水泥土攪拌樁原理及施工工藝

1、水泥土攪拌樁原理及施工工藝1、概述水泥土攪拌法是用于加固飽和粘性土地基的一種新方法。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。水泥土攪拌法分為深層攪拌法 （以下簡(jiǎn)稱濕法 ）和粉體噴攪法 （以下簡(jiǎn)稱干法 ）。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、

2、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土等地基。當(dāng)?shù)鼗恋奶烊缓啃∮?0 （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。濕法的加固深度不宜大于20m ；干法不宜大于 15m 。水泥土攪拌樁的樁徑不應(yīng)小于 500mm 。水泥加固土的室內(nèi)試驗(yàn)表明，有些軟土的加固效果較好，而有的不夠理想。一般認(rèn) 為含有高嶺石、多水高嶺石、蒙脫石等粘土礦物的軟土加固效果較好，而含有伊里石、 氯化物和水鋁英石等礦物的粘性土以及有機(jī)質(zhì)含量高 、酸堿度 （pH 值）較低的粘性土的加 固效果較差。2、加固機(jī)理水泥加固土的物理化學(xué)反

3、應(yīng)過(guò)程與混凝土的硬化機(jī)理不同 ，混凝土的硬化主要 是在粗填充料 （比表面不大、活性很弱的介質(zhì)）中進(jìn)行水解和水化作用，所以凝結(jié)速度 較快。而在水泥加固土中，由于水泥摻量很小，水泥的水解和水化反應(yīng)完全是在具有一 定活性的介質(zhì)一土的圍繞下進(jìn)行，所以水泥加固土的強(qiáng)度增長(zhǎng)過(guò)程比混凝土為緩慢。1. 水泥的水解和水化反應(yīng)普通硅酸鹽水泥主要是氧化鈣、二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵及三氧化硫等組成，由這些不同的氧化物分別組成了不同的水泥礦物：硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣、硫酸鈣等 . 用水泥加固軟土?xí)r，水 泥顆粒表面的礦物很快與軟土中的水發(fā)生水解和水化反應(yīng)，生成氫氧化鈣、含水硅酸 鈣、含水鋁酸鈣及

4、含水鐵酸鈣等化合物。所生成的氫氧化鈣、 含水硅酸鈣能迅速溶于水中，使水泥顆粒表面重新暴露出 來(lái)，再與水發(fā)生反應(yīng)，這樣周圍的水溶液就逐漸達(dá)到飽和。當(dāng)溶液達(dá)到飽和后，水分子 雖繼續(xù)深入顆粒內(nèi)部，但新生成物已不能再溶解，只能以細(xì)分散狀態(tài)的膠體析出，懸浮 于溶液中，形成膠體。2. 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?粘土和水結(jié)合時(shí)就表現(xiàn)出一種膠體特征，如土中 含量最多的二氧化硅遇水后 ，形成硅酸膠體微粒 ，其表面帶有陰離子 Na+ 或鉀離子 K+， 它們能和水泥水化生成的氫

5、氧化鈣中鈣離子Ca+ 進(jìn)行當(dāng)量吸附交換，使較小的土顆粒形成較大的土團(tuán)粒，從而使土體強(qiáng)度提高。水泥水化生成的凝膠粒子的比表面積約比原水泥顆粒大 1000 倍，因而產(chǎn)生很大的表面能，有強(qiáng)烈的吸附活性，能使較大的土團(tuán)粒進(jìn)一步結(jié)合起來(lái)，形成水泥土的團(tuán) 粒結(jié)構(gòu)，并封閉各土團(tuán)的空隙，形成堅(jiān)固的聯(lián)結(jié)，從宏觀上看也就使水泥土的強(qiáng)度大大 提高。(2) 硬凝反應(yīng) 隨著水泥水化反應(yīng)的深入，溶液中析出大量的鈣離子，當(dāng)其數(shù) 量超過(guò)離子交換的需要量后，在堿性環(huán)境中，能使組成粘土礦物的二氧化硅及三氧化二 鋁的一部分或大部分與鈣離子進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，逐漸生成不溶于水的穩(wěn)定結(jié)晶化合物，增 大了水泥土的強(qiáng)度，從掃描電子顯微鏡觀察中可

