水泥土搅拌法处理地基.ppt

水泥土搅拌法处理地基,（一）概述（二）水泥土的加固机理（三）水泥土的室内试验（四）设计与计算（五）搅拌问题（六）质量检验,利用水泥、石灰等材料作为固化剂，通过深层搅拌，将土与固化剂强制搅拌，利用固化剂与土之间所产生的一系列物理化学反映，使土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体，并与地基土共同作用，提高地基的承载力，改善地基变形特性的一种地基处理方法，称为深层水泥搅拌法，简称为CDM法。,水泥土搅拌法处理地基,（一）概述,水泥土搅拌桩是加固软土地基的方法之一。,施工的主要机具为搅拌机，由电动机、搅拌轴、搅拌头等组成，另外配置有机架、吊装、导向、灰浆拌和及输送系统和计量控制及检查系统等。搅拌头有单头、双头和双向搅拌头等多种。,喷射水泥的方法有水泥浆喷射和水泥粉喷射两种，分别称为湿喷和干喷。,水泥土搅拌法处理地基,（一）概述,水泥土搅拌法处理地基,（一）概述,水泥土搅拌法处理地基,（一）概述,灰浆拌和,水泥土搅拌法处理地基,（一）概述,水泥搅拌法，40年代首创于美国（就地搅拌桩，简称MIP法）；50年代日本清水建设株式会社从美国引入此法，并进行了研究开发；70年代从日本传入我国。,深层搅拌法最适宜于加固各种成因的饱和软粘土，包括淤泥、淤泥质土、粘土和粉质粘土等。,国内一般最大加固深度1518m。直径500600mm。,水泥土搅拌法处理地基,（一）概述,水泥搅拌法加固软土地基，具有如下的独特优点：,1.最大限度地利用了原土；,2.搅拌时无振动、无噪音和无污染，可在密集建筑群中进行施工，对周围原有的建筑物及地下管沟影响很小；,3.根据上部结构的需要，可灵活地采用柱状、壁状、格栅状和块状等平面布置加固型式,4.与钢筋混凝土桩基相比，可节约钢材并降低造价。,水泥土搅拌法处理地基,（一）概述,水泥搅拌法可用于增加软土地基的承载力，减少沉降量，提高边坡的稳定性，多数适用于以下情况：,1.作为建筑物或构筑物的地基、厂房内具有地面荷载的地坪、高填方路堤下基层等；,2.进行大面积地基加固，以防止码头岸壁的滑动，以及防止深基坑开挖时坍塌、坑底隆起和减少软土中地下构筑物的沉降；,3.对深基坑开挖中的桩侧背后的软土加固，作为地下防渗墙以阻止地下渗透水流。,水泥土搅拌法处理地基,（一）概述,水泥土搅拌法处理地基,（一）概述,水泥土搅拌法处理地基,（一）概述,（二）水泥土的加固机理,水泥土搅拌法处理地基,水泥加固土的原理，包含如下三种反映过程：,1.水泥的水解和水化反应；,2.粘土颗粒与水泥水化物的作用；（1）离子交换的团粒作用；（2）凝硬反应,3.碳酸化作用。,硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙硫酸钙,（二）水泥土的加固机理,水泥土搅拌法处理地基,图5-23 土与水泥的化学反应图,（二）水泥土的加固机理,水泥土搅拌法处理地基,（二）水泥土的加固机理,水泥土搅拌法处理地基,上述反应新生成的化合物在水和空气中逐渐硬化，最终形成与松散多孔的天然土不同的水泥土，其结构较致密，水泥与土颗粒相互连结难以分辨，周围充满胶凝体，纤维状结晶的空间网状结构，使水泥土具有足够的强度和水稳定。,水泥土强度与上述反应的生成物有关，其中水泥水化产生的Ca(OH)2起重要作用，不同土类对Ca(OH)2的吸收量是影响水泥土强度的重要因素。,（二）水泥土的加固机理,水泥土搅拌法处理地基,（三）水泥土的室内试验,水泥土搅拌法处理地基,（三）水泥土的室内试验,水泥土搅拌法处理地基,（三）水泥土的室内试验,水泥土搅拌法处理地基,（三）水泥土的室内试验,水泥土搅拌法处理地基,（三）水泥土的室内试验,水泥土搅拌法处理地基,（三）水泥土的室内试验,水泥土搅拌法处理地基,（三）水泥土的室内试验,水泥土搅拌法处理地基,（三）水泥土的室内试验,水泥土搅拌法处理地基,（三）水泥土的室内试验,水泥土搅拌法处理地基,（三）水泥土的室内试验,水泥土搅拌法处理地基,（三）水泥土的室内试验,水泥土搅拌法处理地基,（1）重度：比软土大0.7%2.3%（2）比重：约比地基土增大4%（3）含水量：随水泥掺合量的增大而降低，降低值约为15%18%（4）渗透系数：随水泥掺合量的增大而降 低，约为10-810-9cm/s（5）无侧限抗压强度：与固化剂和外加剂配 方的种类和掺合量的多少有关，一般情 况 qu=0.54.0MPa,（三）水泥土的室内试验,水泥土搅拌法处理地基,水泥土的特性：,（6）抗拉强度：当qu=12MPa时，抗拉强度；当qu=24MPa时，抗拉 强度（7）抗剪强度：，内聚力c=0.20.3qu,内摩擦角=2030（8）变形模量E50（指水泥土加固50天后的 变形模量）：淤泥质土，E50=120150qu 含砂量在10%15%的粘性土，E50=400600qu。