(4,5)第3章水泥土墻支護

水泥土攪拌樁法5.6.1概述5.6.2加固機理

5.6.5

水泥土攪拌樁的設計5.6.3水泥土攪拌樁的特點5.6.4

水泥土攪拌樁的施工5.6.1概述1.定義:

水泥土攪拌樁法是以水泥等材料作為固化劑，通過特制的深層攪拌機械，將固化劑(漿體或粉體)和地基土強制攪拌，使軟土硬結成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的樁體的地基處理方法。2.適用于：正常固結的淤泥與淤泥質土、粉土、飽和黃土、素填土、黏性土以及無流動地下水的飽和松散砂土地基。3.分類：水泥土攪樁拌法分為深層攪拌法(簡稱濕法)和粉體噴攪法(簡稱干法)。深層攪拌法：

利用水泥（或石灰）作為固化劑，通過特制的深層攪拌機械，在一定的深度范圍內把地基土與水泥（或其他固化劑）強行攪拌，固化后形成具有水穩(wěn)定性和足夠強度的水泥土，制成樁體、塊體和墻體等加固體，并與地基土共同作用，提高地基的承載力，改善地基變形特性的一種地基處理方法，稱為深層攪拌法，簡稱為CDM法。深層攪拌法的發(fā)展歷史：20世紀40年代首創(chuàng)于美國，國內于1977年由冶金部建筑研究總院和交通部水運規(guī)劃設計院研制，1978年生產出第一臺深層攪拌機，并于1980年在上海寶山鋼鐵總廠軟基加固中獲得成功。

深基坑圍護水泥攪拌樁機深層攪拌樁施工現場支護結構

——

水泥土墻支護結構——水泥土墻支護結構——水泥土墻

支護結構——水泥土墻3.1

水泥土

的

形成

水泥土攪拌樁的應用

地基加固

a)柱狀布置；b)壁狀布置；c)格柵狀布置；d)塊狀布置

建筑物的地基加固，常采用樁型水泥土加固體，荷載不大時，可用單軸單樁體，較大時用雙軸樁體，平面上按基礎的形狀均勻布置；如基礎面積大，對地基均勻沉降要求高，應按格室形或墻體型布置水泥土加固體。地基加固粉體噴射攪拌法（DJM）：

簡稱為粉噴（干噴）法，這是在軟土地基中，通過粉噴機械把加固材料（石灰或水泥）的粉料，用氣體噴射到地基中并與土攪拌混合，使粉噴料與地基土發(fā)生化學作用，形成具有一定強度、水穩(wěn)定性的加固體，應用于地基加固。

注：當地基土的天然含水率小于30%(黃土含水率小于25%)、大于70%或地下水的pH值小于4時不宜采用干法。4.應用：

水泥土攪拌樁法形成的水泥土加固體，可作為豎向承載的復合地基，基坑工程圍護擋墻、被動區(qū)加固、防滲帷幕，大體積水泥穩(wěn)定土等。5.6.2加固機理

水泥土攪拌法加固機理包括對天然地基土的加固硬化機理(微觀機理)和形成復合地基以加固地基土、提高地基土強度、減少沉降量的機理(宏觀機理)。

1.水泥土硬化機理(微觀機理)

當水泥漿與土攪拌后，水泥顆粒表面的礦物很快與黏土中的水發(fā)生水解和水化反應，在顆粒間形成各種水化物。這些水化物有的繼續(xù)硬化，形成水泥石骨料，有的則與周圍具有一定活性的黏土顆粒發(fā)生反應。通過離子交換和團?；饔檬馆^小的土顆粒形成較大的土團粒；通過硬凝反應，逐漸生成不溶于水的穩(wěn)定的結晶化合物，從而使土的強度提高。此外，水泥水化物中的游離Ca(OH)2能吸收水中和空氣中的CO2，發(fā)生碳酸化反應，生成不溶于水的CaCO3，這種碳酸化反應也能使水泥土增加強度。通過以上反應，使軟土硬結成具有一定整體性、水穩(wěn)性和一定強度的水泥加固土。

