地基處理深層攪拌法

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院趙靜,地基處理GroundTreatment,第五章深層攪拌法,1、概念：利它是利用水泥(或石灰）等材料作為固化劑，通過(guò)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,2、發(fā)展（P72）20世紀(jì)20年代：美國(guó)、西歐；水泥土二戰(zhàn)后，就地?cái)嚢铇叮∕IP，mixed-in-place-pile），DCM（Deepcementmixing）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(guó)引進(jìn)3、優(yōu)點(diǎn)：（1）（9）,一、概述,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(wú)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(duì)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,（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）,（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）,（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(duì)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,（三）力學(xué)性能1、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度及其影響因素水泥土的無(wú)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,（三）力學(xué)性能1、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度及其影響因素影響水泥土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的因素：水泥摻入比、水泥標(biāo)號(hào)、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(duì)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(jiàn)書(shū)),三、水泥加固土的工程特性,（三）力學(xué)性能1、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度及其影響因素影響水泥土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的因素：（2）齡期對(duì)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(jí)對(duì)強(qiáng)度的影響水泥土的強(qiáng)度隨水泥標(biāo)號(hào)的提高而增加（4）土樣含水量對(duì)強(qiáng)度的影響無(wú)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,（三）力學(xué)性能1、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度及其影響因素影響水泥土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的因素：（5）土樣中有機(jī)質(zhì)含量對(duì)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(duì)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(zhǎng)。（7）養(yǎng)護(hù)方法溫度濕度：對(duì)短齡期水泥土強(qiáng)度的影響很大，對(duì)水泥土后期強(qiáng)度的影響較小。,三、水泥加固土的工程特性,（三）力學(xué)性能2、抗拉強(qiáng)度水泥土t隨fcu的增長(zhǎng)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(zhǎng)而提高。當(dāng)fcu=0.54MPa時(shí)，粘聚力c在1001000KPa，在2030。4、變形模量(無(wú)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=126fcu5、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Es60100MPa,三、水泥加固土的工程特性,（四）水泥土的抗凍性能自然冰凍不會(huì)造成水泥土深部的結(jié)構(gòu)破壞在長(zhǎng)期冰凍下強(qiáng)度幾乎不增長(zhǎng)，但恢復(fù)正常溫度后正常增長(zhǎng)不低于-15時(shí)冰凍對(duì)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,（一）水泥土攪拌樁的設(shè)計(jì)1、對(duì)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,（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：?jiǎn)螛敦Q向承載力特征值應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)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,（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0.250.33up樁的周長(zhǎng)/mn樁長(zhǎng)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(duì)軟塑狀態(tài)的粘性土可取1015kPa；對(duì)可塑狀態(tài)的粘性土可以取1218kPa,四、設(shè)計(jì)計(jì)算,（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(zhǎng)范圍內(nèi)第i層土的厚度/mqp樁端地基土未經(jīng)修正的承載力特征值(kPa)，可按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007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,（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(zhǎng)的取值需設(shè)計(jì)確定的主要指標(biāo)樁長(zhǎng)l、水泥摻入比av,四、設(shè)計(jì)計(jì)算,（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(guò)現(xiàn)場(chǎng)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(jiàn)教材。,四、設(shè)計(jì)計(jì)算,（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,（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,（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,（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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007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,（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(zhǎng)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(zhǎng)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,（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,（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,支護(hù)結(jié)構(gòu)水泥土墻,支護(hù)結(jié)構(gòu)水泥土墻,支護(hù)結(jié)構(gòu)水泥土墻,支護(hù)結(jié)構(gòu)水泥土墻,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,雙軸攪拌樁機(jī)直徑700，搭接200樁長(zhǎng)10m用于止水,a)柱狀布置；b)壁狀布置；c)格柵狀布置；d)塊狀布置,（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,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,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(zhǎng)噴漿均勻。,攪拌樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)與施工中的若干問(wèn)題,1設(shè)計(jì)中的若干問(wèn)題2施工中應(yīng)注意的有關(guān)問(wèn)題,1設(shè)計(jì)中的若干問(wèn)題,1.1設(shè)計(jì)參數(shù)的取值1.2樁的長(zhǎng)度-樁徑-樁身強(qiáng)度關(guān)系1.3置換率與樁長(zhǎng)的選取1.4暗浜及回填土的處理,1設(shè)計(jì)中的若干問(wèn)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,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(guò)大，否則難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。,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(zhǎng)、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),1設(shè)計(jì)中的若干問(wèn)題,1.2樁的長(zhǎng)度-樁徑-樁身強(qiáng)度關(guān)系樁的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，相應(yīng)的樁徑應(yīng)增加、樁身強(qiáng)度也應(yīng)相應(yīng)提高。,1設(shè)計(jì)中的若干問(wèn)題,1.3置換率與樁長(zhǎng)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。,1設(shè)計(jì)中的若干問(wèn)題,1.3置換率與樁長(zhǎng)的選取c、最優(yōu)設(shè)計(jì),1設(shè)計(jì)中的若干問(wèn)題,1.4暗浜及回填土的處理a.設(shè)計(jì)中不計(jì)樁間土的承載力，樁周摩阻力取下限值；b.增加水泥摻量（3%5%），遇有泥炭土或有機(jī)質(zhì)含量較高的土，水泥摻量可增至20%；c.暗浜與回填土的邊界應(yīng)設(shè)過(guò)渡區(qū)。,暗浜是不良地質(zhì)情況的一種。就是，原來(lái)這個(gè)地方是河道，有淤泥沉積，后來(lái)被土填沒(méi)了，但是沉積的淤泥仍在，這種情況不利于施工，尤其對(duì)基礎(chǔ)建設(shè)存在隱性危害。處理方法有：水泥壓密注漿加固、清淤換土和適當(dāng)加長(zhǎng)(或加粗)工程樁,2施工中應(yīng)注意的有關(guān)問(wèn)題,樁頂與樁端的處理a.采用