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1、第九章 水泥土搅拌法,主要内容,9.3 设计计算,9.2 水泥加固土的工程特性,9.1 概述,9.4 施工,9.5 质量检验,水泥土搅拌法是利用水泥（或石灰）等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂（浆液或粉体）强制搅拌，由固化剂和软土间产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基土强度和增大变形模量的地基处理方法。根据施工方法的不同，水泥土搅拌法分为水泥浆搅拌和粉体喷射搅拌两种。前者是用水泥浆和地基土搅拌，后者是用水泥粉或石灰粉和地基土搅拌。,9.1 概 述,水泥浆搅拌法是美国在第二次世界大战后研制成功的，称之为就地
2、搅拌法(MixedinPlace Pile，简称MIP法)。这种方法是从不断回旋的中空轴端部向周围已被搅松的土中喷出水泥浆，经叶片搅拌而形成水泥土桩，桩径为030.4 m，长度为1012 m。1953年，日本清水建设株式会社从美国引进此法；1974年，日本港湾技术研究所等单位又合作开发研制成功水泥搅拌固化法，用于加固钢铁厂矿石堆场地基，加固深度达32 m,粉体喷射搅拌法（Dry Jet Mixing Method，简称DJM法）是由瑞典人Kjeld Paus于1967年提出的，该设想使用石灰搅拌桩加固15 m深度范围内软土地基，同一时期，日本于1967年由运输部港湾技术研究所开始研制石灰搅拌施
3、工机械，1974年开始在软土地基加固工程中应用，并研制出两类石灰搅拌机械，形成两种施工方法：一类为使用颗粒状生石灰的深层石灰搅拌法（DLM法）另一类为使用生石灰粉末的粉体喷射搅拌法（DJM法）,铁道部第四勘测设计院于1983年初开始进行粉体喷射搅拌法加固软土的试验研究，并于1984年在广东省云浮硫铁矿铁路专用线单孔4.5 m盖板箱涵软土地基加固工程中使用，后来相继在武汉和连云港用于下水道沟槽挡土墙和铁路涵洞软基加固，均获得良好效果。它为软土地基加固技术开拓了一种新的方法，可在铁路、公路、市政工程、港口码头、工业与民用建筑等软土地基加固方面推广使用。,水泥土搅拌法加固软土技术，具有以下独特的优点
4、：水泥土搅拌法由于将固化剂和原地基软土就地搅拌混合，因而最大限度地利用了原土；搅拌时无振动、无噪音和无污染，可在市区内和密集建筑群中进行施工；搅拌时不会使地基僻向挤出，所以对周围原有建筑物及地下沟管影响很小；水泥土搅拌法形成的水泥土加固体，可作为竖向承载的复合地基、防渗帷幕、大体积水泥稳定土等，其设计灵活，可按不同地基土的性质及工程设计要求，合理选择固化剂及其配方；,土体加固后重度基本不变，对软弱下卧层不致产生附加沉降；根据上部结构的需要，可灵活地采用柱状、壁状、格栅状和块状等加固形式；与钢筋混凝土桩基相比，可节约大量的钢材，并降低造价。适应范围：正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填
5、土、粘性土及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。,当地基土的天然含水量小于30(黄土含水量小于25)、大于70或地下水的pH值小于4时不宜采用干法。冬季施工时，应注意负温对处理效果的影响。当水泥土搅拌法用于处理泥炭土、有机质土、塑性指数IP大于25的粘土或地下水具有腐蚀性以及无工程经验的地区时，必须通过现场试验确定其适用性。,一、水泥土的物理性质1、含水量 水泥在硬凝过程中，由于水泥水化等反应，使部分自由水以结晶水的形式固定下来。故水泥土的含水量略低于原土样的含水量，水泥土的含水量比原土样的含水量减少0.5%7.0%,且随着水泥掺入比的增加而减小。,9.2 水泥加固土的工程特性,2、重度由于拌入