2.復合地基加固機理(宏觀機理)

通過特制的施工機械，在土中形成一定直徑的樁體，與樁間土形成復合地基承擔基礎傳來的荷載，可提高地基承載力和改善地基變形特性。有時，當地基土較軟弱、地基承載力和變形要求較高時，也采用壁式加固，形成縱橫交錯的水泥土墻，形成格柵形復合地基。甚至直接將擬加固范圍內土體全部進行處理，形成塊式加固實體。5.6.3水泥土攪拌樁的特點(1)在地基加固過程中無振動、無噪聲、對周圍環(huán)境無污染，對軟土無側向擠壓，對鄰近建筑物影響很??；(2)可根據上部結構需要靈活采用柱狀、壁狀、格柵狀和塊狀等多種加固形狀；(3)可有效提高地基強度(當水泥摻量為8%和10%時，加固體強度分別為0.24MPa和0.65MPa，而天然軟土地基強度僅0.006MPa)；(4)施工機具比較簡單，施工期較短，造價低廉，效益顯著。5.6.4

水泥土攪拌樁的施工（一）粉體噴射攪拌法(粉噴樁法)1.施工方法：通過專用的施工機械，將攪拌鉆頭下沉到預計孔底后，用壓縮空氣將固化劑（生石灰或水泥粉體材料）以霧狀噴入加固部位的地基土，憑借鉆頭和葉片旋轉使粉體加固料與軟土原位攪拌混合，自下而上邊攪拌邊噴粉，直到設計?；覙烁?。為保證質量，可再次將攪拌頭下沉至孔底，重復攪拌。2.施工作業(yè)順序（見下頁）粉體噴射攪拌施工作業(yè)順序a）攪拌機對準樁位；b）下鉆；c）鉆進結束d）提升噴射攪拌e）提升結束3.優(yōu)、缺點優(yōu)點：以粉體作為主要加固料，不需向地基注入水分，因此加固后地基土初期強度高，可以根據不同土的特性、含水量、設計要求合理選擇加固材料及配合比，對于含水量較大的軟土，加固效果更為顯著；施工時不需高壓設備，安全可靠，如嚴格遵守操作規(guī)程，可避免對周圍環(huán)境產生污染、振動等不良影響。

缺點：是于目前施工工藝的限制，加固深度不能過深，一般為8-15m。

（二）深層水泥攪拌法

1.施工方法：

用回轉的攪拌葉將壓入軟土內的水泥漿與周圍軟土強制拌和形成水泥加固體。攪拌機由電動機、中心管、輸漿管、攪拌軸和攪拌頭組成，并有灰漿攪拌機、灰漿泵等配套設備。我國生產的攪拌機現有單攪頭和雙攪頭兩種，加固深度達30m形成的樁柱體直徑60cm-80cm。2.施工過程（見下頁）深層攪拌法施工過程3.優(yōu)點與粉體噴射攪拌法相比有其獨特的優(yōu)點：1.加固深度加深；2.由于將固化劑和原地基軟土就地攪拌，因而最大限度利用了原土；3.攪拌時不會側向擠土，環(huán)境效應較小。5.6.5

水泥土攪拌樁的設計1.對地質勘察的要求確定處理方案前應搜集擬處理區(qū)域內詳盡的巖土工程資料，包括：(1)填土層的厚度和組成；(2)軟土層的分布范圍、分層情況；(3)地下水位及酸堿度(pH值)；(4)土的含水率、塑性指數和有機質含量等。2.布樁型式的選擇布樁型式可根據上部結構特點及對地基承載力和變形的要求，采用柱狀、壁狀、格柵狀或塊狀等不同形式。樁可只在基礎平面范圍內布置，獨立基礎下的樁數不宜少于3根。柱狀加固可采用正方形、等邊三角形等布樁形式。3.樁長和樁徑的確定豎向承載攪拌樁的長度應根據上部結構對承載力和變形的要求確定，并宜穿透軟弱土層到達承載力相對較高的土層；為提高抗滑穩(wěn)定性而設置的攪拌樁，其樁長應超過危險滑弧以下2m。

