地基處理課件—6化學(xué)加固法

1、地基處理地基處理 (subgrade Treatment/Improvement)第第6章章 化學(xué)加固化學(xué)加固（Chemical Stabilization）6.1 概述(Summary)6.2 水泥土攪拌法(Cement Deep Mixing)6.3 高壓噴射注漿法(Jet Grouting)6.4 灌漿法(Grouting)化學(xué)加固法化學(xué)加固法(Chemical Stabilization) 利用水泥漿液、黏土漿液或其他化學(xué)漿液，通過機械攪拌、高壓噴射或灌注壓入，使?jié){液與土顆粒膠結(jié)起來，以改善地基土的物理和力學(xué)性質(zhì)的地基處理方法。6.1 概述概述(Summary)化學(xué)加固法化學(xué)加固法水泥

2、土攪拌法 / Cement Deep Mixing高壓噴射注漿法 / Jet grouting灌漿法 / GroutingCement Deep Mixing噴水泥攪拌法 / Wet Jet Mixing粉體噴射泥攪拌法 / Dry Jet MixingJet grouting旋噴法定噴法擺噴法Grouting滲透灌漿法劈裂灌漿法擠密灌漿法電動化學(xué)灌漿法6.2 水泥土攪拌法水泥土攪拌法(Cement Deep Mixing)1、概述、概述 水泥土攪拌法適用處理的土質(zhì)水泥土攪拌法適用處理的土質(zhì)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、黏適用于處理正常固結(jié)的淤泥與淤泥質(zhì)土、粉土、

3、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等地基。性土以及無流動地下水的飽和松散砂土等地基。用于處理泥炭土、有機質(zhì)土、塑性指數(shù)大于用于處理泥炭土、有機質(zhì)土、塑性指數(shù)大于25的黏土、地下水具有腐蝕的黏土、地下水具有腐蝕性以及無工程經(jīng)驗的地區(qū)時，必須通過現(xiàn)場試驗確定其適用性。性以及無工程經(jīng)驗的地區(qū)時，必須通過現(xiàn)場試驗確定其適用性。 水泥土攪拌法適用處理的工況水泥土攪拌法適用處理的工況處理建筑物地基、廠房內(nèi)具有地面荷載的地坪、高填方路堤下基層等；處理建筑物地基、廠房內(nèi)具有地面荷載的地坪、高填方路堤下基層等；進行大面積地基加固；進行大面積地基加固；碼頭和深基坑工程；碼頭和深基坑工程；作為地

4、下防滲墻以阻止地下滲透水流作為地下防滲墻以阻止地下滲透水流2、加固原理、加固原理基本原理基本原理基于水泥加固土的物理化學(xué)反應(yīng)過程?；谒嗉庸掏恋奈锢砘瘜W(xué)反應(yīng)過程。(1) (1) 水泥的水解和水化反應(yīng)水泥的水解和水化反應(yīng) 水泥表面的礦物與水發(fā)生反應(yīng)，生成氫氧化鈣等化合物。水泥表面的礦物與水發(fā)生反應(yīng)，生成氫氧化鈣等化合物。(2) (2) 黏土顆粒與水泥水化物的作用黏土顆粒與水泥水化物的作用 離子交換和團?；饔秒x子交換和團?；饔眯纬伤嗤翀F粒結(jié)構(gòu)形成水泥土團粒結(jié)構(gòu) 硬凝反應(yīng)硬凝反應(yīng)形成不溶于水的穩(wěn)定結(jié)晶化合物形成不溶于水的穩(wěn)定結(jié)晶化合物(3) (3) 碳酸化作用碳酸化作用 氫氧化鈣與空氣中的二