6、软土中的水泥浆的重度与软土的重度相近，所以水泥土的重度与天然软土的重度相近。因此采用深层搅拌法加固厚层软土地基时，其加固部分对下部未加固部分不致产生过大的附加荷重，也不会发生较大的附加沉降。3、相对密度：由于水泥的比重为3.1，比一般软土的2.652.75大，故水泥土的比重也比天然土稍大。一般水泥土的相对密度比软土约增加0.72.5。,4、渗透系数 水泥土的渗透系数随水泥掺入比的增大和养护龄期的增长而减小。这对深基坑施工是有利的，可利用它作为防渗帷幕。二、水泥土的力学性质、无侧限抗压强度及其影响因素。水泥土的无侧限抗压强度一般为3004 000 kPa，即比天然软土大几十倍至数百倍。影响水泥土
7、抗压强度的因素很多，主要有：水泥掺入比、水泥强度等级、龄期、含水量、,有机质含量、外掺剂、养护条件及土性等。）水泥掺入比w对强度的影响水泥土的强度随着水泥掺入比的增加而增大当w 5时由于水泥与土的反应过弱，水泥土固化程度低，强度离散性也较大，故在深层搅拌法的实际施工中，选用的水泥掺入比以大于5为宜。,）龄期对强度的影响。水泥土强度随着龄期的增长而增大，一般在龄期超过28天后仍有明显增加。）水泥强度等级对强度的影响水泥土的强度随水泥强度等级的提高而增加水泥强度等级提高10个等级，水泥土的强度增大约50%90%,而水泥掺入比可减少。）土样含水量对强度的影响 水泥土的无侧限抗压强度fcu 随着土样含
8、水量的降低而增大。当土的含水量在5085范围内变化时，含水量每降低10，水泥土强度可提高30。,）土样中有机质含量对强度的影响有机质含量少的水泥土强度比有机质含量高的水泥土强度高得多。由于有机质使土壤具有较大的水容量和塑性，较大的膨胀性和低渗透性，并使土壤具有酸性，这些因素都阻碍水泥水化反应的进行。因此有机质含量高的软土，单纯用水泥加固的效果较差。）外掺剂对强度的影响不同的外掺剂对水泥土强度有着不同的影响，如掺入石膏、氯化钙、三乙醇胺等可提高,水泥土的早期强度，但强度增加的百分数随龄期的增长而减小。一般早强剂可选用三乙醇胺、氯化钙、碳酸钠或水玻璃等材料，其掺入量宜分别取水泥重量的0.05%、2
9、%、0.5%和2%；减水剂可选用木质素磺酸钙，其掺入量宜取水泥重量的0.2%；石膏兼有缓凝和早强的双重作用，其掺入量宜取水泥重量的2%。）养护方法养护方法对水泥土的强度影响主要表现在养护,环境的湿度和温度。、抗拉强度水泥土的抗拉强度随抗压强度的增长而提高、抗剪强度 水泥土的抗剪强度随抗压强度的增加而提高、变形模量 是水泥土的应力与应变的比值，其与无侧限抗压强度大致呈正比。、压缩系数和压缩模量 水泥土试件的压缩系数约为（2.03.5）10-5（KPa）-1，其相应的压缩模量 Es=（60100）MPa。,9.3 设计计算,一、固化剂 宜选用强度等级为32.5级及以上的普通硅酸盐水泥。水泥掺量除块
10、状加固时可用被加固湿土质量的712外，其余宜为1220%。湿法的水泥浆水灰比可选用0.450.55。外掺剂可根据工程需要和土质条件选用具有早强、缓凝、减水以及节省水泥等作用的材料，但应避免污染环境,二、桩长 水泥土搅拌桩的设计，主要是确定搅拌桩的置换率和长度。竖向承载搅拌桩的长度应根据上部结构对承载力和变形的要求确定，并宜穿透软弱土层到达承载力相对较高的土层。为提高抗滑稳定性而设置的搅拌桩，其桩长应超过危险滑弧以下2 m。湿法的加固深度不宜大于20 m，干法的加固深度不宜大于15 m。,三、桩径 水泥土搅拌桩常用桩径为500 mm。四、加固形式搅拌桩可布置成柱状、壁状和块状三种形式。.柱状：每
