高飽和度軟土深攪拌樁樁體實(shí)際水泥摻入量的確定

1、第 36 卷 第 5期地質(zhì)與勘探Vol. 36 No. 52000 年 9 月GEOLOGY AND pROSpECTINGSeptember，2000高飽和度軟土深攪拌樁樁體實(shí)際水泥摻入量的確定裴向軍，楊國(guó)春，阮文軍（長(zhǎng)春工程學(xué)院，長(zhǎng)春130021）摘 要根據(jù)高飽和度軟土深攪拌樁施工中水泥的上返量、土的上返量及地基土的孔隙比、飽和度，附以必要的土工測(cè)試手段，從設(shè)計(jì)角度分析了樁體實(shí)際水泥摻入比的確定方法。關(guān)鍵詞軟土深攪拌樁上返水泥土孔隙體積實(shí)際摻入量中圖分類(lèi)號(hào)TU472.3 + 6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào)0495 - 5331（2000）05 - 0088 - 031 前言我國(guó)建筑地基處理技術(shù)

2、規(guī)范（JGJ79 - 91）中規(guī)定，現(xiàn)場(chǎng)水泥土樁的樁體強(qiáng)度是由室內(nèi)水泥土試塊的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值乘以折減系數(shù)!= 0.35 0.5，其結(jié)果作為樁體強(qiáng)度。折減系數(shù)!是考慮到室內(nèi)試驗(yàn)試塊和現(xiàn)場(chǎng)工程樁之間的差異而設(shè)的，它們之間的差異來(lái)自于室內(nèi)的試驗(yàn)條件與現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)條件，但更重要的一些非人為因素制約著水泥土攪拌樁強(qiáng)度的提高。飽和度高的軟粘土，在有側(cè)限不排水條件下的壓縮變形量是很小的，這樣的軟土當(dāng)加入水泥漿攪拌后，形成的水泥土體積近似等于漿與土兩體積之和。因此，在攪拌高飽和度軟土并注漿時(shí)，就該軟土層而言，在側(cè)向擠壓位移和向上抬動(dòng)不存在或很小時(shí)，注入地層中的水泥漿，一部分會(huì)占據(jù)土體中的氣相體積、一部分

3、會(huì)置換地基土留在樁體中、一部分會(huì)沿著攪拌軸攜帶被置換下來(lái)的地基土上返到地表。從大量的工程實(shí)踐中可以看到，對(duì)于飽和度高、滲透系數(shù)小的軟土層，上返量是很大的。而在上返的水泥土混合物中，水泥漿占的份數(shù)較多。原因在于：其一水泥漿的流動(dòng)性好（其水灰比= 0.45 0.6），較之土顆粒更容易沿著攪拌軸外壁上返到地表；其二規(guī)范中要求在施工中采用“四攪一噴”，而實(shí)際施工中為避免注漿孔堵塞常使用的是“四攪兩噴”或“四攪三噴”，即預(yù)攪拌下沉?xí)r就噴漿，這勢(shì)必導(dǎo)致水泥漿在無(wú)覆蓋壓力的情況下，返出地表；其三是注漿管的出口一般位于葉片的中間，而注漿壓力一般在 0.6 Mpa 1 Mpa 之間，由于管路等方面的沿程損失，漿

4、液的出口速度很小，那么樁體中水泥漿與地基土的攪和基本上是由葉片來(lái)完成的，在拌和過(guò)程中，水泥漿勢(shì)必會(huì)流向阻力弱的方向，即攪拌軸方向，從而使樁體外環(huán)方向上的水泥量少。因此，上返的水泥土中的水泥摻入比大于樁體水泥土的摻入比，即樁體的水泥摻入比低于原設(shè)計(jì)值。在軟土地基深層攪拌加固法技術(shù)規(guī)程的條文說(shuō)明第 4.0.4 中“現(xiàn)場(chǎng)水泥土攪拌樁的配方，特別是水泥摻入比要以室內(nèi)試驗(yàn)為依據(jù)”。但從客觀(guān)條件看，許多軟土層設(shè)計(jì)的水泥摻入比要大于實(shí)際的樁體摻入比，若忽略這一不可避免的因素，勢(shì)必會(huì)過(guò)高地估計(jì)攪拌樁的強(qiáng)度，對(duì)安全度的考慮不夠，為工程質(zhì)量留下隱患。2 實(shí)際水泥摻入比的確定2 .1 求上返水泥土中水泥漿的體積和地