5、氧化碳生成碳酸鈣。氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳生成碳酸鈣。3、水泥土的工程特性、水泥土的工程特性(1) (1) 物理特性物理特性 含水量含水量比原土樣含水量減少比原土樣含水量減少0.57。 重度重度比原土樣重度增加比原土樣重度增加0.53。 滲透系數(shù)滲透系數(shù)10-810-5 cm/s(2) (2) 力學(xué)性質(zhì)力學(xué)性質(zhì) 無側(cè)限抗壓強度無側(cè)限抗壓強度3004000kPa。 抗拉強度抗拉強度隨抗壓強度的提高而增大。隨抗壓強度的提高而增大。 抗剪強度抗剪強度隨抗壓強度的提高而增大，破壞時剪切面與最大主應(yīng)隨抗壓強度的提高而增大，破壞時剪切面與最大主應(yīng)力面夾角約為力面夾角約為60 變形模量變形模量120150

6、倍的無側(cè)限抗壓強度。倍的無側(cè)限抗壓強度。 壓縮系數(shù)和壓縮模量壓縮系數(shù)和壓縮模量壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)23.5105(kPa)-1，壓縮模量，壓縮模量60100MPa3、水泥土的工程特性、水泥土的工程特性(3) (3) 水泥土的抗凍性能水泥土的抗凍性能 自然溫度不低于自然溫度不低于15的條件下，凍脹對水泥土結(jié)構(gòu)損害甚微。的條件下，凍脹對水泥土結(jié)構(gòu)損害甚微。 只要地溫不低于只要地溫不低于10，就可以采用深層攪拌法的冬季施工。，就可以采用深層攪拌法的冬季施工。4、水泥土攪拌樁的設(shè)計、水泥土攪拌樁的設(shè)計(1) (1) 設(shè)計步驟設(shè)計步驟 根據(jù)地層結(jié)構(gòu)采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM行沉降計算，由建筑物對變形的要根據(jù)地層結(jié)構(gòu)采

7、用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM行沉降計算，由建筑物對變形的要求確定加固深度，即選擇施工樁長。求確定加固深度，即選擇施工樁長。 根據(jù)土質(zhì)條件、固化劑摻量、室內(nèi)配比試驗和現(xiàn)場工程經(jīng)驗選擇樁根據(jù)土質(zhì)條件、固化劑摻量、室內(nèi)配比試驗和現(xiàn)場工程經(jīng)驗選擇樁身強度和水泥摻入量及有關(guān)施工參數(shù)。身強度和水泥摻入量及有關(guān)施工參數(shù)。 根據(jù)樁身強度的大小及樁的斷面尺寸，估算單樁承載力。根據(jù)樁身強度的大小及樁的斷面尺寸，估算單樁承載力。 根據(jù)單樁承載力、有效樁長和上部結(jié)構(gòu)要求達到的復(fù)合地基承載力，根據(jù)單樁承載力、有效樁長和上部結(jié)構(gòu)要求達到的復(fù)合地基承載力，計算樁土面積置換率。計算樁土面積置換率。 根據(jù)樁土面積置換率和基礎(chǔ)形式進行布樁，樁

8、可在基礎(chǔ)平面范圍內(nèi)根據(jù)樁土面積置換率和基礎(chǔ)形式進行布樁，樁可在基礎(chǔ)平面范圍內(nèi)布置。布置。 根據(jù)樁在基礎(chǔ)平面范圍內(nèi)的布置，進行承載力和沉降驗算。根據(jù)樁在基礎(chǔ)平面范圍內(nèi)的布置，進行承載力和沉降驗算。4、水泥土攪拌樁的設(shè)計、水泥土攪拌樁的設(shè)計(2) (2) 布樁形式選擇布樁形式選擇 柱狀布樁柱狀布樁 每隔一定距離打設(shè)一根攪拌樁。每隔一定距離打設(shè)一根攪拌樁。 適用于單層工業(yè)廠房獨立柱基礎(chǔ)和多層房屋條形基礎(chǔ)下的地基加固。適用于單層工業(yè)廠房獨立柱基礎(chǔ)和多層房屋條形基礎(chǔ)下的地基加固。 壁狀布樁壁狀布樁 將相鄰攪拌樁部分重疊搭接成為壁狀加固形式。將相鄰攪拌樁部分重疊搭接成為壁狀加固形式。 適用于深基坑開挖時的