11、隔一定的距离打设一根搅拌桩，即成为柱状加固形式。适合于单层工业厂房独立柱基础和多层房屋条形基础下的地基加固。.壁状：将相邻搅拌桩部分重叠搭接成壁状加固形式。适用于深基坑开挖时的边坡加固以及建筑物长高比较大、刚度较小、对不均匀沉降比较,敏感的多层砖混结构房屋条形基础下的地基加固。.块状：对上部结构单位面积荷载大，对不均匀下沉控制严格的建筑物地基进行加固时可采用这种布桩形式。它是纵横两个方向的相邻桩搭接而形成的。如在软土地区开挖深基坑时，为防止坑底隆起也可采用块状加固形式,五、垫层 竖向承载搅拌桩复合地基应在基础和桩之间设置150300 mm厚褥垫层，其材料可选用中砂、粗砂、级配砂石等，最大粒径不
12、宜大于20 mm。六、布桩竖向承载搅拌桩的平面布置可根据上部结构特点及对地基承载力和变形的要求，采用柱状、壁状、格栅状或块状等加固型式。由于搅拌桩按其强度和刚度是介于刚性桩和柔性桩间的一种桩型，但其承载性能又与刚性桩相近。因此在设计,搅拌桩时可只在基础平面范围内布桩，独立基础下的桩数不宜少于3根。柱状加固可采用正方形等边三角形等布桩型式。,9.施工,水泥土搅拌法施工现场事先应予平整，必须清除地上和地下的障碍物。遇有池塘及洼地时应抽水和清淤，回填粘性土料并予以压实，不得回填杂填土或生活垃圾。水泥土搅拌桩施工前应根据设计进行工艺性试桩，数量不得少于2根。,竖向承载搅拌桩施工时，停浆（灰）面应高于桩
13、顶设计标高300500 mm。在开挖基坑时，应将搅拌桩顶端施工质量较差的桩段用人工挖除。施工中应保持搅拌机底盘的水平和导向架的竖直，搅拌桩的垂直度偏差不得超过1，桩位的偏差不得大于50 mm，成桩直径和桩长不得小于设计值。,水泥土搅拌法的施工步骤：由于湿法和干法的施工设备不同而略有差异。其主要步骤应为：搅拌机械就位、调平；预搅下沉至设计加固深度；边喷浆（粉）、边搅拌提升直至预定的停浆（灰）面；重复搅拌下沉至设计加固深度；根据设计要求，喷浆（粉）或仅搅拌提升直至预定的停浆（灰）面；关闭搅拌机械。在预（复）搅下沉时，也可采用喷浆(粉)的施工工艺，但必须确保全桩长至少再重复搅拌一次,1湿法施工前应确
14、定灰浆泵输浆量、灰浆经输浆管到达搅拌机喷浆口的时间和起吊设备提升速度等施工参数，并根据设计要求通过工艺性成桩试验确定施工工艺。所使用的水泥都应过筛，制备好的浆液不得离析，泵送必须连续。拌制水泥浆液的罐数、水泥和外掺剂用量以及泵送浆液的时间等应有专人记录，喷浆量及搅拌深度必须采用经国家计量部门认证的监测仪器进行自动记录。,搅拌机喷浆提升的速度和次数必须符合施工工艺的要求，并应有专人记录。当水泥浆液到达出浆口后，应喷浆搅拌30 s；在水泥浆与桩端土充分搅拌后，再开始提升搅拌头搅拌机预搅下沉时不宜冲水，当遇到硬土层下沉太慢时，方可适量冲水，但应考虑冲水对桩身强度的影响。施工时如因故停浆，应将搅拌头下
15、沉至停浆点以下0.5 m处，待恢复供浆时再喷浆搅拌提升。若停机超过3 h，宜先拆卸输浆管路，并妥善加以清洗,壁状加固时，相邻桩的施工时间间隔不宜超过24 h。如间隔时间太长，与相邻桩无法搭接时，应采取局部补桩或注浆等补强措施。2.干法 喷粉施工前应仔细检查搅拌机械、供粉泵、送气（粉）管路、接头和阀门的密封性、可靠性。送气（粉）管路的长度不宜大于60 m。搅拌头每旋转一周，其提升高度不得超过16 mm,当搅拌头到达设计桩底以上1.5 m时，应立即开启喷粉机提前进行喷粉作业。当搅拌头提升至地面下500 mm时，喷粉机应停止喷粉。成桩过程中若因故停止喷粉，则应将搅拌头下沉至停灰面以下1 m处，待恢复
