第12章--夯實(shí)水泥土樁法

1、第第1212章章 夯實(shí)水泥土樁法夯實(shí)水泥土樁法Chapter 12 Rammed Soil-Cement Column 12.1 12.1 概概 述述12.1 Introduction 利用機(jī)械成孔利用機(jī)械成孔( ( 擠土或非擠土擠土或非擠土) ) 或人工挖或人工挖孔孔, , 然后將水泥和土按設(shè)計(jì)的比例拌和均勻然后將水泥和土按設(shè)計(jì)的比例拌和均勻, , 在在孔內(nèi)夯實(shí)至設(shè)計(jì)要求的密實(shí)度而形成的加固體孔內(nèi)夯實(shí)至設(shè)計(jì)要求的密實(shí)度而形成的加固體與樁間土組成復(fù)合地基的地基處理方法與樁間土組成復(fù)合地基的地基處理方法, , 稱為稱為夯實(shí)水泥土樁法。夯實(shí)水泥土樁法。 夯實(shí)水泥土樁法是中國建筑科學(xué)研究院地基夯實(shí)水

2、泥土樁法是中國建筑科學(xué)研究院地基基礎(chǔ)研究所在北京等地舊城區(qū)危改小區(qū)工程中基礎(chǔ)研究所在北京等地舊城區(qū)危改小區(qū)工程中, , 為為了解決施工場地條件限制和滿足住宅產(chǎn)業(yè)化的需了解決施工場地條件限制和滿足住宅產(chǎn)業(yè)化的需要而開發(fā)出的一種施工周期短、造價(jià)低、施工文要而開發(fā)出的一種施工周期短、造價(jià)低、施工文明、質(zhì)量容易控制的地基處理方法。明、質(zhì)量容易控制的地基處理方法。 該技術(shù)經(jīng)過大量的室內(nèi)試驗(yàn)、原位試驗(yàn)和工該技術(shù)經(jīng)過大量的室內(nèi)試驗(yàn)、原位試驗(yàn)和工程實(shí)踐程實(shí)踐, , 已日趨完善。目前夯實(shí)水泥土樁法已在北已日趨完善。目前夯實(shí)水泥土樁法已在北京、河北等地京、河北等地1 200 1 200 多項(xiàng)工程中應(yīng)用多項(xiàng)工程中應(yīng)

3、用, , 產(chǎn)生了巨大產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。 夯實(shí)水泥土樁法夯實(shí)水泥土樁法適用于適用于處理地下水位以上處理地下水位以上的粉土、素填土、雜填土、粘性土等地基。處的粉土、素填土、雜填土、粘性土等地基。處理深度不宜超過理深度不宜超過10m10m。 夯實(shí)水泥土樁的技術(shù)特點(diǎn)夯實(shí)水泥土樁的技術(shù)特點(diǎn)（1 1）夯實(shí)水泥土樁成孔機(jī)具簡便多樣。）夯實(shí)水泥土樁成孔機(jī)具簡便多樣。（2 2）成樁材料來源廣、成本低。）成樁材料來源廣、成本低。（3 3）有利于環(huán)保、無污染。）有利于環(huán)保、無污染。（4 4）適用土層廣泛。）適用土層廣泛。（5 5）質(zhì)量容易控制。）質(zhì)量容易控制。（6 6）承載力高，

4、變形小。）承載力高，變形小。夯實(shí)水泥土樁和水泥土攪拌樁的區(qū)別：夯實(shí)水泥土樁和水泥土攪拌樁的區(qū)別：夯實(shí)水泥土樁是將水泥和土在孔外拌合后再分層填入夯實(shí)水泥土樁是將水泥和土在孔外拌合后再分層填入孔內(nèi)，夯實(shí)成樁。水泥土攪拌樁則是采用特制的攪拌孔內(nèi)，夯實(shí)成樁。水泥土攪拌樁則是采用特制的攪拌機(jī)械將水泥漿（粉）噴入地基土中后與土體攪拌而形機(jī)械將水泥漿（粉）噴入地基土中后與土體攪拌而形成樁體。成樁體。兩者的主要區(qū)別有兩者的主要區(qū)別有3 3點(diǎn)：點(diǎn)：1 1、樁體材料形成不同：、樁體材料形成不同：由于夯實(shí)水泥土樁的樁體材料由于夯實(shí)水泥土樁的樁體材料是將水泥和土在孔外充分拌合，因此，樁體在樁長范是將水泥和土在孔外充分