5、基土的體積在上返的水泥土中取具有代表性的水泥土樣烘干并出秤 15 g，用比重瓶測(cè)其比重 G（也可s上返水泥土以取 3 處，求其平均值）。則有以下兩式：ms上返土ms上返水泥= V!（1）Gs土Gs灰s上返水泥土 wms上返水泥土= G!（2）Vs上返水泥土s上返水泥土 w式中：ms上返土上 返 水 泥 土 中 土 的 干 重；ms上返水泥上返水泥土中水泥干重；Gs土所加固地基土的平均比重（可用比重瓶測(cè)得）；Gs灰水泥比重，一般情況下為 3；Gs上返水泥土上返水泥土的比重；Vs上返水泥土上 返 水 泥 土 烘 干 后 的 體 積；ms上返水泥土測(cè)量比重時(shí)所取的質(zhì)量，通常為 15 g。整理（1）（

6、、2）兩式可得：ms灰G（ Gs土- Gs上返水泥土）=s灰（3）15G（ Gs土- Gs灰）s上返水泥土收稿日期2000 - 01 - 14；修定日期2000 - 02 - 10；責(zé)任編輯王梅88第 5 期裴向軍：高飽和度軟土深攪拌樁樁體實(shí)際水泥摻入量的確定假設(shè)上返水泥土的含水量為!上返水泥土則有：式中Mw上返水泥土上 返水泥土中水的總質(zhì)!上返水泥土 =Mw上返水泥土（4）量；MS上返水泥土上返水泥土總干重；M水泥土上返MS上返水泥土水泥土的總質(zhì)量。（5）MS水泥土 =M水泥土由（3）式和（5）式聯(lián)立可得出上返水泥土中水泥1 +!上返水泥土的總質(zhì)量（ MS上返水泥土）G（ GS土- GS上返

7、水泥土）GS（ GS土- GS上返水泥土）M上返水泥土MS上返水泥土 =S灰（ G） MS水泥土 =灰） （6）GS土- GS灰GS（ GS土- GS灰）（1 +!上返水泥土S上返水泥土上返水泥土由（6）式可求出上返水泥土中水泥的總體積 VS上返水泥和水灰比為時(shí)，所摻入的水量 VS上返水泥。式中其它符號(hào)同前；為水在 4C 時(shí)的密度。#w（ G）GS土- GS上返水泥土M上返水泥土VS上返水泥 =S灰（7）3 G（ GS土- GS灰）（1 +）S上返水泥土!上返水泥土#wG（ GS土- GS上返水泥土）M上返水泥土 S灰（8）VS上返水泥 =3 G（ GS土- GS灰）（1 +）S上返水泥土!上

8、返水泥土#w由（ ）（、 ）（、 ）（、 ）式可求出被置換的地基土體積V置換土：5 67 8M上返水泥土G（ GS土- GS上返水泥土）M上返水泥土V置換土 = V上返水泥土 - VS上返水泥 - VS上返水泥 =-S灰）（1 +）#上返水泥土3 G（ GS土- GS灰）（1 +S上返水泥土!上返水泥土 #w2.2求所加固地基土的氣相體積（ V氣）e = V孔隙V固相則 V孔隙 = eu總 1 + eV水=V孔隙 - V氣Sr=V孔隙V孔隙（1 -S）eu（1 -S）e D2則rr $（ ）V氣 =1 + e（41 + e）10式中：e所加固地基土的加權(quán)孔隙；Sr 所加（9）固地基土的加權(quán)飽和