9、邊坡加固，以及條形下的地基加固。適用于深基坑開挖時的邊坡加固，以及條形下的地基加固。 塊狀布樁塊狀布樁 縱橫方向的壁狀布樁?？v橫方向的壁狀布樁。 適用于軟土地區(qū)的深基坑開挖，以便防止坑底隆起。適用于軟土地區(qū)的深基坑開挖，以便防止坑底隆起。4、水泥土攪拌樁的設(shè)計、水泥土攪拌樁的設(shè)計(3) (3) 布樁范圍確定布樁范圍確定 攪拌樁強度和剛度介于剛性樁和柔性樁之間的一種樁型。攪拌樁強度和剛度介于剛性樁和柔性樁之間的一種樁型。 因此可僅在上部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)范圍內(nèi)布樁。因此可僅在上部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)范圍內(nèi)布樁。5、水泥土攪拌樁的計算、水泥土攪拌樁的計算 (1) (1) 單樁豎向承載力的計算單樁豎向承載力的計算1nap

10、si ippiRuq lq AacupRf AdkPa.mi.cupsipfuqq式中：與攪拌樁樁身水泥土配比相同的室內(nèi)加固土試塊在標準養(yǎng)護條件下，90 齡期的立方體抗壓強度平均值，樁身強度折減系數(shù)，對干法可取0203，對濕法可取025033樁的周長，樁周第 層土的側(cè)摩阻力特征值樁端土地基土未經(jīng)修正的承載力特征值樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)，可取04065、水泥土攪拌樁的計算、水泥土攪拌樁的計算 (2) (2) 復(fù)合地基的設(shè)計計算復(fù)合地基的設(shè)計計算 加固后攪拌樁復(fù)合地基承載特征值可按下式計算：加固后攪拌樁復(fù)合地基承載特征值可按下式計算：(1)aspkskpspkaskRfmm fAfmRf式

11、中：復(fù)合地基承載力特征值面積置換率單樁豎向承載力特征值樁間土承載力折減系數(shù)處理后樁間土承載力特征值，可取天然地基承載力特征值5、水泥土攪拌樁的計算、水泥土攪拌樁的計算 (2) (2) 復(fù)合地基的設(shè)計計算復(fù)合地基的設(shè)計計算 根據(jù)設(shè)計要求的單樁豎向承載力特征值和復(fù)合地基承根據(jù)設(shè)計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，攪拌樁的置換率和總樁數(shù)：載力特征值，攪拌樁的置換率和總樁數(shù)：spkskaskpffmRfApmAnA式中：A 為地基加固的面積。5、水泥土攪拌樁的計算、水泥土攪拌樁的計算 (3) (3) 沉降計算沉降計算 攪拌樁復(fù)合土層的壓縮變形可按下式計算：攪拌樁復(fù)合土層的壓縮變形可按下

12、式計算：11()2(1)zzspsppspplsEEmEm E1zzpp式中：攪拌樁復(fù)合土層頂面的附加壓力值攪拌樁復(fù)合土層底面的附加壓力值pcusEfE攪拌樁的壓縮模量，可取(100120)樁間土的壓縮模量 樁端以下未加固區(qū)土層的壓縮變形可按樁端以下未加固區(qū)土層的壓縮變形可按GB50007-2002的有關(guān)規(guī)定進行計算的有關(guān)規(guī)定進行計算例題例題1：已知地基土為厚層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，樁間土承載力特征值：已知地基土為厚層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，樁間土承載力特征值fsk100kPa，采用水泥土攪拌樁法處理，樁身水泥土試塊立方體抗壓，采用水泥土攪拌樁法處理，樁身水泥土試塊立方體抗壓強度為強度為fcu900kPa，

13、樁身強度折減系數(shù)為，樁身強度折減系數(shù)為0.3，單樁載荷試驗單樁豎，單樁載荷試驗單樁豎向承載力特征值為向承載力特征值為200kN，樁身橫截面積，樁身橫截面積0.7m2，基礎(chǔ)面積為，基礎(chǔ)面積為200m2，根據(jù)設(shè)計要求處理后的復(fù)合地基承載力，樁間土承載力折減系數(shù)根據(jù)設(shè)計要求處理后的復(fù)合地基承載力，樁間土承載力折減系數(shù)0.7。（1）求置換率和所需的樁數(shù)）求置換率和所需的樁數(shù)（2）若水泥土樁身的壓縮模量為）若水泥土樁身的壓縮模量為20MPa，樁長，樁長15m，樁間土的壓縮，樁間土的壓縮模量為模量為2.5MPa，置換率，置換率0.25，水泥攪拌樁頂面的附件壓力，水泥攪拌樁頂面的附件壓力100kPa，底面的