16、喷粉时再喷粉搅拌提升。需在地基土天然含水量小于30%土层中喷粉成桩时，应采用地面注水搅拌工艺。,水泥土搅拌桩的质量控制应贯穿在施工的全过程，并应坚持全程的施工监理。施工过程中必须随时检查施工记录和计量记录，并对照规定的施工工艺对每根桩进行质量评定。检查重点是：水泥用量、桩长、搅拌头转数和提升速度、复搅次数和复搅深度、停浆处理方法等。,9.5 质量检验,一、施工质量检验 在施工期，每根桩均应有一份完整的质量检验单，施工人员和监理人员签名后作为施工档案。质量检验主要有下列各项。1.桩位：通常桩位放线的偏差不应超出20 mm，成桩后桩位偏差不应大于50 mm。施工前在桩中心插桩位标，施工后将桩位标复
17、原，以便验收。2.桩顶、桩底高程均应满足设计要求。桩底一般应低于设计高程100200 mm，桩顶应高于设计高程0.5 m。,3.桩身垂直度：每个桩施工时均应用水准尺或其他方法检查导向架和搅拌轴的垂直度，间接测定桩身垂直度。通常垂直度误差不应超过1。当设计对垂直度有严格要求时，应按设计标准检验。桩身水泥掺量。按设计要求检查每根桩的水泥用量。通常考虑到按整包水泥计量的方便，允许每根桩的水泥用量在25 kg（半包水泥）范围内调整。,.水泥标号：水泥品种按设计要求选用。对无质保书或有质保书的小水泥厂的产品，应先做试块强度试验，试验合格后方可使用。对有质保书（非乡办企业）的水泥产品，可在搅拌施工时，进行
18、抽查试验。6.搅拌头上提喷浆(或喷粉)的速度。一般均在上提时喷浆或喷粉，提升速度不超过0.5mmin。通常采用二次搅拌。当第二次搅拌时，不允许出现搅拌头未到桩顶时浆液（或水泥粉）就已拌完的现象。有剩余时可在桩身上部第三次搅拌。,7.外掺剂的选用。采用的外掺剂应按设计要求配制。常用的外掺剂有氯化钙、碳酸钠、三乙醇胺、木质素磺酸钙、水玻璃等。8.浆液水灰比。通常为0.450.5，不宜超过0.5浆液拌和时间应按此水灰比定量加水。9.水泥浆液搅拌均匀性。应注意储浆桶内浆液的均匀性和连续性，喷浆搅拌时不允许出现输浆管道堵塞或爆裂的现象。10.喷粉搅拌的均匀性。应有水泥自动计量装置，随时指示喷粉过程中的各
19、项参数，包括压力、喷粉速度和喷粉量等。,11.喷粉到距地面12 m时，应无大量粉末飞扬，通常需适当减小压力，在孔口加防护罩。12.对基坑开挖工程中的侧向围护桩，相邻桩体要搭接施工，施工应连续，其施工间歇时间不宜超过24 h。13.成桩后3天内，可用轻型动力触探(N10)检查每米桩身的均匀性，检验数量为总桩数的1，且不少于3根。14.成桩7天后，采用浅部开挖桩头，目测检查搅拌的均匀性，测量成桩直径。检查量为总桩数的5。,二、竣工验收检测 1.竖向承载水泥土搅拌桩地基竣工验收时，承载力检验应采用复合地基载荷试验和单桩载荷试验。2.载荷试验必须在桩身强度满足试验荷载条件时，并宜在成桩28天后进行。检
20、验数量为桩总数的0.51，且每项单体工程不应少于3点。3.经触探和荷载试验检验后对桩身质量有怀疑时，应在成桩28天后，用双管单动取样器钻取芯样做抗压强度检验，检验数量为桩总数的0.5，且不少于3根。,4.对相邻桩搭接要求严格的工程，应在成桩15天后，选取数根桩进行开挖，检查搭接情况。5.基槽开挖后，应检验桩位、桩数与桩顶质量，如不符合设计要求，应采取有效补强措施。6.建（构）筑物竣工后，尚应进行沉降、侧向位移等观测。这是最为直观的、检验加固效果的理想方法。,对于侧向围护的水泥土搅拌桩，开挖时主要检验以下项目：墙面渗漏情况；桩墙的垂直和整齐度情况；桩体裂缝、缺损和漏桩情况；桩体强度和均匀性；桩顶和路面顶板的连接情况桩顶水平位移量；坑底渗漏情况；坑底隆起情况。,