5、拌合，因此，樁體在樁長范圍內(nèi)是基本均勻的，樁體強(qiáng)度不受場地土巖性變化的圍內(nèi)是基本均勻的，樁體強(qiáng)度不受場地土巖性變化的影響，夯實(shí)水泥土樁的現(xiàn)場強(qiáng)度和相同水泥參量的室影響，夯實(shí)水泥土樁的現(xiàn)場強(qiáng)度和相同水泥參量的室內(nèi)試樣強(qiáng)度，在夯填密實(shí)度相同的條件下是相等的。內(nèi)試樣強(qiáng)度，在夯填密實(shí)度相同的條件下是相等的。而水泥土攪拌樁則會由于機(jī)械以及土質(zhì)的變化，導(dǎo)致而水泥土攪拌樁則會由于機(jī)械以及土質(zhì)的變化，導(dǎo)致樁身強(qiáng)度一般是不均勻的，與現(xiàn)場各土層的含水量、樁身強(qiáng)度一般是不均勻的，與現(xiàn)場各土層的含水量、土的類型密切相關(guān)。土的類型密切相關(guān)。2 2、強(qiáng)度來源不同：、強(qiáng)度來源不同： 由于夯實(shí)水泥土樁是將孔外拌合均勻的水泥土

6、由于夯實(shí)水泥土樁是將孔外拌合均勻的水泥土混合料回填樁孔內(nèi)并強(qiáng)力夯實(shí)，樁體強(qiáng)度與天然混合料回填樁孔內(nèi)并強(qiáng)力夯實(shí)，樁體強(qiáng)度與天然土體強(qiáng)度相比有一個很大的的增量，這一增量既土體強(qiáng)度相比有一個很大的的增量，這一增量既有水泥的膠結(jié)強(qiáng)度，又有水泥土密度增加產(chǎn)生的有水泥的膠結(jié)強(qiáng)度，又有水泥土密度增加產(chǎn)生的密實(shí)強(qiáng)度。而攪拌樁的樁體密度在攪拌后增加很密實(shí)強(qiáng)度。而攪拌樁的樁體密度在攪拌后增加很少，樁體強(qiáng)度主要取決于水泥的膠結(jié)作用。少，樁體強(qiáng)度主要取決于水泥的膠結(jié)作用。3 3、土材料來源不同：、土材料來源不同： 由于夯實(shí)水泥土中選用的土料是工程性質(zhì)較好由于夯實(shí)水泥土中選用的土料是工程性質(zhì)較好的土，而形成水泥土攪拌樁

7、的原位土體通常含水的土，而形成水泥土攪拌樁的原位土體通常含水量高，強(qiáng)度低的不良工程性質(zhì)的軟土，所以。即量高，強(qiáng)度低的不良工程性質(zhì)的軟土，所以。即使采用相同的水泥摻量，夯實(shí)水泥土樁的樁體強(qiáng)使采用相同的水泥摻量，夯實(shí)水泥土樁的樁體強(qiáng)度要比水泥土攪拌樁的樁體強(qiáng)度要高出很多。度要比水泥土攪拌樁的樁體強(qiáng)度要高出很多。1 1、夯實(shí)水泥土樁的化學(xué)作用機(jī)理、夯實(shí)水泥土樁的化學(xué)作用機(jī)理（1 1）水泥土的固化原理）水泥土的固化原理與水泥拌合的土料不同，固化機(jī)理也不相同。與水泥拌合的土料不同，固化機(jī)理也不相同。砂土：夯實(shí)水泥土的固化機(jī)理類似于建筑上的水砂土：夯實(shí)水泥土的固化機(jī)理類似于建筑上的水泥砂漿，具有較高的強(qiáng)度

8、，其固化時間相對較短泥砂漿，具有較高的強(qiáng)度，其固化時間相對較短。粘土及粉土：由于水泥摻入比有限，而且土料中粘土及粉土：由于水泥摻入比有限，而且土料中的粘粒和粉粒具有很大的比表面積并含有一定的的粘粒和粉粒具有很大的比表面積并含有一定的活性物質(zhì)，所以水泥的固化速度比較緩慢，固化活性物質(zhì)，所以水泥的固化速度比較緩慢，固化機(jī)理也比較復(fù)雜。機(jī)理也比較復(fù)雜。12.2 12.2 作用機(jī)理作用機(jī)理（2 2）水泥的水解水化反應(yīng)。）水泥的水解水化反應(yīng)。 水泥與拌合料中的水分充分接觸，發(fā)生水解水泥與拌合料中的水分充分接觸，發(fā)生水解水化反應(yīng)，生成氫氧化鈣、水化硅酸鈣、水化鋁水化反應(yīng)，生成氫氧化鈣、水化硅酸鈣、水化鋁酸