14、附加壓力為底面的附加壓力為70kPa，求水泥攪拌樁復(fù)合地基沉降。，求水泥攪拌樁復(fù)合地基沉降。 例題例題2：某住宅筏形基礎(chǔ)：某住宅筏形基礎(chǔ)12m50m，基礎(chǔ)埋深，基礎(chǔ)埋深3.2m，基礎(chǔ)底面荷載，基礎(chǔ)底面荷載標準值為標準值為180kPa，天然地基，天然地基fak110kPa，r18.5kN/m3，Es5.6MPa，地基采用水泥土攪拌樁復(fù)合地基處理，樁徑，地基采用水泥土攪拌樁復(fù)合地基處理，樁徑0.5m，樁長，樁長8m，置換率置換率m0.165，攪拌樁壓縮模量為，攪拌樁壓縮模量為120MPa，復(fù)合地基土層壓力擴，復(fù)合地基土層壓力擴散角為散角為20度。度。（1）求攪拌樁復(fù)合地基的壓縮變形）求攪拌樁復(fù)合地

15、基的壓縮變形（2）若樁身承載力特征值為）若樁身承載力特征值為350kN，樁土間折減系數(shù)，樁土間折減系數(shù)0.8m，攪拌樁，攪拌樁復(fù)合地基的承載力特征值復(fù)合地基的承載力特征值（3）若只在基礎(chǔ)范圍內(nèi)布樁，該基礎(chǔ)應(yīng)布樁多少根）若只在基礎(chǔ)范圍內(nèi)布樁，該基礎(chǔ)應(yīng)布樁多少根例題例題3：在水泥攪拌法中，形成了水泥加固體，其中水泥在其中應(yīng)作：在水泥攪拌法中，形成了水泥加固體，其中水泥在其中應(yīng)作為（）為（）A、拌和劑、拌和劑 B、主固化劑、主固化劑 C、添加劑、添加劑 D、溶劑、溶劑例例4：深層攪拌法加固地基時，對于承受豎向荷載的水泥土強度宜?。荷顚訑嚢璺庸痰鼗鶗r，對于承受豎向荷載的水泥土強度宜?。ǎǎヾ齡期試

16、塊的立方體無側(cè)限抗壓強度平均值。齡期試塊的立方體無側(cè)限抗壓強度平均值。A、7 B、14 C、28 D、90例例5：水泥土攪拌樁施工前應(yīng)根據(jù)設(shè)計進行工藝性試樁，數(shù)量不得少：水泥土攪拌樁施工前應(yīng)根據(jù)設(shè)計進行工藝性試樁，數(shù)量不得少于（）根。于（）根。A、1 B、2 C、3 D、4例例6：豎向承載水泥攪拌樁施工時，停漿面應(yīng)高于樁頂設(shè)計標高（）：豎向承載水泥攪拌樁施工時，停漿面應(yīng)高于樁頂設(shè)計標高（）mm。A、100200 B、200300 C、300500 D、5008006.3 高壓噴射注漿法高壓噴射注漿法(Jet Grouting)1、概述、概述 旋噴、定噴和擺噴法施工的簡介旋噴、定噴和擺噴法施工的