6、見(jiàn) ，拌入水泥 7 天時(shí)，土顆粒周圍充滿了水泥凝膠體，并有少量水泥水化物結(jié)晶的萌芽。一個(gè)月后水泥土中生成大量纖維狀結(jié)晶，并不斷 延伸充填到顆粒間的孔隙中，形成網(wǎng)狀構(gòu)造。到五個(gè)月時(shí)，纖維狀結(jié)晶輻射問(wèn)外伸展， 產(chǎn)生分叉 ，并相互連結(jié)形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) ，水泥的形狀和土顆粒的形狀已不能分辨出來(lái) 。3. 碳酸化作用 水泥水化物中游離的氫氧化鈣能吸收水中和空氣中的二氧化 碳，發(fā)生碳酸化反應(yīng)，生成不溶于水的碳酸鈣，這種反應(yīng)也能使水泥土增加強(qiáng)度，但增 長(zhǎng)的速度較慢，幅度也較小。從水泥土的加固機(jī)理分析，由于攪拌機(jī)械的切削攪拌作用，實(shí)際上不可避免地 會(huì)留下一些未被粉碎的大小土團(tuán)。在拌入水泥后將出現(xiàn)水泥漿包裹土團(tuán)的

7、現(xiàn)象，而土團(tuán) 間的大孔隙基本上已被水泥顆粒填滿。所以，加固后的水泥土中形成一些水泥較多的微 區(qū)，而在大小土團(tuán)內(nèi)部則沒(méi)有水泥。只有經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的時(shí)間，土團(tuán)內(nèi)的土顆粒在水泥水解 產(chǎn)物滲透作用下，才逐漸改變其性質(zhì)。因此在水泥土中不可避免地會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)度較大和水 穩(wěn)性較好的水泥石區(qū)和強(qiáng)度較低的土塊區(qū)。兩者在空間相互交替，從而形成一種獨(dú)特的 水泥土結(jié)構(gòu)?？梢?jiàn)，攪拌越充分，土塊被粉碎得越小，水泥分布到土中越均勻，則水泥 土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的離散性越小，其宏觀的總體強(qiáng)度也最高。3、水泥加固土工程性能 水泥摻入比 為 摻加的水泥重量=X100 %被加固軟土的濕重量 或 摻加的水泥重量(kg/m3)水泥摻量被加固土的體積（1）

8、水泥土的物理性質(zhì)1）含水量 水泥土在硬凝過(guò)程中，由于水泥水化等反應(yīng)，使部分自由水以結(jié)晶 水的形式固定下來(lái)，故水泥土的含水量略低于原土樣的含水量，水泥土含水量比原土樣 含水量減少0.5%7.0%，且隨著水泥摻入比的增加而減小。2）重度 由于拌入軟土中的水泥漿的重度與軟土的重度相近 ，所以水泥土的重度與天然軟土的重度相差不大，水泥土的重度僅比天然軟上重度增如0.5%3.0%，所以采用水泥土攪拌法加固厚層軟土地基時(shí) ，其加固部分對(duì)于下部未加固部分不致產(chǎn)生過(guò)大的附加荷重，也不會(huì)產(chǎn)生較大的附加沉降。3）相對(duì)密度 由于水泥的相對(duì)密度為 3.1，比一般軟土的相對(duì)密度 2.652.75 為大，故水泥土的相對(duì)密