9、鈣及水化鐵酸鈣等水泥水化物。這些水化物形酸鈣及水化鐵酸鈣等水泥水化物。這些水化物形成膠體，進(jìn)一步凝結(jié)硬化成水化物晶體。析出的成膠體，進(jìn)一步凝結(jié)硬化成水化物晶體。析出的凝膠粒子有的自身相互凝結(jié)硬化而形成水泥石骨凝膠粒子有的自身相互凝結(jié)硬化而形成水泥石骨架。有的則與周圍具有一定活性的土料中的粘粒架。有的則與周圍具有一定活性的土料中的粘粒和粉粒發(fā)生反應(yīng)。和粉粒發(fā)生反應(yīng)。（3 3）水泥水化物與土顆粒的作用）水泥水化物與土顆粒的作用 水泥土的離子交換和團(tuán)?；饔盟嗤恋碾x子交換和團(tuán)?；饔?水泥土的凝硬反應(yīng)水泥土的凝硬反應(yīng)2 2、夯實(shí)水泥土樁的物理作用機(jī)理、夯實(shí)水泥土樁的物理作用機(jī)理 夯實(shí)水泥土樁的強(qiáng)度

10、組成：夯實(shí)水泥土樁的強(qiáng)度組成：（1 1）水泥膠結(jié)體的強(qiáng)度）水泥膠結(jié)體的強(qiáng)度（2 2）夯實(shí)后因密度增加而提高的強(qiáng)度）夯實(shí)后因密度增加而提高的強(qiáng)度12.3 12.3 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) (Design) 1 1 樁長樁長 應(yīng)根據(jù)土質(zhì)情況、工程要求和成孔設(shè)備等因素應(yīng)根據(jù)土質(zhì)情況、工程要求和成孔設(shè)備等因素確定。采用洛陽鏟成孔工藝時，深度不宜超過確定。采用洛陽鏟成孔工藝時，深度不宜超過6m6m。當(dāng)相對硬層的埋藏深度不大時，應(yīng)按相對。當(dāng)相對硬層的埋藏深度不大時，應(yīng)按相對硬層埋藏深度確定。當(dāng)相對硬層的埋藏深度較硬層埋藏深度確定。當(dāng)相對硬層的埋藏深度較大時大時, , 應(yīng)按建筑物地基的變形允許值確定應(yīng)按建筑物地基的變形允

11、許值確定, , 即當(dāng)存即當(dāng)存在軟弱下臥層時在軟弱下臥層時, , 應(yīng)驗(yàn)算其變形應(yīng)驗(yàn)算其變形, , 按允許變形控制按允許變形控制設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)。 2 2 樁徑樁徑 樁孔直徑宜為樁孔直徑宜為300300600mm600mm，常用的樁徑為，常用的樁徑為350350400 mm400 mm?？筛鶕?jù)設(shè)計(jì)及所選用的成孔方法?？筛鶕?jù)設(shè)計(jì)及所選用的成孔方法確定。選用的夯錘應(yīng)與樁徑相適應(yīng)確定。選用的夯錘應(yīng)與樁徑相適應(yīng) 3 3 樁距樁距 樁距宜為樁距宜為2 24 4倍樁徑。倍樁徑。 4 4 布樁范圍布樁范圍 夯實(shí)水泥土樁可只在基礎(chǔ)范圍內(nèi)布樁。夯實(shí)水泥土樁可只在基礎(chǔ)范圍內(nèi)布樁。 5 5 墊層墊層 褥墊層厚褥墊層厚1001

12、00300mm300mm，可采用中砂、粗砂或碎石，可采用中砂、粗砂或碎石等，最大粒徑不宜大于等，最大粒徑不宜大于20mm20mm。 6 6 承載力承載力 復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)按現(xiàn)場復(fù)合地基載荷試復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)按現(xiàn)場復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定。初步設(shè)計(jì)時也可按第驗(yàn)確定。初步設(shè)計(jì)時也可按第1111章水泥土攪拌法的章水泥土攪拌法的公式估算，其中樁間土的承載力折減系數(shù)公式估算，其中樁間土的承載力折減系數(shù) 可取可取0.90.91.01.0。 7 7 樁身材料樁身材料 樁孔內(nèi)夯填的混合料配合比應(yīng)按工程要求、樁孔內(nèi)夯填的混合料配合比應(yīng)按工程要求、土料性質(zhì)及采用的水泥品種，由配合比試驗(yàn)確土料性質(zhì)及采用的水

