第章 水泥土攪拌法

第11章水泥土攪拌法

（CementDeepMixing）

水泥土攪拌法是利用水泥等材料作為固化劑通過特制的攪拌機(jī)械，就地將軟土和固化劑（漿液或粉體）強(qiáng)制攪拌，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強(qiáng)度的水泥加固土，從而提高地基土強(qiáng)度和增大變形模量。11.1概述深層單軸攪拌機(jī)三軸水泥攪拌機(jī)水泥粉噴機(jī)水泥粉噴機(jī)底盤貯灰罐水泥粉噴機(jī)的攪拌葉片

水泥土攪拌法分為深層攪拌法（濕法）和粉體（水泥或石灰）噴攪法（干法）。

適用范圍：水泥土攪拌法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、粘性土以及無流動地下水的飽和松散砂土等地基。當(dāng)?shù)鼗恋奶烊缓啃∮?0％、大于70％或地下水的pH值小于4時(shí)不宜采用干法。

發(fā)展概況：

（1）水泥漿液攪拌法：由美國在第二次世界大戰(zhàn)后研制成功的，稱為就地?cái)嚢铇叮∕IP）。國內(nèi)1978年研制出第一臺攪拌機(jī)械。

（2）粉體噴射攪拌法（DryJetMixingMethod，簡稱DJM法）：由瑞典人KjeldPaus于1967年提出設(shè)想，1971年制成第一根樁，1974年獲得專利。鐵四院1983年開始試驗(yàn)研究，并應(yīng)用于實(shí)際工程中。

特點(diǎn)：

⑴基本不存在擠土效應(yīng)，對周圍地基擾動??；

⑵可根據(jù)不同土質(zhì)和工程設(shè)計(jì)要求，合理選擇固化劑及配方，應(yīng)用較為靈活；

⑶施工無振動，無噪音，污染小，可在市區(qū)和建筑物密集地帶施工；

⑷土體加固后，重度基本不變，軟弱下臥層不致產(chǎn)生較大附加沉降；

⑸結(jié)構(gòu)型式靈活多樣，可根據(jù)工程需要，選用柱狀、壁狀、格柵狀或塊狀。

（6）在負(fù)溫下制作的水泥土正溫后強(qiáng)度可繼續(xù)增長且接近標(biāo)準(zhǔn)值，因此只要地溫不低于-10度，就可進(jìn)行深層攪拌法冬季施工。地基加固支護(hù)結(jié)構(gòu)

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水泥土墻11.2加固機(jī)理一、加固機(jī)理

1.水泥的水解水化反應(yīng)

2.土顆粒與水泥水化物的作用（1）離子交換和團(tuán)?；饔茫?）硬凝反應(yīng)

3.碳酸化作用

⑴硅酸三鈣：在水泥中含量最高(50％)，是決定強(qiáng)度的主要因素。⑵硅酸二鈣：在水泥中含量較高(25%)，它主要產(chǎn)生后期強(qiáng)度。⑶鋁酸三鈣：占水泥總量的10％左右，水化速度最快，促進(jìn)早凝。⑷鐵鋁酸四鈣：占水泥總量的10％作用，能促進(jìn)早期強(qiáng)度。⑸硫酸鈣：含量3％左右，生成“水泥桿菌”狀的化合物，能將大量自由水一結(jié)晶水形式固定下來，使土中自由水減少。1.水泥的水解和水化反應(yīng)

（1）離子交換和團(tuán)粒化作用粘土顆粒帶負(fù)電，吸附陽離子，形成膠體分散體系。表面帶有鉀離子或鈉離子，可與水泥水化反應(yīng)的鈣離子進(jìn)行離子交換，產(chǎn)生凝聚，形成較大的團(tuán)粒，提高土體強(qiáng)度。（2）硬凝反應(yīng)在堿性環(huán)境下，溶液中析出大量的鈣離子，與二氧化硅或三氧化鋁產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成不溶于水的鋁酸鈣等結(jié)晶水化物。在水中和空氣中逐漸硬化，提高水泥強(qiáng)度，使水泥具有足夠的水穩(wěn)定性。2.粘土顆粒與水泥水化物的作用3.碳酸化作用

水泥水化物中游離的氫氧化鈣吸收水中和空氣中的二氧化鈣，發(fā)生碳酸化作用，生成不溶于水的碳酸鈣。水泥土

1.水泥土的物理性質(zhì)

（1）重度當(dāng)水泥摻入比在8%～20%之間，水泥土重度比原狀土增加約3%～6%。（2）含水量隨水泥摻合量的增大而降低，一般比原狀土降低15％～18%。（3）抗?jié)B性滲透系數(shù)k一般在10-8～10-9cm/s。二、水泥土的工程特性

2.水泥土的力學(xué)性質(zhì)

（1）無側(cè)限抗壓強(qiáng)度水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu在0.3～4.0MPa之間，比原狀土提高幾十倍乃至幾百倍。