濕法的加固深度不宜大于20m；干法的加固深度不宜大于15m。水泥土攪拌樁的樁徑不應小于500mm。4.地基承載力特征值僅介紹《建筑地基處理技術規(guī)范》（JGJ79-2002）推薦的方法。水泥土復合地基承載力特征值可按下式計算：

—樁間土承載力折減系數，可取0.5-0.9；式中：fspk、fsk—分別為復合地基、樁間土承載力特征值（kPa）；Ap—水泥土樁的截面面積；m-復合地基的面積置換率；Ra—水泥土樁的單樁體豎向承載力特征值；有現場載荷試驗確定，或取下兩式計算結果的較小值；—與設計的水泥土配比相同的立方體試塊(邊長70.7mm或50mm)在室內測定的無側限抗壓強度平均值(kPa)；—樁端土的天然地基承載力特征值(kPa)，按《建筑地基基礎設計規(guī)范》(GB5007—2002)規(guī)定確定；—樁周土的摩阻力特征值。對淤泥可取4～7kPa；對淤泥質土可取6～12kPa；對軟塑狀態(tài)的黏性土可取10～15kPa；對可塑狀態(tài)的黏性土可取12～18kPa；—折減系數，可取0.4～0.6；—樁身強度折減系數，干法可取0.20～0.30；濕法可取0.25～0.33?！獦吨荛L；5.7高壓噴射注漿法5.7.1高壓噴射注漿法概況

5.7.2高壓噴射注漿法概念及適用性5.7.6設計要點5.7.3高壓噴射注漿法的分類5.7.4高壓噴射注漿法的特征5.7.5加固機理5.7高壓噴射注漿法5.7.1高壓噴射注漿法概況

高壓噴射注漿法在20世紀60年代末期創(chuàng)始于日本，它是將高壓水泥漿通過鉆桿由水平方向的噴嘴噴出，形成噴射流，以此切削土體并與土拌和形成水泥土加固體的地基處理方法。我國于1975年首先在鐵道部門進行單管法的試驗和應用，1977年原冶金部建筑研究總院在寶鋼工程中首次應用三重管法噴射注漿獲得成功，1986年該院又開發(fā)成功高壓噴射注漿的新工藝—干噴法。經過多年的實踐和發(fā)展，高壓噴射注漿法已成為我國常用的一種施工方法，這種地基處理方法已分別列入我國兩個標準：《建筑地基基礎工程施工質量驗收規(guī)范》(GB50202—2002)和《建筑地基處理技術規(guī)范》(JGJ79—1999)中。

1.概念

它是利用鉆機將帶有噴嘴的注漿管鉆進至土層的預定位置后，以20MPa左右的高壓將加固用漿液(一般為水泥漿)從噴嘴噴射出沖擊土層，土層在高壓噴射流的沖擊力、離心力和重力等作用下；與漿液攪拌混合，漿液凝固后，便在土中形成一個固結體。5.7.2高壓噴射注漿法概念及適用性2.適用性：高壓噴射注漿法適用于砂類土、粘性土、濕陷性黃土、淤泥和人工填土等多種土類，加固直徑(厚度)為0.5m～1.5m，固結體抗壓強度(325號水泥三個月齡期)加固軟土為(5-10)MPa，加固砂類土為(10-20)MPa。對于礫石粒徑過大，含腐殖質過多的土加固效果較差；對地下水流較大，對水泥有嚴重腐蝕的地基土也不宜采用。5.7.3高壓噴射注漿法的分類1.根據噴射流的移動方式：高壓噴射注漿法可分為旋轉噴射(簡稱旋噴)、定向噴射(簡稱定噴)和擺動噴射(簡稱擺噴)三種類別。高壓噴射注漿法所形成的加固體形狀與噴射流的移動方式有關。旋噴法施工時：噴嘴一邊噴射一邊提升并旋轉，加固體呈圓柱狀或圓盤狀。定噴法施工時：噴嘴一邊噴射一邊提升，噴射的方向固定不變，加固體呈板狀或壁狀。擺噴法施工時：噴嘴一邊噴射一邊提升，噴射的方向呈較小角度來回擺動，加固體呈較厚墻狀。2.根據注漿管的類型：

