淺談樁基礎(chǔ)在地基處理中的應(yīng)用畢業(yè)論文.doc

1、.淺談樁基礎(chǔ)在地基處理中的應(yīng)用內(nèi)容摘要本文敘述水泥化學(xué)組成及與軟土化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，結(jié)合本地工程實(shí)踐，簡(jiǎn)述深層攪拌水泥復(fù)合地基作用機(jī)理，處理工藝、設(shè)計(jì)要點(diǎn)、施工步驟及處理效果，并對(duì)設(shè)計(jì)與施工前技術(shù)問題作了一些探討，淺談一下看法與實(shí)踐做法，供大家參考。關(guān)鍵詞：深沉攪拌水泥；復(fù)合地基；固化劑目 錄內(nèi)容摘要1引 言31 概述42 工程基本資料42.1 工程概況42.2 工程地質(zhì)條件43 地基處理方案的選擇及樁型選擇53.1 地基處理方案的選擇53.2 樁型選擇54 深層攪拌水泥樁化學(xué)機(jī)理及作用機(jī)理64.1 深層攪拌水泥樁化學(xué)機(jī)理64.2 深層攪拌水泥樁的樁作用和受力機(jī)理75 地基處理和設(shè)計(jì)方案75.1

2、地基處理方案75.2 水泥土攪拌樁設(shè)計(jì)76 施工質(zhì)量保證措施87 地基處理成品質(zhì)量檢驗(yàn)87.1 輕便動(dòng)力觸探試驗(yàn)法97.2 靜力觸探法97.3 靜載荷試驗(yàn)法9結(jié)論9參考文獻(xiàn)12引 言隨著地基處理技術(shù)的發(fā)展，復(fù)合地基技術(shù)得到愈來愈多的應(yīng)用。復(fù)合地基是指天然地基在地基處理過程中部分土體得到增強(qiáng)或被置換，或在天然地基中設(shè)置加筋材料，加固區(qū)是由基體(天然地基土體)和增強(qiáng)體兩部分組成的人工地基。復(fù)合地基中增強(qiáng)體和基體是共同直接承擔(dān)荷載的。復(fù)合地基、淺基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)是目前常見的三種地基基礎(chǔ)形式。淺基礎(chǔ)、復(fù)合地基和樁基礎(chǔ)之間沒有非常嚴(yán)格的界限。淺基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)的承載力和沉降計(jì)算有比較成熟的理論和工程實(shí)踐的積累，

3、而復(fù)合地基承載力和沉降計(jì)算理論有待進(jìn)一步發(fā)展。目前復(fù)合地基計(jì)算理論遠(yuǎn)落后于復(fù)合地基實(shí)踐。應(yīng)加強(qiáng)復(fù)合地基理論的研究，如各類復(fù)合地基承載力和沉降計(jì)算，特別是沉降計(jì)算理論；復(fù)合地基優(yōu)化設(shè)計(jì)；復(fù)合地基的抗震性狀；復(fù)合地基可靠度分析等。另外各種復(fù)合土體的性狀也有待進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。加強(qiáng)復(fù)合地基理論研究的同時(shí)，還要加強(qiáng)復(fù)合地基新技術(shù)的開發(fā)和復(fù)合地基技術(shù)應(yīng)用研究。 1 概述近年來，地基處理技術(shù)得到快速發(fā)展，地基處理技術(shù)的發(fā)展不僅反映在機(jī)械、材料、設(shè)計(jì)理論、施工工藝、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)以及地基處理新方法的不斷更新和進(jìn)步等方面，而且反映在多種地基處理方法的綜合應(yīng)用方面。 水泥土攪拌樁復(fù)合地基結(jié)合柔性樁復(fù)合地基和剛性復(fù)合地基

4、的特點(diǎn)，以充分發(fā)揮其各自的優(yōu)勢(shì)，大幅度提高地基承載力，減少地基沉降，從而取得良好的技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效益。水泥攪拌法是用于加固飽和和軟黏土低地基的一種方法，它利用水泥作為固化劑，通過特制的攪拌機(jī)械，在地基深處將軟土和固化劑強(qiáng)制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產(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)度的優(yōu)質(zhì)地基。 水泥加固土的基本原理加固機(jī)理是通過水泥的水解和水化反應(yīng)、水泥水化物與土顆粒之間的離子交換和團(tuán)粒化作用、凝硬作用、碳酸化作用等一系列化學(xué)反應(yīng)而成為具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的水泥土樁體，是基于水泥加固土的物理化學(xué)反應(yīng)過程，它與混凝土硬化機(jī)理不同，由于水泥摻量少，水泥