17、簡介旋噴法旋噴法噴嘴一邊噴射一邊旋轉(zhuǎn)并提升，固結(jié)體呈圓柱狀。噴嘴一邊噴射一邊旋轉(zhuǎn)并提升，固結(jié)體呈圓柱狀。定噴法定噴法噴嘴一面噴射一面提升，固結(jié)體形如板狀或壁狀。噴嘴一面噴射一面提升，固結(jié)體形如板狀或壁狀。擺噴法擺噴法噴嘴一邊噴射一邊提升，噴射的方向呈較小角度來回擺動，噴嘴一邊噴射一邊提升，噴射的方向呈較小角度來回擺動，固結(jié)體形如較厚墻狀。固結(jié)體形如較厚墻狀。 噴射的基本工藝類型噴射的基本工藝類型單管法單管法二重管法二重管法雙通道的二重注漿管雙通道的二重注漿管三重管法三重管法分別輸送水、氣、漿三種介質(zhì)的三重注漿管分別輸送水、氣、漿三種介質(zhì)的三重注漿管多重管法多重管法1、概述、概述 高壓噴射注漿適

18、用土質(zhì)條件：高壓噴射注漿適用土質(zhì)條件：淤泥、淤泥質(zhì)土、流塑、軟塑或可塑粘性土、粉土、黃土、砂土、淤泥、淤泥質(zhì)土、流塑、軟塑或可塑粘性土、粉土、黃土、砂土、 素填土和碎石土等地基。素填土和碎石土等地基。對于地下水流速過大噴射漿液無法在注漿管周圍凝固、無填充物對于地下水流速過大噴射漿液無法在注漿管周圍凝固、無填充物的巖溶地段、永凍土和對水泥有嚴重腐蝕的地基，均不宜采用高的巖溶地段、永凍土和對水泥有嚴重腐蝕的地基，均不宜采用高壓噴射注漿法。壓噴射注漿法。 高壓噴射注漿工程使用范圍：高壓噴射注漿工程使用范圍：深基坑、地鐵、壩基工程的加固和深基坑、地鐵、壩基工程的加固和防水。防水。宜作為地基加固和基礎(chǔ)防

19、滲之用。宜作為地基加固和基礎(chǔ)防滲之用。6.3 高壓噴射注漿法高壓噴射注漿法(Jet Grouting)2、加固原理、加固原理 (1) 高壓噴射流對土體的破壞作用高壓噴射流對土體的破壞作用 沖擊破壞土體，使土體與漿液攪拌混合。沖擊破壞土體，使土體與漿液攪拌混合。 (2) 水水(漿漿)、氣同軸噴射流對土的破壞作用、氣同軸噴射流對土的破壞作用 沖擊破壞土體，使土體與漿液攪拌混合。沖擊破壞土體，使土體與漿液攪拌混合。 (3) 水泥與土的固結(jié)水泥與土的固結(jié) 水泥和水拌和后，首先形成膠凝體，水泥和水拌和后，首先形成膠凝體， 進一步產(chǎn)生結(jié)晶體進一步產(chǎn)生結(jié)晶體 最終凝固成圓柱狀的固結(jié)體。最終凝固成圓柱狀的固結(jié)

20、體。3、加固土的基本性狀、加固土的基本性狀 (1) 直徑較大直徑較大 (2) 固結(jié)體的形狀可變固結(jié)體的形狀可變 (3) 質(zhì)量輕質(zhì)量輕 (4) 滲透性差滲透性差具有一定的防滲性能具有一定的防滲性能 (5) 固結(jié)強度高固結(jié)強度高 (6) 單樁承載力高單樁承載力高4、設(shè)計計算、設(shè)計計算 (1) 注漿材料及漿量計算注漿材料及漿量計算注漿材料注漿材料32.5級以上的普通硅酸鹽水泥級以上的普通硅酸鹽水泥水灰比水灰比0.81.5，常用，常用1.0漿量計算方法：體積法和噴量法，取兩者中大者作為噴射漿量漿量計算方法：體積法和噴量法，取兩者中大者作為噴射漿量(2) 樁徑計算樁徑計算參考規(guī)范上提供的單管法、雙管法和

