水利工程地基處理--深層攪拌法.ppt

合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院 趙 靜,地基處理 Ground Treatment,1,第五章 深層攪拌法,2,1、概念： 利它是利用水泥(或石灰）等材料作為固化劑，通過特制的攪拌機(jī)械，在地基深處就地將軟土和固化劑(漿液或粉體）強(qiáng)制攪拌，由固化劑和軟土間所產(chǎn)生的一系列物理-化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的水泥加固土，從而提高地基強(qiáng)度和增大變形模量。 根據(jù)施工方法的不同，水泥土攪拌法分為水泥漿攪拌和粉體噴射攪拌兩種。前者是用水泥漿和地基土攪拌，后者是用水泥粉或石灰粉和地基土攪拌。,一、概述,3,2、發(fā)展（P72） 20世紀(jì)20年代：美國、西歐；水泥土 二戰(zhàn)后，就地?cái)嚢铇叮∕IP，mixed-in-place-pile ），DCM（Deep cement mixing）等 20世紀(jì)50年代，傳入日本，較快發(fā)展 20世紀(jì)70年代末，我國引進(jìn) 3、優(yōu)點(diǎn)： （1）（9）,一、概述,4,4、適用情況： 水泥土攪拌法適用于處理正常固結(jié)的淤泥與淤泥質(zhì)土、粉土、飽和黃土、素填土、粘性土以及無流動(dòng)地下水的飽和松散砂上等地基。 當(dāng)?shù)鼗恋奶烊缓啃∮?%（黃土含水量小于25%）、大于70%或地下水的pH值小于4時(shí)不宜采用干法。冬期施工時(shí)，應(yīng)注意負(fù)溫對處理效果的影響。 需要作試驗(yàn)確定情況：泥炭土、地下水具有侵蝕性的土 加固效果較差情況：有機(jī)質(zhì)含量高、生活垃圾類填土,一、概述,5,（一）水泥的水解和水化發(fā)應(yīng)： CaO、SiO2、Al2O3Ca(OH)2、CaSiO3nH2O等 （二）土顆粒與水泥水化物的作用 當(dāng)水泥的各種水化物生成后，有的自身繼續(xù)硬化，形成水泥石骨架; 有的則與其周圍具有一定活性的粘土顆粒發(fā)生反應(yīng)： (1)離子交換和團(tuán)?；饔茫篘a+、KCa2+，形成大顆粒，強(qiáng)度提高。 (2)硬凝反應(yīng)：生成不溶于水的結(jié)晶化合物。 （三）碳酸化作用 生成不溶于水的碳酸鈣，使水泥土增加強(qiáng)度。,二、加固機(jī)理（微觀角度）,6,（一）石灰吸水作用 （二）石灰發(fā)熱 （三）石灰吸水膨脹 （四）離子交換作用與土粒的凝聚作用 （五）石灰的膠凝作用,二、加固機(jī)理（微觀角度）,7,（一）樁身材料： 水泥、水泥系固化材料、石灰 （二）水泥土的物理性質(zhì)： 含水量(減少0.57%) 重度(增加0.53%) 相對密度（應(yīng)是比重，增加0.72.5%） 滲透(10-810-5cm/s，低滲透性),三、水泥加固土的工程特性,8,（三）力學(xué)性能 1、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度及其影響因素 水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度： 一般為3004000kPa，即比天然軟土大幾十倍至數(shù)百倍。其變形特征隨強(qiáng)度不同而介于脆性體與彈塑體之間。,三、水泥加固土的工程特性,9,（三）力學(xué)性能 1、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度及其影響因素 影響水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的因素： 水泥摻入比、水泥標(biāo)號、齡期、含水量、有機(jī)質(zhì)含量、外摻劑、養(yǎng)護(hù)條件及土性等。 （1）水泥摻入比aw對強(qiáng)度的影響 摻入比aw概念 小于5%時(shí)反應(yīng)微弱 要求必須大于10% awfcu經(jīng)驗(yàn)公式(見書),三、水泥加固土的工程特性,10,（三）力學(xué)性能 1、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度及其影響因素 影響水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的因素： （2）齡期對強(qiáng)度的影響 水泥土3個(gè)月作為強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 （3）水泥強(qiáng)度等級對強(qiáng)度的影響 水泥土的強(qiáng)度隨水泥標(biāo)號的提高而增加 （4）土樣含水量對強(qiáng)度的影響 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨著土樣含水量的降低而增大，一般含水量w降低10%強(qiáng)度增加1050%,三、水泥加固土的工程特性,11,（三）力學(xué)性能 1、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度及其影響因素 影響水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的因素： （5）土樣中有機(jī)質(zhì)含量對強(qiáng)度影響 有機(jī)質(zhì)含量少的水泥土強(qiáng)度比有機(jī)質(zhì)含量高的水泥土強(qiáng)度大得多 。 （6）外摻劑對強(qiáng)度的影響 摻加粉煤灰的水泥土，其強(qiáng)度一般都比不摻粉煤灰的有所增長。 （7）養(yǎng)護(hù)方法 溫度濕度：對短齡期水泥土強(qiáng)度的影響很大，對水泥土后期強(qiáng)度的影響較小 。,三、水泥加固土的工程特性,12,（三）力學(xué)性能 2、抗拉強(qiáng)度 水泥土t隨fcu的增長而提高，冪函數(shù)關(guān)系。 3、抗剪強(qiáng)度 水泥土抗剪強(qiáng)度隨fcu的增長而提高。當(dāng)fcu=0.54MPa時(shí)，粘聚力c在1001000KPa，在2030。 4、變形模量(無側(cè)限)-土力學(xué) 當(dāng)v達(dá)50fcu時(shí)，水泥土的應(yīng)力與應(yīng)變的比值，稱之為水泥土的變形模量E50。 E50=126fcu 5、壓縮系數(shù)和壓縮模量（有側(cè)限）-土力學(xué) av約為(2.03.5)10-2(MPa)-1(低壓縮性土)，壓縮模量Es 60100MPa,三、水泥加固土的工程特性,13,（四）水泥土的抗凍性能 自然冰凍不會造成水泥土深部的結(jié)構(gòu)破壞 在長期冰凍下強(qiáng)度幾乎不增長，但恢復(fù)正常溫度后正常增長 不低于-15時(shí)冰凍對水泥土結(jié)構(gòu)損害甚微 只要地溫不低于-10就可進(jìn)行水泥土攪拌法的冬季施工,三、水泥加固土的工程特性,14,（一）水泥土攪拌樁的設(shè)計(jì) 1、對地質(zhì)勘察的要求 土質(zhì)、水質(zhì)分析 2、加固形式的選擇 柱狀、壁狀（和格柵狀）、塊狀。 3、加固范圍的確定 樁可只在基礎(chǔ)平面范圍內(nèi)布置，獨(dú)立基礎(chǔ)下的樁數(shù)不宜少于3根。柱狀加固可采用正方形、等邊三角形等布樁型式。,四、設(shè)計(jì)計(jì)算,15,16,/v_show/id_XMTE0MzQ4MDY4.html,17,（二）水泥土攪拌樁的計(jì)算 1、柱狀加固地基 (1)單樁豎向承載力的設(shè)計(jì)計(jì)算 公式： 單樁豎向承載力特征值應(yīng)通過現(xiàn)場載荷試驗(yàn)確定，初步設(shè)計(jì)時(shí)可按式(517)估算，并應(yīng)滿足式(5-18)的要求，應(yīng)使由樁身材料強(qiáng)度確定的單樁承載力大于(或等于)由樁周土和樁端土的抗力所提供的單樁承載力。,四、設(shè)計(jì)計(jì)算,18,（二）水泥土攪拌樁的計(jì)算 1、柱狀加固地基 (1)單樁豎向承載力的設(shè)計(jì)計(jì)算 參數(shù)含義 fcu標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下90d齡期立方體抗壓強(qiáng)度平均值/kPa 樁身強(qiáng)度折減系數(shù),干法0.200.30,濕法0.250.33 up樁的周長/m n 樁長范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù) qsi樁周第i層土的側(cè)阻力特征值。