5、是在具有一定活性介質(zhì)-土的圍繞下進(jìn)行反應(yīng)，硬化速度較慢，且作用復(fù)雜，水泥水解和水化生成各種水化合物后，有的又發(fā)生離子交換和團(tuán)?；饔靡约澳卜磻?yīng)，使水泥土體強(qiáng)度大大提高。深層攪拌樁是加固軟弱地及方法之一，原理是利用水泥作為固化劑，通過深層攪拌機(jī)械在地基深處將軟土和水泥強(qiáng)制攪拌，利用水泥和軟土之間產(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.較好的水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的較好符合地基，適用于處理正常固結(jié)的淤泥與淤泥質(zhì)土、粉土、飽和黃土、素填土、粘性土以及無流動(dòng)地下水的飽和松散砂土等地基。本文淺談深層攪拌水泥樁處理軟弱地基的工程實(shí)例。2 工程基本資料2.1 工程概況泗縣佳美超市綜合樓四層框架，一

6、層.二層為商場(chǎng)超市，三層四層為辦公樓，建筑物總長(zhǎng)50.5m，進(jìn)深22.2m，抗震設(shè)防氣度烈度為七度，地震基本加速度為0.15g。2.2 工程地質(zhì)條件該工廠場(chǎng)地位于老城區(qū)，原場(chǎng)地為年代久遠(yuǎn)的深水塘，塘內(nèi)含雜填土較多。而且建筑物兩面靠近民房，距離較近，不宜采用夯擴(kuò)樁（擠土樁）及其他樁型。3 地基處理方案的選擇及樁型選擇根據(jù)工程建設(shè)場(chǎng)地根據(jù)地質(zhì)勘察查明：場(chǎng)地在地貌上場(chǎng)地屬于淮北沖積平原。在鉆探所達(dá)深度范圍內(nèi)，場(chǎng)地地層層序如下：第（1）層：雜填土，灰黑、黑色，松散，稍濕，含碎磚，碎瓦等建筑垃圾。層厚 2.603.50m。 第（2）層: 淤泥質(zhì)粘土混淤泥質(zhì)粉土, 灰褐色，軟塑，飽和，混淤泥質(zhì)粉土。層頂埋

7、深 2.603.50米，層厚 0.602.90m。第（3）層: 粉質(zhì)粘土夾粉土,黃褐色，軟塑可塑，很濕飽和，夾粉土.粉細(xì)砂，含少量鈣質(zhì)結(jié)核，氧化鐵。層頂埋深 3.305.60m，層厚 2.405.00m。第（4）層：粉質(zhì)粘土混粉土(Q4al)，層厚2.804.80m，層頂埋深7.709.00m，層底標(biāo)高7.189.17m。淺灰、褐黃色，可塑，濕，混粉土，夾薄層粉土，含少量鈣質(zhì)結(jié)核，氧化鐵，少量鐵錳質(zhì)結(jié)核已浸染。含少量蚌殼碎片。第（5）層：粉土混粉質(zhì)粘土(Q4al)，層厚0.402.50m，層頂埋深10.8012.30m，層底標(biāo)高5.177.45m。灰黃、褐黃色，稍密中密，濕，混粉質(zhì)粘土，含少量

8、鈣質(zhì)結(jié)核，氧化鐵，含少量蚌殼碎片。通過檢測(cè)本工程各層土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)平均值表見表13.1 地基處理方案的選擇根據(jù)場(chǎng)地地質(zhì)資料分析：第層：雜填土成分復(fù)雜，較松散。第層土含水量大，承載力低，孔隙比大，因此，第層第層未經(jīng)處理不易作為持力層，第層土承載力高，壓縮性小，是良好的樁基持力層。但是考慮幾個(gè)地基處理方案，一是混凝土鉆孔灌注樁，樁底須進(jìn)入10m以下的第層，樁較長(zhǎng)，造價(jià)較高。二是采用碎石樁，只需第層土即可，與層土構(gòu)成復(fù)合地基，這樣樁較短，但是，碎石樁屬柔性樁，在基礎(chǔ)范圍內(nèi)布樁，基礎(chǔ)外圍一圈須設(shè)碎石保護(hù)樁，造價(jià)較高。三是采用深層攪拌水泥樁來加固地基，僅在獨(dú)立柱基范圍內(nèi)布樁，進(jìn)入第層土于其上構(gòu)成復(fù)合