9、度比天然軟土的相對(duì)密度稍大。水泥土相對(duì)密度比天然軟土的相對(duì)密度增加 0.7%2.5%。4）滲透系數(shù) 水泥土的滲透系數(shù)隨水泥摻入比的增大和養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)而減 小，一般可達(dá) 10-510-8cm/s 數(shù)量級(jí)。對(duì)于上海地區(qū)的淤泥質(zhì)粘土，垂直向滲透系數(shù) 也能達(dá)到 10-8cm/s 數(shù)量級(jí)，但這層土常局部夾有薄層粉砂，水平向滲透系數(shù)往往高于 垂直向滲透系數(shù)，一般為 10-4cm/s 數(shù)量級(jí)。因此，水泥加固淤泥質(zhì)粘土能減小原天然 土層的水平向滲透系數(shù)，而對(duì)垂直向滲透性的改善，效果不顯著。水泥土減小了天然軟土的水平向滲透性，這對(duì)深基坑施工是有利的，可利用它作為防滲帷幕。（2）水泥土的力學(xué)性質(zhì)1）無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)

10、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。影響水泥土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的因素有：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。下面根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果來(lái)分析影響水泥土抗 壓強(qiáng)度的一些主要因素。 水泥摻入比 對(duì)強(qiáng)度的影響水泥土的強(qiáng)度隨著水泥摻入比的增加而增大，當(dāng) <5%時(shí)，由于水泥與土的反應(yīng)過(guò)弱，水泥土固化程度低，強(qiáng)度離散性也較大，故在水泥土攪拌法的實(shí)際施工中，選 用的水泥摻入比必須大于 7%。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析， 發(fā)現(xiàn)當(dāng)其它條件相同時(shí)，某水泥摻入比 的強(qiáng)度 與水泥摻

11、入比 =12% 的強(qiáng)度 的比值 / 與水泥摻入比 的關(guān)系有較好的歸一化性質(zhì)。由回歸分析 得到: / 與 呈冪函數(shù)關(guān)系，其關(guān)系式如下 :（4.2.4-1）（相關(guān)系數(shù) =0.999 ，剩余標(biāo)準(zhǔn)差 =0.022 ，子樣數(shù) =7）上式適用的條件是：=（516）%。在其它條件相同的前提下兩個(gè)不同水泥摻入比的水泥土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度之比值隨水泥摻入比之比的增大而增大。經(jīng)回歸分析得到兩者呈冪函數(shù)關(guān)系，其經(jīng)驗(yàn)方程式為 :(4.2.4-2)( =0.997, =0.015, =14)式中 水泥摻入比為 的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度 ; 水泥摻入比為 的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。上式適用的條件是：=(520)% ;/ = 0.333.0

12、0。 齡期對(duì)強(qiáng)度的影響水泥土的強(qiáng)度隨著齡期的增長(zhǎng)而提高 ，一般在齡期超過(guò) 28d 后仍有明顯增長(zhǎng)， 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果的回歸分析 , 得到在其它條件相同時(shí)，不同齡期的水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度 間關(guān)系大致呈線性關(guān)系，這些關(guān)系式如下 ：=(0.470.63)=(0.620.80)=(1.15 1.46)=(1.43 1.80)=(2.37 3.73)=(1.732.82)上式 、 、 、 、 分別為 7d、14d、28d、60d 和 90d 齡期的水泥土無(wú)側(cè)限抗壓 強(qiáng)度。當(dāng)齡期超過(guò) 3 個(gè)月后，水泥土的強(qiáng)度增長(zhǎng)才減緩。同樣，據(jù)電子顯徽鏡觀察， 水泥和土的硬凝反應(yīng)約需 3 個(gè)月才能充分完成 。因此水泥土選用

13、3 個(gè)月齡期強(qiáng)度作為水 泥土的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度較為適宜。一般情況下，齡期少于 3d 的水泥土強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度間關(guān)系 其線性較差，離散性較大?；貧w分析還發(fā)現(xiàn)在其它條件相同時(shí) , 某個(gè)齡期 ( )的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度 與28 天齡 期的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度 的比值 與齡期 的關(guān)系具有較好的歸一化性質(zhì) , 且大致呈冪函數(shù) 關(guān)系。其關(guān)系式如下 ：(4.2.4-3)( =0.997 ， =0.037 ， =5)上式中齡期的適用范圍是 (7 90)天。在其它條件相同的前提下 ，兩個(gè)不同齡期的水泥土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度之比隨齡 期之比的增大而增大。經(jīng)回歸分析得到兩者呈冪函數(shù)關(guān)系，其經(jīng)驗(yàn)方程式為：(4.2.4-4)( =0.992