淤泥47kPa；淤泥質(zhì)土612kPa；對軟塑狀態(tài)的粘性土可取1015kPa；對可塑狀態(tài)的粘性土可以取1218kPa,四、設(shè)計(jì)計(jì)算,19,（二）水泥土攪拌樁的計(jì)算 1、柱狀加固地基 (1)單樁豎向承載力的設(shè)計(jì)計(jì)算 參數(shù)含義 li 樁長范圍內(nèi)第i層土的厚度/m qp樁端地基土未經(jīng)修正的承載力特征值(kPa)，可按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50007的有關(guān)規(guī)定確定 樁端天然地基土的承載力折減系數(shù),可取0.40.6，承載力高時(shí)取 低值,四、設(shè)計(jì)計(jì)算,20,（二）水泥土攪拌樁的計(jì)算 1、柱狀加固地基 (1)單樁豎向承載力的設(shè)計(jì)計(jì)算 公式理解 樁身強(qiáng)度折減系數(shù)的取值： 樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)的取值 有效樁長的取值 需設(shè)計(jì)確定的主要指標(biāo) 樁長l、水泥摻入比av,四、設(shè)計(jì)計(jì)算,21,（二）水泥土攪拌樁的計(jì)算 1、柱狀加固地基 (2)復(fù)合地基的設(shè)計(jì)計(jì)算 公式： 加固后攪拌樁復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)通過現(xiàn)場復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定，也可按下式計(jì)算：,參數(shù)含義： 見教材。,四、設(shè)計(jì)計(jì)算,22,（二）水泥土攪拌樁的計(jì)算 1、柱狀加固地基 (2)復(fù)合地基的設(shè)計(jì)計(jì)算 求置換率和總樁數(shù)：,四、設(shè)計(jì)計(jì)算,23,（二）水泥土攪拌樁的計(jì)算 1、柱狀加固地基 (2)復(fù)合地基的設(shè)計(jì)計(jì)算 理解-的取值： 反映樁土共同作用,四、設(shè)計(jì)計(jì)算,24,（二）水泥土攪拌樁的計(jì)算 1、柱狀加固地基 (3)水泥土攪拌樁沉降驗(yàn)算 豎向承載攪拌樁復(fù)合地基變形s： 包括復(fù)合土層的平均壓縮變形s1與樁端下未加固土層的壓縮變形s2 復(fù)合土層的平均壓縮變形s1的計(jì)算方法: 規(guī)范采用復(fù)合模量法：,pz攪拌樁復(fù)合土層頂面的附加壓力值（kPa） pzl攪拌樁復(fù)合土層底面的附加壓力值（kPa）,四、設(shè)計(jì)計(jì)算,25,（二）水泥土攪拌樁的計(jì)算 1、柱狀加固地基 (3)水泥土攪拌樁沉降驗(yàn)算 未加固土層的壓縮變形s2的計(jì)算方法: 可按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50007的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行計(jì)算。（應(yīng)力擴(kuò)散分層總和法）,四、設(shè)計(jì)計(jì)算,26,（二）水泥土攪拌樁的計(jì)算 1、柱狀加固地基 (4)復(fù)核地基設(shè)計(jì)-以沉降控制的設(shè)計(jì)思路 地層結(jié)構(gòu)-沉降計(jì)算-確定加固深度-試選施工樁長 試選樁身強(qiáng)度和水泥摻入量 計(jì)算單樁承載力 計(jì)算有效樁長 計(jì)算面積置換率 進(jìn)行布樁，樁可只在基礎(chǔ)平面范圍內(nèi)布置,四、設(shè)計(jì)計(jì)算,27,（二）技術(shù)要點(diǎn)和措施 1、用于加固地基 