9、地基，基礎(chǔ)以外不須設(shè)保護(hù)樁，造價(jià)較高低。經(jīng)過比較最后一種方法為本工程比較理想的地基處理方案。3.2 樁型選擇第一種方案鉆孔灌注樁，采用377mm鋼筋混凝土鉆孔灌注樁作為上部結(jié)構(gòu)的持力層。此方案的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)受理明確，建筑物變形??；缺點(diǎn)造價(jià)較高，施工噪音較大，污染環(huán)境。第二種采用復(fù)合地基處理方案-碎石樁，通過打入377mm振沖碎石樁加固地基，提高現(xiàn)有地基承載力。此方案的特點(diǎn)是施工簡(jiǎn)單，施工速度較快，加固質(zhì)量容易控制。不需鋼筋和水泥，但是在基礎(chǔ)外圍打二排護(hù)樁，因而地基加固費(fèi)用高。第三種方案也是采用復(fù)合地基處理方案。只是樁型改用500mm水泥攪拌樁加固地基。此方案加固費(fèi)用最低，樁布置及施工均不受樁距的

10、限制，復(fù)合地基承載力可根據(jù)設(shè)計(jì)要求大幅提高。 通過三種方案的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較。最終基礎(chǔ)處理方案采用第三種方案。4 深層攪拌水泥樁化學(xué)機(jī)理及作用機(jī)理4.1 深層攪拌水泥樁化學(xué)機(jī)理用水泥加固軟土?xí)r,軟土的一般壓縮性高.含水量大，孔隙比大。水泥一般為普通硅酸鹽水泥。它是由硅酸鹽水泥熟料.石膏及混合材等組成。其中硅酸鹽水泥熟料對(duì)水泥的性能起決定性的作用。硅酸鹽水泥熟料有多種礦物質(zhì)組成，其實(shí)際礦物組成是相當(dāng)復(fù)雜的，它是由多種礦物及中間物組成的聚合物。硅酸鹽水泥熟料有代表性的組成礦物有以下四種：硅酸三鈣、 型硅酸二鈣、鋁酸三鈣及鐵鋁酸四鈣，此外，還含有少量的鈣釩石、玻璃相和游離的氧化鈣和氧化鎂。硅酸三鈣是硅酸

11、鹽水泥熟料的主要成分，其含量一般在15-65%左右。硅酸三鈣水花速度較快，水化產(chǎn)物的強(qiáng)度較高，是水泥早.中期強(qiáng)度的主要組成部分，對(duì)總強(qiáng)度的貢獻(xiàn)也較大。同時(shí)硅酸三鈣對(duì)水泥其他性質(zhì)都有重要影響。 ß型硅酸二鈣是水泥硅酸鹽水泥熟料的重要組成部分。其含量在10-40%左右。硅酸二鈣晶體結(jié)構(gòu)隨環(huán)境溫度的不同而不同，由于水泥熟料的急冷，常溫下ß型硅酸二鈣處于一種壓穩(wěn)定狀態(tài)，具有較高的水化活性。但ß型硅酸二鈣的水化速度較慢，對(duì)水泥的水化速度早期強(qiáng)度貢獻(xiàn)較小，主要貢獻(xiàn)是水泥中后期強(qiáng)度。水泥最終在很大程度上取決于ß型硅酸二鈣的含量和水化程度。鋁酸三鈣在水泥熟料中的含量一般

12、在15%以下，但鋁酸三鈣的水化速度非?？?，水化熱高，是水泥早期強(qiáng)度的主要貢獻(xiàn)者。但水化鋁酸三鈣的腐蝕性較差，當(dāng)環(huán)境中沉存在硫酸鹽時(shí)，鋁酸三鈣可與硫酸鹽形成鈣釩石，產(chǎn)生非常大的體積膨脹。所以當(dāng)水泥中在鋁酸三鈣的含量較大時(shí)，水泥強(qiáng)度受硫酸鹽的影響極大，抗腐蝕性的能力較差。鐵鋁酸四鈣的水化也是是水泥早期強(qiáng)度的來源之一，它的水化速度非常高，水化熱，是水泥抗折強(qiáng)度的主要貢獻(xiàn)者。水泥與土的反應(yīng)特性。在水泥攪拌樁施工過程，從溶解-析出理論看，產(chǎn)生強(qiáng)度的第一步，也就是水泥與土體反應(yīng)的第一步是水泥熟料在水中的溶解過程。，溶解后的水泥熟料在水中與水分子發(fā)生反應(yīng)，由于有機(jī)物及水的大量的存在使水化反應(yīng)速度變得相當(dāng)緩慢