14、， =0.021 ， =9)式中齡期為 的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度齡期為 的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。上式適用的條件是：=（790）天； =0.080.67和 =1.5012.85。綜合考慮水泥摻入比與齡期的影響，經(jīng)回歸分析，得到如下經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式 :（4.2.4-5）式中水泥摻入比為齡期為的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度；泥摻入比為 齡期為 的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。上式成立的條件是：=（520）% , / =0.333.00 ; =（790）天。當(dāng) = 時(shí),應(yīng)采用式（10-10）；當(dāng)=時(shí)，應(yīng)采用式（10-2） o 水泥標(biāo)號(hào)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。水泥標(biāo)號(hào)提高100號(hào)，水泥土的強(qiáng)度 約增大（5090）% o如要求達(dá)

15、到相同強(qiáng)度，水泥標(biāo)號(hào)提高100號(hào)，可降低水泥摻入比（23）% o 土樣含水量對(duì)強(qiáng)度的影響水泥土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度 隨著土樣含水量的降低而增大，當(dāng)土的含水量從157% 降低至 47% 時(shí)，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度則從 260kPa 增加到 2320kPa 。一般情況下，土樣含水量每降低 10，則強(qiáng)度可增加 （1050）%。 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 。由于有機(jī)質(zhì)使土體具有較大的水溶性和塑性，較大的膨脹性和低滲透性，并使土具有酸性，這些因 素都阻礙水泥水化反應(yīng)的進(jìn)行。因此，有機(jī)質(zhì)含量高的軟土，單純用水泥加固的效果較 差。 外摻劑對(duì)強(qiáng)度的影響不同的外摻劑

16、對(duì)水泥土強(qiáng)度有著不同的影響 。如木質(zhì)素磺酸鈣對(duì)水泥土強(qiáng)度的增長(zhǎng)影響不大，主要起減水作用。石膏、三乙醇胺對(duì)水泥土強(qiáng)度有增強(qiáng)作用，而其增強(qiáng) 效果對(duì)不同土樣和不同水泥摻入比又有所不同 ，所以選擇合適的外摻劑可提高水泥土強(qiáng) 度和節(jié)約水泥用量。一般早強(qiáng)劑可選用三乙醇胺、氯化鈣、碳酸鈉或水玻璃等材料，其摻入量宜分別取水泥重量的 0.05%、2%、0.5%和 2%；減水劑可選用木質(zhì)素磺酸鈣，其摻入量宜 取水泥重量的 0.2%；石膏兼有緩凝和早強(qiáng)的雙重作用，其摻入量宜取水泥重量的 2% 。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)。不同水泥摻入 比的水泥土，當(dāng)摻入與水泥等量的粉煤灰后，強(qiáng)度均比不

17、摻粉煤灰的提高 10%，故在加 固軟土?xí)r摻入粉煤灰，不僅可消耗工業(yè)廢料，還可稍微提高水泥土的強(qiáng)度。 養(yǎng)護(hù)方法 養(yǎng)護(hù)方法對(duì)水泥土的強(qiáng)度影響主要表現(xiàn)在養(yǎng)護(hù)環(huán)境的濕度和溫度。國(guó)內(nèi)外試驗(yàn)資料都說(shuō)明，養(yǎng)護(hù)方法對(duì)短齡期水泥土強(qiáng)度的影響很大，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，不同養(yǎng)護(hù)方法下的水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度趨于一致，說(shuō)明養(yǎng)護(hù)方法對(duì)水泥土后 期強(qiáng)度的影響較小。2) 抗拉強(qiáng)度 水泥土的抗拉強(qiáng)度 隨無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度 的增長(zhǎng)而提高 。當(dāng)水泥土 的抗壓強(qiáng)度 =0.5004.00MPa時(shí)，其抗拉強(qiáng)度=0.050.70MPa，即 =(0.060.30) ?？箟号c抗拉這兩類強(qiáng)度有密切關(guān)系，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果的回歸分析，得到水泥土抗拉強(qiáng)度 與其無(wú)