9、度；D深攪拌樁直徑；2.3樁體的實(shí)際水泥摻入比 a w實(shí)際摻入樁體的水泥漿體積 V漿入為：V漿入 = V氣 + V置換土又V漿入 =M（1 +#）水泥入 水泥 水泥#V漿入 水泥M灰入 =#（ ）1 + 水泥11#聯(lián)立（9）（、10）（、11）3 式可得實(shí)際摻入樁體的水泥質(zhì)量 M灰入：M=M上返水泥土 -G（ GS土- GS上返水泥土）M上返水泥土（1 +（1 - S ）e D2 L#水泥S灰）+r$灰入3 GS上返水泥土（ GS土 - GS灰）（1 +!上返水泥土）w（41 +）1 + 水泥上返水泥土e#則水泥的實(shí)際摻入比 aw 為：筏基礎(chǔ)，滿(mǎn)堂布樁。加固后水泥土的上返量很大，使M灰入地面升

10、高 0.5 m，一根樁的上返水泥土總質(zhì)量aw =M地基土- M上返水泥土- M（1 + ）M上返水泥土 = 127.7 kg。地基土的密度地基土 = 1.76S上返水泥（12）#式中：g / cm3，則所加固地基土的總質(zhì)量為：為所加固地基土質(zhì)M地基土 =2L / 4 = 1.9625 1760 = 3454 kgM地基土 =#地基土V地基土地基土$D量。#通 過(guò) 土 工 實(shí) 驗(yàn) 可 測(cè) 得：GS土 = 2.72kg、3 應(yīng)用舉例GS上返水泥土= 2.79kg、= 60%、=上返水泥土#上返水泥土天津市大無(wú)縫某住宅樓地基加固工程為淤泥質(zhì)1.77 g / cm3。據(jù)式（9）可求得被置換上來(lái)地基土的

11、體積 V置換土。粘土，該地層無(wú)填土，土質(zhì)較均一。采用單軸攪拌，據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告可知 Sr = 0.8、e = 1.3 由樁徑為 D = 0.5m，樁長(zhǎng) L = 10 m，水灰比!= 0.5，片（10）式可求得氣相體積 V氣。127.7（）127.7 3 2.72 - 2.79（）3V置換土 = 1770 - 0.01073000（1 + 0.6） 2.79（2.72 - 3）1 + 0.5= 0.072= 0.0613 mV氣 =（1 - 0.8） 1.2 1.9625= 0.214 m3V漿入 = V置換土 + V氣 = 0.274 m31 + 1.2由（ ）式求得拌入樁體實(shí)際水泥質(zhì)量M灰

12、入：則注入樁體的實(shí)際水泥漿體積：1189第 36 卷 第 5 期地質(zhì)與勘探VoI. 36 No. 52000 年 9 月GEOLOGY AND PROSPECTINGSeptember，2000wV漿入1000 0.274M灰入=!= 328.8 kg1 / 3 +0.83333G （ Gs土- Gs上返泥土）3 0.07M上返水泥 =s灰M上返地基土 = 127.7= 34.32 kgG（ Gs土- Gs灰）2.79 0.28s上返水泥土深攪拌樁的實(shí)際水泥摻入比 aw 為：M灰入328.8aw =M- M- M（1 += 9.75%地基土上返水泥土） 3454-127.7 - 34.32 （