13、，其水化產(chǎn)物傾向于硫酸鈣，因有機(jī)質(zhì)的存在硫鋁酸鈣吸收水分形成鈣釩石的過程被延緩，從而形成大量的晶體結(jié)構(gòu)。水泥顆粒表面的礦物于與軟土中的水發(fā)生水解和水化反應(yīng)，生成氫氧化鈣、含水硅酸鈣、水鋁酸鈣，這些化合物，有的自身繼續(xù)硬化，形成水泥石骨架，有的于其周圍具有一定活性的土顆粒發(fā)生反應(yīng)，如土中硅酸膠體顆粒，其表面帶有鈉離子或鉀離子，它們能和氫氧化鈣中的鈣離子進(jìn)行吸附交換，使較小的土顆粒形成較大的土團(tuán)體，提高土體強(qiáng)度。同時(shí)水泥水化生成的凝膠粒子。吸附或性較強(qiáng)，將大土團(tuán)緊密聯(lián)系起來，并填實(shí)各土團(tuán)間孔隙，形成致密堅(jiān)固的水泥土結(jié)構(gòu)，使水泥土強(qiáng)度進(jìn)一步得到增強(qiáng)。另外，水泥水化物中游離的氫氧化鈣能吸收水和空氣中的

14、二氧化碳，生成不溶于水的碳酸鈣，也能增強(qiáng)水泥土的強(qiáng)度。這樣，最后在樁體范圍內(nèi)形成了外層是水泥水化產(chǎn)物相連接，內(nèi)層是被包裹的軟土團(tuán)粒的空間結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是攪拌樁強(qiáng)度的基礎(chǔ)。4.2 深層攪拌水泥樁的樁作用和受力機(jī)理復(fù)合地基中樁體的剛度比樁間土體大，在荷載作用下，樁體承受較大比例荷載，并通過樁體將荷載傳遞給較深土層，樁間土體承擔(dān)的荷載較小，應(yīng)力相應(yīng)減小，從而提高復(fù)合地基的承載力，減小沉降量。 5 地基處理和設(shè)計(jì)方案5.1 地基處理方案。本工程采用獨(dú)立柱基，柱荷載較大，在獨(dú)立柱基范圍內(nèi)地基進(jìn)行深層攪拌水泥樁加固。選定復(fù)合地基的承載力fak=180kpa.樁徑500mm,有效樁長(zhǎng)6.0-10米左右，水泥

15、樁呈矩形分布，樁間距為800mmX800mm.5.2 水泥土攪拌樁設(shè)計(jì)單樁豎向承載力特征值的確定：水泥樁的單樁承載力特征值可按（1）式或（2）進(jìn)行估算，并取其中較小值，即 （1） （2）式中單樁豎向承載力特征值(kpa) 與攪拌樁樁身水泥土配合比相同的室內(nèi)加固土試塊(kpa) Ra單樁豎向承載力特征值(kpa) 樁的周長(zhǎng)（m） 樁間土承載力折減則減系數(shù)，宜按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值，如無經(jīng)驗(yàn)是可取0.75-0.95，天然地基承載力較高時(shí)取大值樁身強(qiáng)度折減系數(shù),濕法可取0.250.33樁端天然地基土的承載力標(biāo)準(zhǔn),可按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定確定樁端天然地基土的承載力折減系數(shù),可取0.40.6水

16、泥攪拌樁復(fù)合地基承載力特征值的確定，即 （3）式中復(fù)合地基承載力特征值(kpa) 面積置換率 單樁豎向承載力特征值(kpa) 樁的截面積（m） 樁間土承載力折減則減系數(shù)，宜按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值，如無經(jīng)驗(yàn)是可取0.75-0.95，天然地基承載力較高失去大值 處理后樁間土承載力特征值(kpa)，宜按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)取值，如無經(jīng)驗(yàn)時(shí)，可取天然地基承載力特征值6 施工質(zhì)量保證措施攪拌樁水泥的摻入比的設(shè)計(jì)是以水泥加固土的室內(nèi)試驗(yàn)為依據(jù)的，因此施工所用水泥必須與試驗(yàn)室所用水泥相同，并嚴(yán)格按設(shè)計(jì)的配合比配置，如遇不同，須重新試配，確定合適的的摻入量。成樁過程中，由于機(jī)械故障或停電等原因造成停機(jī)，使成樁工藝中斷，當(dāng)攪拌機(jī)再