18、側(cè)限抗壓強(qiáng)度 有冪函數(shù)關(guān)系 :(4.2.4-6)( =0.991 ， =0.006 ， =12)上式成立的條件是：=0.53.5MPa。3) 抗剪強(qiáng)度水泥土的抗剪強(qiáng)度隨抗壓強(qiáng)度的增加而提高。當(dāng)=0.304.0MPa 時(shí)，其粘聚力 =0.10 1.0MPa ，一般約為 的(2030)%，其內(nèi)摩擦角變化在20° 30°之間。水泥土在三軸剪切試驗(yàn)中受剪破壞時(shí)，試件有清楚而平整的剪切面，剪切面與 最大主應(yīng)力面夾角約 60°。根據(jù)作者試驗(yàn)結(jié)果的回歸分析 ，得到水泥土的內(nèi)聚力 與其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度 大 致呈冪函數(shù)關(guān)系，其關(guān)系式如下 :(4.2.4-7)( =0.903 ， =0

19、.051 ， =9)上式成立的條件是：=0.31.3MPa。4) 變形模量 當(dāng)垂直應(yīng)力達(dá) 50無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度時(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。當(dāng)=0.13.5MPa時(shí)，其變形模量 =10550MPa，即 =(80 150)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果的線性回歸分析，得到 與 大致呈正比關(guān)系，它們的關(guān)系式為 :=126(4.2.4-8)( =0.996 ， =5.529， =16)5) 壓縮系數(shù)和壓縮模量水泥土的壓縮系數(shù)約為(2.03.5) >10-5(kPa)-1，其相應(yīng)的壓縮模量=(60100)MPa。(3) 水泥土抗凍性能水泥土試件在自然負(fù)溫下進(jìn)行抗凍試驗(yàn)表明，其外觀無(wú)顯著變化

20、，僅少數(shù)試塊表面出現(xiàn)裂縫，并有局部微膨脹或出現(xiàn)片狀剝落及邊角脫落，但 深度及面積均不大，可見(jiàn)自然冰凍不會(huì)造成水泥土深部的結(jié)構(gòu)破壞4、設(shè)計(jì)計(jì)算(1) 單樁豎向承載力的設(shè)計(jì)計(jì)算 單樁豎向承載力特征值應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn) 確定。初步設(shè)計(jì)時(shí)也可按式 (4.2.4-15) 估算。并應(yīng)同時(shí)滿足式 (4.2.4-16) 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：(4.2.4-9)(4.2.4-10)式中 與攪拌樁樁身水泥土配比相同的室內(nèi)加固土試塊(邊長(zhǎng)為 70.7mm 的立方體，也可采用邊長(zhǎng)為 50mm 的立方體 )在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下 90d 齡期的立

21、方體抗壓強(qiáng)度平均值 (kPa) ；樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，干法可取0.200.30 ;濕法可取0.250.33 ; 樁的周長(zhǎng) (m) ； 樁長(zhǎng)范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù); 樁周第 i 層土的側(cè)阻力特征值。對(duì)淤泥可取4 7kPa ;對(duì)淤泥質(zhì)土可取 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；樁長(zhǎng)范圍內(nèi)第 i 層土的厚度 (m)；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( GB 50007-2002 )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 0.4 0.6，承載力高時(shí)取低值。(2) 復(fù)合地基的設(shè)計(jì)計(jì)算