（2）抗拉強(qiáng)度水泥土抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度有一定關(guān)系，一般情況下，抗拉強(qiáng)度在（0.15～0.25）qu之間。

（3）抗剪強(qiáng)度當(dāng)水泥土qu=0.5～4MPa時(shí)，其粘聚力C在100～1000KPa之間，其摩擦角在20～30之間。

（4）變形特性當(dāng)qu=0.5～4.0MPa時(shí)，其50d后的變形模量相當(dāng)于（120～150）qu。1.水泥摻入比αw

水泥摻入比是指摻入土中水泥質(zhì)量與被加固軟土的濕重量比值的百分?jǐn)?shù)。水泥土的強(qiáng)度隨摻入比的增加呈增大的趨勢。

2.齡期

水泥土強(qiáng)度隨齡期的增長呈增大趨勢，齡期超過28d后仍有明顯增長，90d后，強(qiáng)度增長才減慢。

3.水泥標(biāo)號

水泥土強(qiáng)度隨水泥標(biāo)號的提高而增加。水泥標(biāo)號提高100號，水泥強(qiáng)度約增大50～90％。三、影響水泥土力學(xué)性質(zhì)的主要因素

水泥土的強(qiáng)度隨地基含水量增大而降低。如圖水泥摻入比小于20％時(shí)，水泥土無側(cè)線抗壓強(qiáng)度隨土中含水量降低而增加；大于20％時(shí)，存在一個峰值。4.含水量5.天然地基養(yǎng)土中的有臉機(jī)質(zhì)含量有機(jī)質(zhì)喂可使土取具有較欠大的水蚊容量和牙塑性、厲膨脹性莖及低滲涂透性，叛并使土頸的酸性狂增加，然使水泥鴨的水化靠反應(yīng)受遠(yuǎn)到抑制研。有機(jī)聽質(zhì)含量書小的水橡泥土強(qiáng)蠻度比有身機(jī)質(zhì)含甚量高的讀水泥土蛇強(qiáng)度高虹的多。6.外加劑外摻劑對犯水泥土強(qiáng)倒度有不同兩的影響。7.攪拌的均妥勻程度施工時(shí)環(huán)攪拌的膏均勻程崖度對水辣泥土強(qiáng)諒度的影燙響很大使。在攪拌時(shí)紡間相同的脆情況下，僻塑性指數(shù)攜越大，土多的粘性越喂大，越難皺攪均勻；公含水量和虧液性指數(shù)扮過低，易治產(chǎn)生抱土顧現(xiàn)象，影減響攪拌效渡果。（1）固化劑宜選用倚強(qiáng)度等僑級為32.5級以上的啄普通硅酸鉆鹽水泥，蕩水泥摻量疑宜為7％～20％。（2）樁長宜穿透精軟弱土稼層到達(dá)安承載力撲相對較驅(qū)高的土雹層。濕赴法加固效深度不局宜大于20m，干法屈加固深居度不宜洋大于15m。11.肅3設(shè)計(jì)計(jì)餅算（3）加固覽范圍和陽平面布編置加固范圍馳：水泥攪摩拌樁既泳與鋼筋裁混凝土拳樁不一兩樣，也煌與散體繡材料樁童不一樣拿，其剛愉度介于仔兩者之愛間，因序此其加湖固范圍場可僅布抹置在基裁礎(chǔ)范圍拾內(nèi)，而捉不必像誓散體材紡料一樣隸，在基旁礎(chǔ)以外蔽設(shè)置保蛙護(hù)樁。布樁形式僻：樁位的平悼面布置可等采用等邊喚三角形和掀正方形等拴形式。布樁形掀式應(yīng)根陷據(jù)地基之土性質(zhì)閱及上部影建筑對轟變形的賺要求進(jìn)鄙行選擇格，可采稍用柱狀、壁扭狀、格柵寨狀、塊狀等不同遭形式。b)c)a)d)a.柱狀b.壁狀c.格柵狀d.塊狀柱狀：每隔一定愛的距離打預(yù)設(shè)一根攪劑拌樁，即洽成為柱狀染加固形式霧。適合處酸理局部飽除和軟粘土亞夾層和表仇層與樁端屑土質(zhì)較好催的建筑物幼地基。適控用于單層閘工業(yè)廠房公獨(dú)立柱基閉礎(chǔ)和多層辭房屋條形籠基礎(chǔ)下的嗎地基加固齡。壁狀和格梳柵狀：將相鄰攪礎(chǔ)拌樁部分曉重疊搭接霞成為壁狀按加固形式誓。適用于郵深基坑開軋挖時(shí)邊坡儀加固以及羅建筑物長岡高比較大索、剛度較忍小，對不困均勻沉降獨(dú)比較敏感熄的多層磚哨混結(jié)構(gòu)房籌屋條形基數(shù)礎(chǔ)下的地般基加固。塊狀：由縱橫右兩個方咐向的相瞎鄰攪拌哪樁搭接盡而成。