17、次成樁時(shí)，須下深0.5m在繼續(xù)成樁。嚴(yán)格按操作規(guī)程施工，如控制好噴漿和攪拌提升速度，使水泥漿與土之間的以充分?jǐn)嚢瑁ＷC水泥土的強(qiáng)度。 7 地基處理成品質(zhì)量檢驗(yàn)用水泥攪拌樁來處理軟土地基，其最終質(zhì)量控制目標(biāo)是保證復(fù)合地基的整體承載力。根據(jù)用水泥攪拌樁來處理軟土地基的控制項(xiàng)目參數(shù)及檢測(cè)內(nèi)容，目前常用的監(jiān)測(cè)方法：輕便動(dòng)力觸探法、靜力觸探法、靜載試驗(yàn)法。7.1 輕便動(dòng)力觸探試驗(yàn)法本工程水泥攪拌樁樁徑500mm，樁如土深度6.0-9.8m不等，成樁后7天對(duì)其樁進(jìn)行測(cè)試，使用輕便動(dòng)力觸探器取樁身水泥土樣，通過觀察水泥土樣的顏色是否一致，有無結(jié)塊或未半均勻的土團(tuán)來檢查水泥樁的均勻程度，同時(shí)根據(jù)觸探擊數(shù)（N1

18、0）開來判斷樁身的強(qiáng)度，要求是：對(duì)于N10貫入10cm擊數(shù)不小于10擊。少于10擊或者每擊大于10cm的區(qū)段直接認(rèn)為所檢查段不符合要求，應(yīng)進(jìn)行處理。輕便動(dòng)力觸探有效深度為4m，為加深檢驗(yàn)深度，可在做完4m后套管壓入，繼續(xù)做2m。(后2m檢驗(yàn)結(jié)果只作參考)通過檢測(cè)本工程輕便動(dòng)力觸探擊數(shù)較均勻見表2。7.2 靜力觸探法靜力觸探法是在成樁近期內(nèi)，通過樁身及樁周土的不同深度進(jìn)行靜力觸探試驗(yàn)，畫出樁身及原始地基的觸探P-S曲線。對(duì)比兩者的P-S曲線形態(tài)及可直觀地反應(yīng)出樁攪拌的均勻性，并根據(jù)樁身的P-S值提高程度來分析樁身強(qiáng)度。通過檢測(cè)本工程成樁后靜力觸探曲線比較成樁前靜力觸探曲線Ps值提高程度較高。7.

19、3 靜載荷試驗(yàn)法水泥土攪拌樁的承載力主要是通過單樁或多樁復(fù)合地基承載力求得，單樁采用正方形或圓形試板進(jìn)行載荷試驗(yàn)，試驗(yàn)的兩根樁分別加重至320KN,都沒出現(xiàn)明顯陡降段，在確定水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力特征值時(shí)，當(dāng)QS曲線上有明顯的比例極限時(shí)，而其值不小于對(duì)應(yīng)比例界限的2倍，可取比例界限；當(dāng)其值小于對(duì)應(yīng)比例界限的2倍時(shí)，可取極限荷載的一半；當(dāng)QS曲線是平緩的光滑曲線時(shí)，可按相對(duì)變形值確定；即取沉降比s/b或s/d等于0.006所對(duì)應(yīng)的壓力檢測(cè)成果表水泥土深層攪拌樁加固軟土地基一般都能滿足多層綜合樓上部結(jié)構(gòu)對(duì)地基復(fù)合承載力的要求。結(jié)論通過近幾年來多項(xiàng)水泥深層攪拌樁對(duì)軟土地基加固，初步得出以下結(jié)論：（1）水泥深層攪拌樁具有施工操作簡(jiǎn)單，并且在施工中無噪聲，無振動(dòng)，無漿液排出.無地面隆起對(duì)環(huán)境無污染現(xiàn)象，對(duì)土無側(cè)向擠壓，對(duì)鄰近建筑物影響很小，可在密集建筑群中施工，同時(shí)造價(jià)低廉，可節(jié)約鋼材混凝土等材料，施工速度快，與其他類型的樁基相比有明顯的優(yōu)點(diǎn)。可見選擇合理的樁型，將對(duì)工程的造價(jià)產(chǎn)生巨大影響。（2）根據(jù)幾年來經(jīng)驗(yàn)，本地區(qū)對(duì)4-6層商住樓.住宅樓軟弱地基采用水泥深層攪拌樁（即粉噴樁）加固處理一般都能滿足要求，可將軟弱地基承載力提高2.-3.0倍，達(dá)到160-180kpa,同時(shí)能解決地基液化問題，其經(jīng)濟(jì)效益顯著。（3）本地區(qū)含水量較高地下水質(zhì)無腐蝕性，適合采用水泥