22、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：(4.2.4-11)式中一合地基承載力特征值(kPa);積置換率；的截面積(m2);間天然地基土承載力特征值 (kPa)，可取天然地基承載力特征值；間土承載力折減系數(shù)，當(dāng)樁端土未經(jīng)修正的承載力特征值大于樁周 土的承載力特征值的平均值時(shí)，可取 0.1 0.4，差值大時(shí)取低值；當(dāng)樁端土未經(jīng)修正的 承載力特征值小于或等于樁周土的承載力特征值的平均值時(shí)，可取 0.50.9，差值大時(shí) 或設(shè)置褥墊層時(shí)均取高值。單樁豎向承載力特征值 (kN)根據(jù)設(shè)計(jì)要求的單樁豎向承載力特征值 和復(fù)合地基承載力特征值 計(jì)算攪拌樁的置換率 和總樁

23、數(shù) ：(4.2.4-12)(4.2.4-13)式中 基加固的面積(m2)。豎向承載攪拌樁復(fù)合地基應(yīng)在基礎(chǔ)和樁之間設(shè)置褥墊層。褥墊層厚度可取200 300mm。其材料可選用中砂、粗砂、級(jí)配砂石等，最大粒徑不宜大于20mm。當(dāng)攪拌樁處理范圍以下存在軟弱下臥層時(shí)，應(yīng)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( GB 50007-2002 )的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行下臥層承載力驗(yàn)算。(3) 水泥土攪拌樁沉降驗(yàn)算 豎向承載攪拌樁復(fù)合地基的變形包括攪拌樁復(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 s2:1) 攪拌樁復(fù)合土層的壓縮變形可按下式計(jì)算：(4.2.4-14)式中 攪拌樁復(fù)合土層頂面的附加壓力值 (

24、kPa)；攪拌樁復(fù)合土層底面的附加壓力值 (kPa)； 攪拌樁復(fù)合土層的壓縮模量 (kPa) ；攪拌樁的壓縮模量，可取(100120) (kPa)。對(duì)樁較短或樁身強(qiáng)度較低者可 取低值，反之可取高值； 樁間土的壓縮模量 (kPa) 。2) 樁端以下未加固土層的壓縮變形 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(GB50007-2002 )的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行計(jì)算。(4) 復(fù)合地基設(shè)計(jì)軟土地區(qū)的建筑物， 都是在滿足強(qiáng)度要求的條件下以沉降進(jìn)行控制的，應(yīng)采用 以下設(shè)計(jì)思路 : 根據(jù)地層結(jié)構(gòu)采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行沉降計(jì)算，由建筑物對(duì)變形的要求確定加固深度，即選擇施工樁長(zhǎng) ; 根據(jù)土質(zhì)條件、固化劑摻量、室內(nèi)配比試驗(yàn)資

25、料和現(xiàn)場(chǎng)工程經(jīng)驗(yàn)選擇樁身強(qiáng) 度和水泥摻入量及有關(guān)施工參數(shù)。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)水泥摻入比為 12% 左右時(shí)，樁身強(qiáng)度一般可達(dá) 1.0 1.5MPa; 根據(jù)樁身強(qiáng)度的大小及樁的斷面尺寸，由(424-16)式計(jì)算單樁承載力； 根據(jù)單樁承載力及土質(zhì)條件，由(4.2.4-15)式計(jì)算有效樁長(zhǎng)； 根據(jù)單樁承載力、有效樁長(zhǎng)和上部結(jié)構(gòu)要求達(dá)到的復(fù)合地基承載力，由（4.2.4-18） 式計(jì)算樁土面積置換率 ; 根據(jù)樁土面積置換率和基礎(chǔ)型式進(jìn)行布樁，樁可只在基礎(chǔ)平面范圍內(nèi)布置。5 、施工工藝水泥土攪拌法施工現(xiàn)場(chǎng)事先應(yīng)予以平整，必須清除地上和地下的障礙物。遇有明 浜、池塘及洼地時(shí)應(yīng)抽水和清淤，回填粘性土料并予以壓實(shí)，

