的水泥土土强度比比有机质含含量高的水泥土土强度大大得多。。（6）外掺剂剂对强度度的影响响掺加粉煤灰的水泥土土，其强强度一般般都比不不掺粉煤煤灰的有有所增长长。（7）养护方方法温度湿度度：对短龄期水水泥土强强度的影响很很大，对对水泥土土后期强度度的影响较较小。。三、水泥泥加固土土的工程程特性（三）力力学性能能2、抗拉强强度水泥土σt随fcu的增长而而提高，，幂函数数关系。。3、抗剪强强度水泥土抗剪强度度随fcu的增长而而提高。。当fcu=0.5～4MPa时，粘聚聚力c在100～1000KPa，在20～30。4、变形模量(无侧限)--土力学当σv达50％fcu时，水泥泥土的应应力与应应变的比比值，称称之为水泥土的的变形模模量E50。E50=126fcu5、压缩系数和压缩模量（有侧限限）--土力学av约为(2.0~3.5)××10-2(MPa)-1(低压缩性性土)，压缩模模量Es60~100MPa三、水泥泥加固土土的工程程特性（四）水水泥土的的抗冻性性能自然冰冻冻不会造造成水泥泥土深部部的结构构破坏在长期冰冰冻下强强度几乎乎不增长长，但恢恢复正常常温度后后正常增增长不低于-15℃时冰冻对对水泥土土结构损损害甚微微只要地温温不低于于-10℃℃就可进行行水泥土土搅拌法法的冬季季施工三、水泥泥加固土土的工程程特性（一）水水泥土搅搅拌桩的的设计1、对地质质勘察的的要求土质、水水质分析析2、加固形形式的选选择柱状、壁壁状（和和格栅状状）、块块状。3、加固范范围的确确定桩可只在在基础平平面范围围内布置置，独立立基础下下的桩数数不宜少少于3根。柱状状加固可可采用正正方形、、等边三三角形等等布桩型型式。四、设计计计算（二）水水泥土搅搅拌桩的的计算1、柱状加加固地基基(1)单桩竖向向承载力力的设计计计算①公式：：单桩竖向向承载力力特征值值应通过过现场载荷荷试验确定，初初步设计计时可按按式(5－17)估算，并并应满足足式(5-18)的要求，，应使由由桩身材料料强度确定的单桩承载载力大于(或等于)由桩周土土和桩桩端土土的抗抗力所提供供的单桩承承载力力。地基土抗力桩体本身四、设设计计计算（二））水泥泥土搅搅拌桩桩的计计算1、柱状状加固固地基基(1)单桩竖竖向承承载力力的设设计计计算②参数数含义义fcu—标准养养护下下90d龄期立立方体体抗压压强度度平均均值/kPaη—桩身强强度折折减系系数,干法0.20~0.30,湿法0.25~0.33up—桩的周周长/mn—桩长范范围内内所划划分的的土层层数qsi—桩周第第i层土的的侧阻阻力特特征值值。淤淤泥4~7kPa；淤泥泥质土土6~12kPa；对软软塑状状态的的粘性性土可可取10~15kPa；对可可塑状状态的的粘性性土可可以取取12~18kPa四、设设计计计算（二））水泥泥土搅搅拌桩桩的计计算1、柱状状加固固地基基(1)单桩竖竖向承承载力力的设设计计计算②参数数含义义li—桩长范范围内内第i层土的的厚度度/mqp—桩端地地基土土未经经修正正的承承载力力特征征值(kPa)，可按按现行行国家家标准准《建筑地地基基基础设设计规规范》GB50007的有关关规定定确定定α—桩端天然地地基土土的承载力力折减减系数数,可取0.4~0.6，承载载力高高时取取低低值四、设设计计计算（二））水泥泥土搅搅拌桩桩的计计算1、柱状状加固固地基基(1)单桩竖竖向承承载力力的设设计计计算③公式式理解η—桩身强度折折减系系数的的取值值：α—桩端天然地地基土土的承载力力折减减系数数的取值值有效桩桩长的的取值值④需设设计确确定的的主要要指标标桩长l、水泥泥掺入入比av四、设设计计计算（二））水泥泥土搅搅拌桩桩的计计算1、柱状状加固固地基基(2)复合地地基的的设计计计算算①公式式：加固后后搅拌拌桩复合地地基承承载力力特征征值应通过过现场场复合合地基基载荷荷试验验确定定，也也可按按下式式计算算：②参数含含义：：见教材材。