13、泥品種，由配合比試驗(yàn)確定，并滿足下式要求：定，并滿足下式要求：式中式中f fcucu樁體混合料試塊（邊長樁體混合料試塊（邊長150mm150mm立方體）立方體）標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d28d立方體抗壓強(qiáng)度平均值（立方體抗壓強(qiáng)度平均值（kPakPa）。）。pacuARf31. 1. 施工準(zhǔn)備施工準(zhǔn)備( 1) ( 1) 現(xiàn)場取土現(xiàn)場取土, , 確定原位土的土質(zhì)及含水量是否適確定原位土的土質(zhì)及含水量是否適宜作水泥土樁的混合料。宜作水泥土樁的混合料。( 2) ( 2) 調(diào)查有無廉價(jià)的工業(yè)廢渣調(diào)查有無廉價(jià)的工業(yè)廢渣( ( 如粉煤灰、爐渣等如粉煤灰、爐渣等) ) 可供使用?？晒┦褂?。( 3) ( 3) 根據(jù)

14、設(shè)計(jì)選用的成孔方法做現(xiàn)場成孔試驗(yàn)。確根據(jù)設(shè)計(jì)選用的成孔方法做現(xiàn)場成孔試驗(yàn)。確定成孔的可行性定成孔的可行性, , 事前發(fā)現(xiàn)問題事前發(fā)現(xiàn)問題, , 研究對策。研究對策。12.3 12.3 施工施工 (Construction)2. 2. 樁材制備樁材制備( 1) ( 1) 一般采用一般采用32. 5 32. 5 級水泥級水泥, , 使用前應(yīng)做強(qiáng)度及穩(wěn)定使用前應(yīng)做強(qiáng)度及穩(wěn)定性試驗(yàn)。必須采用現(xiàn)場土料和施工采用的水泥品性試驗(yàn)。必須采用現(xiàn)場土料和施工采用的水泥品種及標(biāo)號進(jìn)行混合料配合比設(shè)計(jì)。種及標(biāo)號進(jìn)行混合料配合比設(shè)計(jì)。( 2) ( 2) 摻合料確定后摻合料確定后, , 進(jìn)行室內(nèi)配合比試驗(yàn)進(jìn)行室內(nèi)配合比試

15、驗(yàn), , 用擊實(shí)試用擊實(shí)試驗(yàn)確定摻合料的最佳含水量。驗(yàn)確定摻合料的最佳含水量。 一般工程可采用水一般工程可采用水泥泥 混合料混合料= 1= 1 6( 6( 體積比體積比) ) 的比例試配。的比例試配。( 3)( 3)混和料含水量應(yīng)滿足土料的最優(yōu)含水量混和料含水量應(yīng)滿足土料的最優(yōu)含水量wop , wop , 允許偏差不大于允許偏差不大于2% 2% 。( 4) ( 4) 現(xiàn)場使用時現(xiàn)場使用時, , 待成孔已經(jīng)完成或接近完成待成孔已經(jīng)完成或接近完成, , 用強(qiáng)用強(qiáng)制式混凝土拌合機(jī)或人工進(jìn)行拌合制式混凝土拌合機(jī)或人工進(jìn)行拌合, ,拌合操作標(biāo)準(zhǔn)拌合操作標(biāo)準(zhǔn)參照混凝土的拌合要求參照混凝土的拌合要求3 3、

16、施工機(jī)具設(shè)備、施工機(jī)具設(shè)備 成孔施工應(yīng)優(yōu)先選用機(jī)械成孔，如螺旋鉆、成孔施工應(yīng)優(yōu)先選用機(jī)械成孔，如螺旋鉆、沖擊、沉管等方法。在場地狹窄、樁孔深度不大沖擊、沉管等方法。在場地狹窄、樁孔深度不大，樁數(shù)較少或不具備機(jī)械施工條件時，可采用人，樁數(shù)較少或不具備機(jī)械施工條件時，可采用人工洛陽鏟施工工洛陽鏟施工4 4、成孔、成孔1. 1. ）人工挖孔法）人工挖孔法 夯實(shí)水泥土樁按復(fù)合地基設(shè)計(jì)時夯實(shí)水泥土樁按復(fù)合地基設(shè)計(jì)時, , 樁徑通常為樁徑通常為300300400 mm, 400 mm, 可采用特制的洛陽鏟人工成孔可采用特制的洛陽鏟人工成孔, , 其構(gòu)其構(gòu)造與使用方法可見第造與使用方法可見第10 10 章石