26、不得回填雜填土或生活垃 圾。水泥土攪拌樁施工前應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行工藝性試樁 ，數(shù)量不得少于 2 根。當(dāng)樁周為成層土?xí)r，應(yīng)對(duì)相對(duì)軟弱土層增加攪拌次數(shù)或增加水泥摻量。攪拌頭翼片的枚數(shù)、寬度、與攪拌軸的垂直夾角、攪拌頭的回轉(zhuǎn)數(shù)、提升速度應(yīng)相互匹配，以確保加固深度范圍內(nèi)土體的任何一點(diǎn)均能經(jīng)過(guò) 20 次以上的攪拌。豎向承載攪拌樁施工時(shí)，停漿（灰）面應(yīng)高于樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高 300500mm。在開(kāi)挖基坑時(shí)，應(yīng)將攪拌樁頂端施工質(zhì)量較差的樁段用人工挖除。施工中應(yīng)保持?jǐn)嚢铇稒C(jī)底盤的水平和導(dǎo)向架的豎直 ，攪拌樁的垂直偏差不得超過(guò) 1 ；樁位的偏差不得大于 50mm ；成樁直徑和樁長(zhǎng)不得小于設(shè)計(jì)值。水泥土攪拌法施工步驟由于濕

27、法和干法的施工設(shè)備不同而略有差異 。其主要步驟應(yīng)為： 攪拌機(jī)械就位、調(diào)平； 預(yù)攪下沉至設(shè)計(jì)加固深度； 邊噴漿 （粉）、邊攪拌提升直至預(yù)定的停漿 （灰）面； 重復(fù)攪拌下沉至設(shè)計(jì)加固深度； 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，噴漿（粉）或僅攪拌提升直至預(yù)定的停漿（灰）面； 關(guān)閉攪拌機(jī)械。在預(yù)（復(fù)）攪下沉?xí)r，也可采用噴漿（粉）的施工工藝，但必須確保 全樁長(zhǎng)上下至少再重復(fù)攪拌一次。（1） 水泥漿攪拌法施工注意事項(xiàng)：1）現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地應(yīng)予平整，必須清除地上和地下一切障礙物。明浜、暗塘及場(chǎng)地 低洼時(shí)應(yīng)抽水和清淤，分層夯實(shí)回填粘性土料，不得回填雜填土或生活垃圾。開(kāi)機(jī)前必須調(diào)試，檢查樁機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)和輸漿管暢通情況。2）根據(jù)實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，水泥土

28、攪拌法在施工到頂端 0.3 0.5m 范圍時(shí)，因上覆壓力較小，攪拌質(zhì)量較差。因此，其場(chǎng)地整平標(biāo)高應(yīng)比設(shè)計(jì)確定的基底標(biāo)高再高出0.30.5m，樁制作時(shí)仍施工到地面，待開(kāi)挖基坑時(shí)，再將上部0.30.5m的樁身質(zhì)量較差的樁段挖去。而對(duì)于基礎(chǔ)埋深較大時(shí)，取下限；反之，則取上限。3）攪拌樁垂直度偏差不得超過(guò) 1% ，樁位布置偏差不得大于 50mm ，樁徑偏差不得大于 4% 。4）施工前應(yīng)確定攪拌機(jī)械的灰漿泵輸漿量、灰漿經(jīng)輸漿管到達(dá)攪拌機(jī)噴漿口的時(shí)間和起吊設(shè)備提升速度等施工參數(shù)；并根據(jù)設(shè)計(jì)要求通過(guò)成樁試驗(yàn)，確定攪拌樁的 配比等各項(xiàng)參數(shù)和施工工藝。宜用流量泵控制輸漿速度，使注漿泵出口壓力保持在0.4 0 .