13、1 + 0.5）上返水泥由此可見(jiàn)，設(shè)計(jì)水泥摻入比并不能代表實(shí)際的水泥摻入比，盡管設(shè)計(jì)的水泥摻入比為 12%，而樁體的實(shí)際水泥水摻入比受到地層條件等客觀(guān)因素和施工技術(shù)等方面的制約僅為近 10%。說(shuō)明在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的試塊強(qiáng)度與實(shí)際施工中的試塊強(qiáng)度相比，雖然有折減，但幅度還不夠。要想達(dá)到設(shè)計(jì)的水泥摻入比，除控制水泥摻入總量的同時(shí)，還應(yīng)計(jì)算上返的水泥量，這樣才能得出真正摻入樁體的水泥量，從而為準(zhǔn)確的確定樁體強(qiáng)度提供依據(jù)。3 結(jié)語(yǔ)1）針對(duì)高飽和度軟土的深層攪拌處理，在設(shè)計(jì)時(shí)要緊密結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)，在有代表性試樁的基礎(chǔ)上，通過(guò)細(xì)致的土工試驗(yàn)，確定出合適的摻入比，不要過(guò)分依賴(lài)與現(xiàn)場(chǎng)有出入的室內(nèi)試驗(yàn)。室內(nèi)無(wú)側(cè)限排水條件下

14、的水泥土試塊所能入的水泥量與地層中不排水有側(cè)限情況下是不同的。2）針對(duì)不同地層情況，應(yīng)具體分析。3）為進(jìn)一步提供可靠的力學(xué)指標(biāo)可采用深層平板載荷試驗(yàn)裝置對(duì)不同深度的水泥土進(jìn)行檢測(cè)，取得實(shí)際的資料。參考文獻(xiàn)1 中國(guó)建設(shè)科學(xué)研究院.建筑地基處理技術(shù)規(guī)范JG79 - 91S.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，1992 .2 冶金部建筑研究總院.軟土地基深層攪攔加固法技術(shù)規(guī)程 YBJ225 - 91S. 北京：鐵道部出版社，1992 .DETERMINATI N T ACTUAL CEMENT MIXED WEIGHT DEEP - CEMENT - MIXING PILES IN HIGH SATURATED

15、S T S ILPEI Xiang - jun，YANG Guo - chun，RUAN Wen - junAbstract：According to the reversed weight of cement and soiI of the DCM piIe in high saturabiIity soft soiI attached the porosity and degree of saturation of the soft soiI measured by some soiI tests，the design methods to determine the actuaI cem

16、ent weight have been worked out .Key words：deep - cement - mixing reserved cement and soiI，voIume of air voids，actuaI cement mixed weight第一作者簡(jiǎn)介：裴向軍（1970 年 - ），男。1991 年畢業(yè)于長(zhǎng)春冶金地質(zhì)專(zhuān)科學(xué)校，留校任教。1998 年在長(zhǎng)春科技大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院獲工學(xué)碩士學(xué)位，現(xiàn)在吉林大學(xué)地質(zhì)工程專(zhuān)業(yè)攻讀博士學(xué)位?，F(xiàn)任長(zhǎng)春工程學(xué)院講師，主要從事巖土工程、勘察工程科研和教學(xué)工作。通訊地址：長(zhǎng)春市同志街 80 號(hào)長(zhǎng)春工程學(xué)院土木工程二系郵政編碼：130

17、021高飽和度軟土深攪拌樁樁體實(shí)際水泥摻入量的確定作者：裴向軍， 楊國(guó)春， 阮文軍， PEI Xiang-jun， YANG Guo-chun， RUAN Wen-jun作者單位：長(zhǎng)春工程學(xué)院,長(zhǎng)春,130021刊名：地質(zhì)與勘探英文刊名：GEOLOGY AND PROSPECTING年，卷(期)：2000,36(5)被引用次數(shù)：6次參考文獻(xiàn)(2條)1.冶金部建筑研究總院 YBJ 225-1991.軟土地基深層攪攔加固法技術(shù)規(guī)程 19922.中國(guó)建設(shè)科學(xué)研究院 JG 79-1991.建筑地基處理技術(shù)規(guī)范 1992引證文獻(xiàn)(6條)1.權(quán)曉宏 淺談深層攪拌樁截滲墻的優(yōu)越性期刊論文-陜西煤炭 2007(3)2.曹佳 提高水泥土強(qiáng)度及耐久