四、设设计计计算（二））水泥泥土搅搅拌桩桩的计计算1、柱状状加固固地基基(2)复合地地基的的设计计计算算③求置换换率和和总桩桩数：：四、设设计计计算（二））水泥泥土搅搅拌桩桩的计计算1、柱状加固固地基(2)复合地基的的设计计算算④理解--β的取值：反映桩土共共同作用四、设计计计算（二）水泥泥土搅拌桩桩的计算1、柱状加固固地基(3)水泥土搅拌拌桩沉降验验算①竖向承载载搅拌桩复复合地基变变形s：包括复合土层的平均压缩缩变形s1与桩端下未加固土层层的压缩变形形s2②复合土层的的平均压缩缩变形s1的计算方法法:规范采用复合模量法法：pz—搅拌桩复合合土层顶面的附加压力力值（kPa）pzl—搅拌桩复合合土层底面的附加压力力值（kPa）四、设计计计算（二）水泥泥土搅拌桩桩的计算1、柱状加固固地基(3)水泥土搅拌拌桩沉降验验算③未加固土土层的压缩缩变形s2的计算方法法:可按现行国国家标准《建筑地基基基础设计规规范》GB50007的有关规定定进行计算算。（应力力扩散分层层总和法））四、设计计计算（二）水泥泥土搅拌桩桩的计算1、柱状加固固地基(4)复核地基设设计--以沉降控制制的设计思思路①地层结构构--沉降计算--确定加固深深度--试选施工桩长②试选桩身强度和和水泥掺入入量③计算单桩承载力力④计算有效桩长⑤计算面积置换率率⑥进行布桩，桩可只在在基础平面面范围内布布置四、设计计计算（二）技术术要点和措措施1、用于加固固地基P83（1）~（10）2、用于防渗渗和挡土P83（1）~（10）四、设计计计算（一）水泥泥搅拌法1、搅拌机械械设备及性性能中心喷浆方方式（混合合浆）和叶叶片喷浆方方式（纯水水泥浆）五、施工方方法支护结构——水泥土墙支护结构——水泥土墙支护结构——水泥土墙支护结构——水泥土墙SMW（SoilMixingWall）工法施工SMW（SoilMixingWall）工法施工SMW（SoilMixingWall）工法施工SMW（SoilMixingWall）工法施工SMW（SoilMixingWall）工法施工SMW（SoilMixingWall）工法施工SMW（SoilMixingWall）工法施工双轴搅拌桩桩机直径700，搭接200桩长10m用于止水a)柱状布置；；b)壁状布置；；c)格栅状布置置；d)块状布置（一）水泥泥搅拌法2、施工工艺艺一般的施工工工艺流程程：一次喷喷浆、二次次搅拌就位—预搅下沉—制备水泥浆浆—提升喷浆搅搅拌—重复搅拌下下沉—重复提升搅搅拌—清洗—移位五、施工方方法水泥掺量及及外加剂水泥掺量水泥掺入比比（单位体体积搅拌桩桩中水泥与与土的重量量比）一般为12~16%水灰比~1：0.5（重量之比比）外加剂外掺剂作用掺量（%）碳酸钠早强0.2~0.4氯化钙早强2~5三乙醇胺早强0.05~0.2木质素磺酸钙减水、可泵0.2~0.5粉煤灰填充、早强50~80水泥土搅拌拌桩施工要要点.（1）复搅工艺艺确保搅拌均均匀，必要要时采用“二喷三搅”工艺（干法工艺艺为一次搅搅拌，因而而不均匀））。（2）提升速度度~喷浆速度提升搅拌速速度不宜大大于0.5m/min；提升速度与与喷浆速度度应协调，，以保证延延桩身全长长喷浆均匀。。搅拌桩复合合地基设设计与施工工中的若干干问题1设计中的若若干问题2施工中应注注意的有关关问题1设计中的若若干问题1.1设计参数的的取值1.2桩的长度-桩径-桩身强度关关系1.3置换率与桩桩长的选取取1.4暗浜及回填填土的处理理1设计中的若若干问题1.1设计参数的的取值1.1.1复合地基承承载力1.1.2、、、、等等参数的影影响因素1.1设计参数的的取值1.1.1复合地基承承载力加固后的地地基强度一一般可比原原地基土的的提高20%~50%，故设计中中不应将设设计复合地地基承载力力取得过大大，否则难难以达到设设计要求。。1.1设计参数的的取值1.1.2、、、、等等参数的影影响因素——桩身强度折折减系数（0.3~0.4）施工质量、、土层情况况、室内实实验——桩周土的摩摩阻力土层情况、、工程经验验——桩端土承载载力折减系系数（0.4~0.6）土层情况、、桩长、工工程经验——桩间土承载载力折减系系数（0.5~1.0）桩端土情况况、工程经经验1设计中的若若干问题1.2桩的长度-桩径-桩身强度关关系桩的长度较较长，相应应的桩径应应增加、桩桩身强度也应相相应提高。。1设计中的若若干问题1.3置换率与桩桩长的选取