優(yōu)適用于與上部結(jié)香構(gòu)單位啄面積荷薯載大，嶄不均勻婚沉降控粗制嚴(yán)格語的構(gòu)筑竟物地基座。在軟鞭土地區(qū)閱開挖深誤基坑時(shí)其，為防殲止基坑耗隆起或棉增大坑幻玉底土的西被動土淋壓力及休對基坑耐進(jìn)行封演底隔滲淺處理等結(jié)也常采介用塊狀按加固形冊式。（4）樁徑常用樁徑500～700m佛m。（5）承載迎力初步設(shè)慢計(jì)時(shí)按蓮下式估虜算：式中Ra——單樁豎向版承載力特恐征值（kN）；Ap——樁的截面岡積（m2）；β——樁間土逢承載力芒折減系蛛數(shù)。當(dāng)如樁端土若未經(jīng)修構(gòu)正的承載力特萌征值大頁于樁間感土的承揀載力特彼征值的憲平均值時(shí)，取0.1～0.4，差值大良時(shí)取低值抬；否則取0.5～0.9，差值討大時(shí)或即設(shè)置褥扭墊層時(shí)差均取高燃值。式中——與攪拌鑼樁樁身院水泥配存比相同街的室內(nèi)項(xiàng)加固土日試塊（邊長70.或7mm的立方體織）在標(biāo)準(zhǔn)馬養(yǎng)護(hù)條件殘下90d齡期的雹立方體涼抗壓強(qiáng)質(zhì)度平均夢值（kPa）；η——樁身強(qiáng)爸度折減萬系數(shù)，捎干法可掙取0.20～0.30，濕法可取0.2攜5～0.3訴3；up——樁的周長改（m）；單樁豎向陰承載力特菊征值應(yīng)通悟過現(xiàn)場載委荷試驗(yàn)確傘定。也可樸由下兩式挖估算，取泥小值。n——樁長范圍紛內(nèi)所劃分桌的土層數(shù)風(fēng)；qsi——樁周第i層土的側(cè)鎮(zhèn)阻力特征恥值。對淤汁泥可取4～7kP刃a；對淤泥邁質(zhì)土可取6～12kP結(jié)a；對軟輕塑狀態(tài)的粘龜性土可取10～15k豆Pa；對可黨塑狀態(tài)及的粘性土院可取12～18k鼠Pa；li——樁長范碗圍內(nèi)第i層土的旱厚度（m）；qp——樁端地蓬基土未魚經(jīng)修正稿的承載鎮(zhèn)力特征扣值（kPa），可滋按現(xiàn)行劣國家標(biāo)擇準(zhǔn)《建筑地基趟基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB5畜0007的有關(guān)規(guī)既定確定；α——樁端天然慎地基土的址承載力折部減系數(shù)，驅(qū)可取0.4～0.6。（6）墊層應(yīng)在基礎(chǔ)次和樁之間幫設(shè)置200～300畢mm厚褥墊層祖，其材料獎可選用中聰砂、粗砂甩、級配砂永石等，最籍大粒徑不妖宜大于20mm。（7）沉降計(jì)輩算水泥土攪峽拌樁復(fù)合尊地基的變榮形包括復(fù)占合土層的吸平均壓縮下變形與樁店端下未加嫩固土層的細(xì)壓縮變形拍。復(fù)合土橋?qū)訅嚎s坐變形可逃按下式勿計(jì)算：Ep——水泥土攪大拌樁的壓買縮模量，給可取（100～120）fcu（kPa），對鄙樁較短或樁身唱強(qiáng)度較肉低者可糟取低值青。樁端以察下未加填固土層雖的壓縮堪變形按穩(wěn)天然地易基采用胞分層總棒和法進(jìn)洞行計(jì)算繪。水泥土攪廟拌法的施分工步驟為蒜：（1）攪拌機(jī)劣就位、調(diào)飼平；（2）預(yù)攪鑒下沉至賞設(shè)計(jì)加徐固深度智；（3）邊噴谷漿（粉飄）、邊班攪拌提鄰升直至召預(yù)定的衛(wèi)停漿（蹦灰）面纏；（4）重復(fù)攪毒拌下沉至誤設(shè)計(jì)加固惱深度；（5）根據(jù)設(shè)令計(jì)要求，不噴漿（粉全）或僅攪獄拌提升直度至預(yù)定的寒停漿（灰沃）面；（6）關(guān)閉盒攪拌機(jī)劍械。11.4施工深層攪她拌法施研工工藝軋流程定位預(yù)攪拌下柄沉噴漿攪拌兩上升重復(fù)攪拌況下沉重復(fù)攪拌旦上升完畢一、施工梯質(zhì)量檢驗(yàn)（1）成樁7d后，采用鍋淺部開挖幸樁頭，目瞞測檢查攪硬拌的均勻遮性，量測等成樁直徑歇。檢查量青為總樁數(shù)銳的5％。（2）成樁后3d內(nèi)，可