17、灰樁的施工。章石灰樁的施工。如持力層強(qiáng)度高如持力層強(qiáng)度高, , 按大直徑樁或深基礎(chǔ)施工時按大直徑樁或深基礎(chǔ)施工時, , 樁樁徑為徑為800800 1 000 mm, 1 000 mm, 底部尚可擴(kuò)孔底部尚可擴(kuò)孔, , 此時此時, , 可采用可采用人工挖孔樁的辦法成孔。人工挖孔樁的辦法成孔。其工藝流程為其工藝流程為: : 人工挖孔至設(shè)計(jì)深度人工挖孔至設(shè)計(jì)深度清孔及檢查清孔及檢查孔底夯實(shí)孔底夯實(shí)拌合水泥土拌合水泥土將水泥土逐層灌入孔將水泥土逐層灌入孔內(nèi)內(nèi), , 逐層夯實(shí)直至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高以上逐層夯實(shí)直至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高以上0. 2 m0. 2 m素土素土封頂。封頂。2. 2. ）機(jī)械成孔施工法）機(jī)械成孔

18、施工法 機(jī)械成孔分為擠土和排土成孔機(jī)械成孔分為擠土和排土成孔, , 當(dāng)被加固土體當(dāng)被加固土體密度較大或擠密性差時密度較大或擠密性差時, , 宜選用排土成孔宜選用排土成孔, ,如螺旋如螺旋鉆、長螺桿鉆機(jī)、機(jī)動洛陽鏟、大鍋鉆、長螺桿鉆機(jī)、機(jī)動洛陽鏟、大鍋( ( 蝸蝸) ) 錐等成錐等成孔方法。當(dāng)土的擠密性較好時孔方法。當(dāng)土的擠密性較好時, , 宜選用擠土成孔工宜選用擠土成孔工藝藝, , 如沉管法、干振法、如沉管法、干振法、“法蘭克法蘭克”法等。沉管法法等。沉管法施工類似石灰樁管外投料施工法施工類似石灰樁管外投料施工法, , 利用樁管反插壓利用樁管反插壓實(shí)實(shí); ; 干振法采用干振碎石樁的干振成孔器成

19、孔干振法采用干振碎石樁的干振成孔器成孔, , 投投入水泥土加以振實(shí)入水泥土加以振實(shí); ;“法蘭克法蘭克”法采用套管內(nèi)擊式法采用套管內(nèi)擊式碎石樁的施工方法。碎石樁的施工方法。5 5、夯填、夯填 夯填樁孔時夯填樁孔時, , 宜選用機(jī)械夯實(shí)。大孔徑水泥土宜選用機(jī)械夯實(shí)。大孔徑水泥土樁的夯實(shí)樁的夯實(shí), , 可采用灰土井樁的夯實(shí)機(jī)。分段夯填時可采用灰土井樁的夯實(shí)機(jī)。分段夯填時, , 夯錘的落距和填料厚度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)確定夯錘的落距和填料厚度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)確定, , 混混合料的壓實(shí)系數(shù)合料的壓實(shí)系數(shù)c c 不應(yīng)小于不應(yīng)小于0. 930. 93。相同水泥摻量。相同水泥摻量下下, , 樁體密實(shí)度是決定樁體強(qiáng)度的主要因素樁體密實(shí)度是決定樁體強(qiáng)度的主要因素, , 當(dāng)當(dāng)c c 0. 93 0. 93 時時, , 樁體強(qiáng)度約為最大密度下樁體強(qiáng)度的樁體強(qiáng)度約為最大密度下樁體強(qiáng)度的50% 50% 60% 60% 。若采用人工夯實(shí)若采用人工夯實(shí), , 夯重夯重25 kg 25 kg 左右左右, , 詳見第詳見第10 10 章石灰章石灰樁的施工?？變?nèi)水泥土每層虛鋪樁的施工。孔內(nèi)水泥土每層虛鋪30 cm30 cm左右左右, , 先用先用小落距輕夯小落距輕夯3 35 5 次次, , 然后重夯不少于然后重夯不少于8 8 次次, ,