21、三管法的表格參考規(guī)范上提供的單管法、雙管法和三管法的表格(3) 承載力計算承載力計算(1)aspkskpspkaskRfmm fAfmRf式中：復(fù)合地基承載力特征值面積置換率單樁豎向承載力特征值樁間土承載力折減系數(shù)處理后樁間土承載力特征值，可取天然地基承載力特征值(4)(4)單樁豎向承載力的計算單樁豎向承載力的計算1napsi ippiRuq lq AacupRf A(5)(5)構(gòu)造要求構(gòu)造要求豎向承載時獨立基礎(chǔ)下的旋噴樁數(shù)不應(yīng)少于豎向承載時獨立基礎(chǔ)下的旋噴樁數(shù)不應(yīng)少于4根；根；豎向承載旋噴復(fù)合地基宜在基礎(chǔ)與樁頂之間設(shè)置褥墊層。厚度可豎向承載旋噴復(fù)合地基宜在基礎(chǔ)與樁頂之間設(shè)置褥墊層。厚度可取取

22、200300mm；高壓噴射注漿法用于處理深基坑、地鐵等工程形成連續(xù)體時，相高壓噴射注漿法用于處理深基坑、地鐵等工程形成連續(xù)體時，相鄰樁搭接長度不宜小于鄰樁搭接長度不宜小于300mm5、質(zhì)量檢驗、質(zhì)量檢驗 檢驗點的位置應(yīng)布置在下列部位：檢驗點的位置應(yīng)布置在下列部位：有代表性的樁位；有代表性的樁位；施工中出現(xiàn)異常情況的部位；施工中出現(xiàn)異常情況的部位；地基情況復(fù)雜，可能對高壓噴射注漿產(chǎn)生影響的部位。地基情況復(fù)雜，可能對高壓噴射注漿產(chǎn)生影響的部位。 檢驗點數(shù)量為施工注漿孔數(shù)的檢驗點數(shù)量為施工注漿孔數(shù)的1，并不應(yīng)小于，并不應(yīng)小于3點。點。 檢驗在高壓噴射注漿結(jié)束后檢驗在高壓噴射注漿結(jié)束后28d進行。進行

23、。(1) 靜載荷試樁數(shù)量為總樁數(shù)的靜載荷試樁數(shù)量為總樁數(shù)的0.51，且每個單體工程，且每個單體工程的試驗數(shù)量不宜少于的試驗數(shù)量不宜少于3點。點。6.4 灌漿法灌漿法(Grouting)1、概述、概述 灌漿法基本概念灌漿法基本概念根據(jù)液壓、氣壓或電化學(xué)原理，通過注漿管把漿液均勻地注入地根據(jù)液壓、氣壓或電化學(xué)原理，通過注漿管把漿液均勻地注入地層中，漿液以填充、滲透和擠密等方式，趕走土顆粒間或巖石裂層中，漿液以填充、滲透和擠密等方式，趕走土顆粒間或巖石裂隙中的水分和空氣后占據(jù)其位置，經(jīng)人工控制一定時間后，漿液隙中的水分和空氣后占據(jù)其位置，經(jīng)人工控制一定時間后，漿液將原來松散的土?；蛄严赌z結(jié)成一個整體

24、，形成一個結(jié)構(gòu)新、強將原來松散的土?；蛄严赌z結(jié)成一個整體，形成一個結(jié)構(gòu)新、強度大、防水性能好和化學(xué)穩(wěn)定性良好的度大、防水性能好和化學(xué)穩(wěn)定性良好的“結(jié)石體結(jié)石體”。2、漿液材料、漿液材料 漿液組成漿液組成主劑主劑(原材料原材料)、溶劑、溶劑(水或其他溶劑水或其他溶劑)及各種外加劑混合而成。及各種外加劑混合而成。主劑主劑灌漿材料灌漿材料外加劑起的作用外加劑起的作用固化劑、催化劑、速凝劑、緩凝劑和懸浮劑。固化劑、催化劑、速凝劑、緩凝劑和懸浮劑。 (1) 漿液材料分類漿液材料分類按漿液所處狀態(tài)按漿液所處狀態(tài)真溶液、懸浮液和乳化液。真溶液、懸浮液和乳化液。按工藝性質(zhì)按工藝性質(zhì)單漿液和雙漿液。單漿液和雙漿液。按主劑性質(zhì)按主劑性質(zhì)無機系和有機系。無機系和有機系。2、漿液材料、漿液材料 (2) 漿液性質(zhì)漿液性質(zhì)材料分散度材料分散度分散度越高，可灌性越好。分散度越高，