高壓噴射注漿法又可分為單管法、雙管法、三管法和多管法等四種施工方法。

單管法的特點是用單層注漿管噴射，只噴射水泥漿液一種介質。由于噴射流在土中衰減快，破碎土的射程較短，成樁直徑較小，一般為0.3～0.8m。

雙管法的特點是用雙層注漿管噴射，噴射高壓水泥漿液和壓縮空氣，或噴射高壓水泥漿液和高壓水兩種介質，成樁直徑1.0m左右。多管法的特點是用多重管噴射，噴射超高壓力水射流，切削破壞四周的土體，經高壓水沖擊下來的土和石成為泥漿后，立即用真空泵從多重管中抽出。裝在噴嘴附近的超聲波傳感器及時測出空間的直徑和形狀，最后根據工程要求選用漿液、砂漿、礫石等材料進行填充。成樁直徑可達4m。三管法的特點是用三層注漿管噴射，噴射高壓水流與氣流復合噴射流，噴射高壓水、壓縮空氣及高壓水泥漿液三種介質由于高壓水流和氣流的作用，使地基中一部分土粒隨著水、氣排出地面，高壓水泥漿流隨之填充空隙。成樁直徑較大，一般有1.0～2.0m，但成樁強度較低。5.7.4高壓噴射注漿法的特征(1)適用范圍較廣?？捎糜诩扔薪ㄖ托陆ńㄖ牡鼗庸?，深基坑、地鐵等工程的土層加固或防水。(2)適用土層較多。適用范圍從淤泥、淤泥質土到碎石土，均有良好的加固效果。(3)施工簡便靈活。設備較簡單、輕便，機械化程度高，全套設備緊湊，體積小，機動性強，占地少，能在狹窄場地施工；操作容易，管理方便，速度快，效率高，用途廣泛，成本低。(4)可控制加固體的形狀和加固范圍。(5)耐久性好，可用于永久性工程中。(6)環(huán)保效果好。用于已有建筑物地基加固而不擾動附近土體，施工噪聲低，振動小。1.加固機理：1）高壓噴射流對土體的破壞作用破壞土體的結構強度的最主要因素是噴射動壓，為了取得更大的破壞力，需要增加平均流速，也就是需要增加旋噴壓力，一般要求高壓脈沖泵的工作壓力在20MPa以上，這樣就使射流象剛體一樣，沖擊破壞土體，使土與漿液攪拌混合，凝固成圓柱狀的固結體。5.7.5加固機理及其性質噴射流在終期區(qū)域，能量衰減很大，不能直接沖擊土體使土顆粒剝落，但能對有效射程的邊界土產生擠壓力，對四周土有壓密作用，并使部分漿液進入土粒之間的空隙里，使固結體與四周土緊密相依，不產生脫離現象。2）水泥與土的固結機理水泥與水拌合后，首先產生鋁酸三鈣水化物和氫氧化鈣，它們可溶于水中，但溶解度不高，很快就達到飽和，這種化學反應連續(xù)不斷地進行，就析出一種膠質物體。這種膠質物體有一部分混在水中懸浮，后來就包圍在水泥微粒的表面，形成一層膠凝薄膜。所生成的硅酸二鈣水化物幾乎不溶于水，只能以無定形體的膠質包圍在水泥微粒的表層，另一部分滲入水中。由水泥各種成分所生成的膠凝膜，逐漸發(fā)展起來成為膠凝體，此時表現為水泥的初凝狀態(tài)，開始有膠粘的性質。此后，水泥各成分在不缺水、不干涸的情況下，繼續(xù)不斷地按上述水化程序發(fā)展、增強和擴大。加固機理就地形成：混合漿液=水泥漿(粉)+飽和軟土團粒結構：二氧化硅(土)鋁(硅)酸鈣鹽結晶化合物:致密充分攪拌水硬性膠凝材料與周圍土體反應+自身水泥石骨架膠凝顆粒懸浮液水泥土未被粉碎的大小土團水穩(wěn)定性整體性一定強度……2.影響水泥土強度的主要因素：水泥系深層攪拌法所形成的固化土稱為水泥土（水泥加固土），影響水泥土強度的主要因素有：1）水泥摻入比