29、6MPa ，并應(yīng)使攪拌提升速度與輸漿速度同步。5）制備好的漿液不得離析，泵送必須連續(xù)。拌制漿液的罐數(shù)、固化劑和外摻劑的用量以及泵送漿液的時(shí)間等應(yīng)有專人記錄。6）為保證樁端施工質(zhì)量，當(dāng)漿液達(dá)到出漿口后，應(yīng)噴漿座底30s，使?jié){液完全到達(dá)樁端。特別是設(shè)計(jì)中考慮樁端承載力時(shí)，該點(diǎn)尤為重要。7）預(yù)攪下沉?xí)r不宜沖水，當(dāng)遇到較硬土層下沉太慢時(shí)，方可適量沖水，但應(yīng)考慮沖水成樁對(duì)樁身強(qiáng)度的影響。8）可通過(guò)復(fù)噴的方法達(dá)到樁身強(qiáng)度為變參數(shù)的目的。攪拌次數(shù)以 1 次噴漿 2 次攪拌或 2次噴漿 3 次攪拌為宜，且最后 1 次提升攪拌宜采用慢速提升。當(dāng)噴漿口到達(dá)樁頂標(biāo)高時(shí)，宜停止提升，攪拌數(shù)秒，以保證樁頭的均勻密實(shí)。9

30、）施工時(shí)因故停漿，宜將攪拌機(jī)下沉至停漿點(diǎn)以下0.5m，待恢復(fù)供漿時(shí)再噴漿提升。若停機(jī)超過(guò)3h，為防止?jié){液硬結(jié)堵管，宜先拆卸輸漿管路，妥為清洗。10）壁狀加固時(shí)，樁與樁的搭接時(shí)間不應(yīng)大于24h，如因特殊原因超過(guò)上述時(shí)間，應(yīng)對(duì)最后一根樁先進(jìn)行空鉆留出榫頭以待下一批樁搭接，如間歇時(shí)間太長(zhǎng) （如停電 等），與第二根無(wú)法搭接；應(yīng)在設(shè)計(jì)和建設(shè)單位認(rèn)可后，采取局部補(bǔ)樁或注漿措施。11）攪拌機(jī)凝漿提升的速度和次數(shù)必須符合施工工藝的要求 ，應(yīng)有專人記錄攪拌機(jī)每米下沉和提升的時(shí)間。深度記錄誤差不得大于100mm，時(shí)間記錄誤差不得大于5s。12）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，當(dāng)水泥土攪拌樁作為承重樁進(jìn)行基坑開(kāi)挖時(shí)，樁頂和 樁身

31、已有一定的強(qiáng)度，若用機(jī)械開(kāi)挖基坑，往往容易碰撞損壞樁頂，因此基底標(biāo)高以上 0.3m 宜采用人工開(kāi)挖，以保護(hù)樁頭質(zhì)量。這點(diǎn)對(duì)保證處理效果尤為重要，應(yīng)引起足夠的重視。（2）粉體噴射攪拌法施工中須注意的事項(xiàng)：1）噴粉施工前應(yīng)仔細(xì)檢查攪拌機(jī)械 、供粉泵、送氣 （粉）管路、接頭和閥門的密封性、可靠性。送氣 （粉）管路的長(zhǎng)度不宜大于 60m。2）噴粉施工機(jī)械必須配置經(jīng)國(guó)家計(jì)量部門確認(rèn)的具有能瞬時(shí)檢測(cè)并記錄出粉量的粉體計(jì)量裝置及攪拌深度自動(dòng)記錄儀。3) 攪拌頭每旋轉(zhuǎn)一周，其提升高度不得超過(guò) 16mm 。4) 施工機(jī)械、電氣設(shè)備、儀表儀器及機(jī)具等，在確認(rèn)完好后方準(zhǔn)使用。5) 在建筑物舊址或回填地區(qū)施工時(shí)，應(yīng)預(yù)先進(jìn)行樁位探測(cè)，并清除己探明的障礙物。6) 樁體施工中，若發(fā)現(xiàn)鉆機(jī)不正常的振動(dòng)、晃動(dòng)、傾斜、移位等現(xiàn)象，應(yīng)立 即停鉆檢查。必要時(shí)應(yīng)提鉆重打。7) 施工中應(yīng)隨時(shí)注意噴粉機(jī)、空壓機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況；壓力表的顯示變化；送灰情況。當(dāng)送灰過(guò)程中出現(xiàn)壓力連續(xù)上升，發(fā)送器負(fù)載過(guò)大，送灰管或閥門在軸具提升中 途堵塞等異常情況，應(yīng)立即判明原因，停止提升，原地