P83（1）（10） 2、用于防滲和擋土 P83（1）（10）,四、設(shè)計(jì)計(jì)算,28,（一）水泥攪拌法 1、攪拌機(jī)械設(shè)備及性能 中心噴漿方式（混合漿）和葉片噴漿方式（純水泥漿）,五、施工方法,29,支護(hù)結(jié)構(gòu) 水泥土墻,30,支護(hù)結(jié)構(gòu)水泥土墻,31,支護(hù)結(jié)構(gòu)水泥土墻,32,支護(hù)結(jié)構(gòu)水泥土墻,33,SMW（Soil Mixing Wall）工法施工,34,SMW（Soil Mixing Wall）工法施工,35,SMW（Soil Mixing Wall）工法施工,36,SMW（Soil Mixing Wall）工法施工,37,SMW（Soil Mixing Wall）工法施工,38,SMW（Soil Mixing Wall）工法施工,39,SMW（Soil Mixing Wall）工法施工,40,41,42,43,44,雙軸攪拌樁機(jī) 直徑700，搭接200 樁長10m用于止水,45,46,a)柱狀布置；b) 壁狀布置；c) 格柵狀布置；d) 塊狀布置,47,（一）水泥攪拌法 2、施工工藝 一般的施工工藝流程：一次噴漿、二次攪拌 就位預(yù)攪下沉制備水泥漿提升噴漿攪拌重復(fù)攪拌下沉重復(fù)提升攪拌 清洗 移位,五、施工方法,48,49,水泥摻量及外加劑,水泥摻量 水泥摻入比（單位體積攪拌樁中水泥與土的重量比） 一般為1216% 水灰比1：0.5（重量之比） 外加劑,50,水泥土攪拌樁施工要點(diǎn),. （1）復(fù)攪工藝 確保攪拌均勻，必要時(shí)采用“二噴三攪”工藝 （干法工藝為一次攪拌，因而不均勻）。 （2）提升速度噴漿速度 提升攪拌速度不宜大于0.5m/min； 提升速度與噴漿速度應(yīng)協(xié)調(diào)，以保證延樁身全長 噴漿均勻。,51,攪拌樁復(fù)合地基 設(shè)計(jì)與施工中的若干問題,1 設(shè)計(jì)中的若干問題 2 施工中應(yīng)注意的有關(guān)問題,52,1 設(shè)計(jì)中的若干問題,1.1 設(shè)計(jì)參數(shù)的取值 1.2 樁的長度-樁徑-樁身強(qiáng)度關(guān)系 1.3 置換率與樁長的選取 1.4 暗浜及回填土的處理,53,1 設(shè)計(jì)中的若干問題,1.1 設(shè)計(jì)參數(shù)的取值 1.1.1 復(fù)合地基承載力 1.1.2 、 、 、 等參數(shù)的影響因素,54,1.1 設(shè)計(jì)參數(shù)的取值,1.1.1 復(fù)合地基承載力 加固后的地基強(qiáng)度一般可比原地基土的提高20%50%，故設(shè)計(jì)中不應(yīng)將設(shè)計(jì)復(fù)合地基承載力取得過大，否則難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。,55,1.1 設(shè)計(jì)參數(shù)的取值,1.1.2 、 、 、 等參數(shù)的影響因素 樁身強(qiáng)度折減系數(shù)（0.30.4） 施工質(zhì)量、土層情況、室內(nèi)實(shí)驗(yàn) 樁周土的摩阻力 土層情況、工程經(jīng)驗(yàn) 樁端土承載力折減系數(shù)（0.40.6） 土層情況、樁長、工程經(jīng)驗(yàn) 樁間土承載力折減系數(shù)（0.51.0） 樁端土情況、工程經(jīng)驗(yàn),56,1 設(shè)計(jì)中的若干問題,1.2 樁的長度-樁徑-樁身強(qiáng)度關(guān)系 樁的長度較長，相應(yīng)的樁徑應(yīng)增加、樁身 強(qiáng)度也應(yīng)相應(yīng)提高。,57,1 設(shè)計(jì)中的若干問題,1.3 置換率與樁長的選取 a、當(dāng)?shù)鼗幚硎且蕴岣叩鼗鶑?qiáng)度為主時(shí)，宜用 短樁而提高樁的置換率; b、當(dāng)?shù)鼗幚硎且詼p小沉降為主時(shí)，可根據(jù)樁 端是否達(dá)到較硬土層而分別采用“變摻量、 變強(qiáng)度”方法或“變置換率”的方法。,58,1 設(shè)計(jì)中的若干問題,1.