水泥土的無側限抗壓強度隨水泥摻入比的增大而增大。當aw<5%時，由于水泥與土的固化反應過弱，對于提高地基土的強度效果不明顯。工程上常用的aw約為7~25%。

水泥土的強度增長率在不同的摻入量區(qū)域、不同的齡期時段內是不相同的，而且原狀土不同，水泥土的強度增長率也不同。

2）齡期

水泥土的無側限抗壓強度隨著齡期的增長而增大，其強度增長規(guī)律不同于混凝土，一般在T＞28d后強度仍有較大增長。直到90d后其強度增長率逐漸變緩。所以，以齡期90天作為標準強度。3）地基土的含水量

當水泥摻入比相同時，水泥土的無側限抗壓強度隨著含水量的降低而增大。含水量的降低使水泥土的密實性得到增強，從而提高了強度。4）水泥標號

水泥土的強度隨水泥標號的提高而增大。在水泥摻入比相同的條件下，水泥標號每提高100號，水泥土的無側限抗壓強度約增大20％～30％。5）添加劑

不同的添加劑對水泥土強度有著不同的影響，選用合適的添加劑可以提高水泥土強度或節(jié)省水泥用量。在水泥系深層攪拌法中，常選用木質素磺酸鈣、石膏和三乙醇胺等添加劑。添加劑對水泥土強度的影響程度可通過試驗來確定。6）土中的有機質含量由于有機質使土壤具有較大的水容量和塑性，較大的膨脹性和低滲透性，并使土壤具有酸性，這些因素都會阻礙水泥水化反應的進行，影響水泥土的固化，從而降低水泥土的強度。因此，有機質含量的增高將會明顯地降低水泥土的強度。5.7.6設計要點1.加固體強度和范圍高壓噴射注漿形成的加固體強度和范圍，應通過現場試驗確定。當無現場試驗資料時，可參照相似土質條件的工程經驗估計。2.樁的平面布置豎向承載旋噴樁的平面布置可根據上部結構和基礎特點確定。獨立基礎下的樁數一般不應少于4根。3.褥墊層設置豎向承載旋噴樁復合地基宜在基礎和樁頂之間設置褥墊層，褥墊層厚度可取200～300mm，其材料可選用中砂、粗砂、級配砂石等，最大粒徑不宜大于30mm。4.地基承載力豎向承載旋噴樁復合地基承載力特征值應通過現場復合地基荷載試驗確定。

當無試驗資料時，按照前一節(jié)中算水泥土復合地基承載力特征值的公式來計算。第3章水泥土墻支護4.1構造規(guī)定一JGJ120-99水泥土墻有關構造規(guī)定：1格珊布置時，置換率≥0.8（淤泥）、≥0.7（淤泥質土）、0.6（一般粘性土和砂土）；格珊長寬比≤2。2水泥土樁搭接寬度按照擋土和截水要求確定，考慮截水要求時，搭接寬度≥150mm；不考慮截水要求時，搭接寬度≥100mm；3變形不能滿足要求時，采用基坑內側土體加固、或水泥土墻插筋加混凝土面板幾家大墻體深度和寬度等措施；4采取切割搭接法施工，在前樁未固化時進行搭接樁的施工；施工開始和結束的頭尾搭接，應采取加強措施，消除搭接勾縫。5施工前進行成樁工藝、水泥摻入量或水泥漿配合比試驗，確定工藝和配比；漿噴深層攪拌樁水泥摻入量為被加固土體重量的15~18%，粉噴深層攪拌樁水泥摻入量為被加固土體重量的13~16%；6高壓噴射注漿施工前進行試噴，確定不同土層旋噴固結體的最小直徑、高壓噴射注漿施工技術參數等；水灰比宜為1~1.5。旋噴固結體的搭接寬度≥150mm、擺噴固結體的搭接寬度≥150mm、定噴固結體的搭接寬度≥200mm。7樁位偏差≤50mm，垂直度偏差≤0.5%；插筋應在樁體施工后及時進行，插筋材料、長度、出露長度根據計算和構造要求確定。壁式水泥土擋土墻格珊式水泥土擋土墻常見水泥土墻截面形式4.1構造規(guī)定8水泥土樁施工后一周內開挖和取芯檢查成樁質量，不符合要求調整工藝；在設計開挖齡期鉆心方法檢查墻體完整性，數量不少于樁總數的2%，且不少于5根，并根據設計要求取樣進行單軸抗壓強度等試驗。包括：抗傾覆、滑動、整體穩(wěn)定、抗?jié)B、墻體應力、位移等傾覆破壞：墻體寬度、深度不足；地面堆載過大、車輛頻繁行使等可引起。地基整體破壞：基坑開挖深度大，基底土質軟弱時，地面堆載過大、車輛頻繁行使等可引起地基土與擋土墻一起滑動。伴隨地面大量下陷、坑底隆起、主體樁基礎位移等。墻趾外移破壞：墻體插入深度不足，坑底土質太軟或流砂、管涌等削弱，可引起。另外：墻體應力破壞：拉裂或壓屈4.2水泥土墻支護設計

包括：抗傾覆、滑動、整體穩(wěn)定、抗?jié)B、墻體應力、位移等一經驗數據：寬度b=（0.6~0.8）h；插入深度hd=（0.8~1.2）h二JGJ120-99水泥土墻整體穩(wěn)定性驗算,確定入土深度hd：圓弧簡單條分法確定入土深度；

入土深度同時要滿足抗?jié)B要求。

當按照整體穩(wěn)定性要求和抗?jié)B要求確定的入土深度小于0.4h時，取0.4h。1、抗滑移2、抗傾覆3、地基承載力驗算4、抗隆起5、抗管涌即hd即hd地表如果有均布超載，將超載折算成土柱高度q/γ簡單處理：基坑深度h=基坑實際開挖深度+折算土柱高度q/γ

對于坑底土質較差的非均質土基坑，為偏于安全和簡單，另外，坑底土在穩(wěn)定分析時貢獻較大，因此，可按照坑底較差的軟土參數計算。當計算的嵌固深度小于0.3h時，取0.3h此表數據的基坑整體穩(wěn)定安全系數K取1.3，如果要求K更高，按類似方法可查：

黃強，建筑基坑支護技術應用手冊，

中國建筑工業(yè)出版社，1999，P196~2164.2水泥土墻支護設計三JGJ120-99水泥土墻抗?jié)B驗算：hd≥1.2γo(h-hwa)四JGJ120-99水泥土墻墻體厚度b驗算：一定要在入土深度確定之后進行；

當計算寬度小于0,4h時，取0.4h。

同時還要滿足墻體應力驗算要求，不滿足時，加大墻體寬度。注意：JGJ120-