,（三）水泥土的室内试验,水泥土搅拌法处理地基,（9）泊松比：室内试验的结果（10）压缩系数a1-4=2.03.510-5kPa-1，相应 的压缩模量E0=60100MPa-1,（三）水泥土的室内试验,水泥土搅拌法处理地基,影响水泥搅拌质量的主要因素,（1）固化剂和外加剂（2）水泥的掺合量（3）龄期（4）土的含水量（5）土质的影响（6）有机质含量和砂粒的含量（7）搅拌的方法与时间,（三）水泥土的室内试验,水泥土搅拌法处理地基,（1）与天然原状土相比，水泥土重度的增加值很小，因此，在计算复合地基变形量时，可不考虑水泥土本身所增加的这部分附加重量；（2）当水泥采用425普通硅酸盐水泥、掺入比为1215时，90d龄期水泥土无侧限抗压强度fcu,90可取1.02.0MPa（经验值）；根据日本历时5a长期强度试验结果，90d龄期后，强度fcu值可提高（1.11.3）倍；,（四）设计与计算,水泥土搅拌法处理地基,水泥土物理、力学指标的经验取值：,（四）设计与计算,水泥土搅拌法处理地基,（7）水泥土掺入比为715时，水泥土的渗透系数一般可达到10-8cm/s 的数量级，具有明显的抗渗、隔水作用；（8）正常情况下，现场水泥土强度fcu,f与室内水泥土试块强度fcu,k关系为（9）单桩和复合地基承载力特征值可根据载荷试验p-s曲线取s/d或s/b0.006时所对应的荷载确定。,（四）设计与计算,水泥土搅拌法处理地基,水泥土的配方设计,1）根据设计工程荷载大小的要求，确定需用的水泥土标准强度,2）根据地基土的性质，选用水泥土的配方。对于一般粘性土地基，可按含水量的大小，初步选择水泥系固化剂和外加剂的品种及掺合量。对于含水量大于70%或有机质含量较高的地基土，则应根据地基土对Ca(OH)2吸收量的不同，选择合适的水泥系固化剂。,（四）设计与计算,水泥土搅拌法处理地基,水泥土搅拌桩围护结构的设计水泥土搅拌桩是一种具有一定刚性的脆性材料所构成，抗压强度远大于抗拉强度。一般采用水泥土搅拌桩作围护结构以“重力式”挡墙为宜。常用的布置形式如下图所示。,（四）设计与计算,水泥土搅拌法处理地基,水泥土挡墙的破坏模式倾覆破坏地基整体破坏墙趾外移破坏因墙体强度不足引起的破坏,（四）设计与计算,水泥土搅拌法处理地基,水泥土挡墙的计算墙体尺寸的确定抗倾覆稳定计算抗滑移稳定计算整体验算抗渗验算墙体应力验算基底地基承载力验算格仓压力验算水泥土挡墙水平位移的计算,（四）设计与计算,水泥土搅拌法处理地基,从搅拌技术方面看，搅拌机的切削只能把粘土切成粘土团块与泥浆，水泥拌入后，土团块中的孔隙被水泥土浆充填，硬化后成为强度较高的水泥石，而粘土团块却没有与水泥产生作用，仍保持强度很低的软土性质，形成水泥石包裹团块的水泥土结构。,如果搅拌越充分，土团团块粉碎越细，水泥与土的相互作用越均匀，水泥土的强度越高，反之则成水泥浆包裹土团块结构的水泥土，其强度显得脆弱。,（五）搅拌问题,水泥土搅拌法处理地基,因此，在搅拌制造水泥土时，必须注意搅拌工艺，对地基土进行充分搅拌破碎并与水泥浆混和。,水泥搅拌桩的施工参数掺入比：水泥重量与被加固土体的重量之比，一般为7%15%搅拌次数：搅拌头从上到下或从下到上运动的次数，三搅一喷、三搅三喷等水灰比：规范为0.40.6，实际0.60.7,（五）搅拌问题,水泥土搅拌法处理地基,（五）搅拌问题,水泥土搅拌法处理地基,搅拌工艺 合适的配方还需采用合适的机具和工艺流程才能保证水泥土达到设计强度。如果机具和工艺不适用，或重心不稳，或搅拌的功率和喷浆力不足，常常造成只搅拌不喷浆，只转动不搅拌，土体呈同心圆转动或摆动，其后果是泥浆、泥块、水泥浆分离，拌和不匀，上下不均一，强度差异悬殊，总强度很低。因此，对不同土类、不同深度的加固体应分别采用不同的机具和工艺流程，包括：搅拌机的功率，搅拌头的类型，喷浆的压力和搅拌的流程等。,（五）搅拌问题,水泥土搅拌法处理地基,（五）搅拌问题,水泥土搅拌法处理地基,对于打入深度在812m的搅拌桩，搅拌机的功率可用3545kW和轴杆直径5070mm的单轴和双轴搅拌头。对于深度超过20m的搅拌桩，搅拌机的功率应增大至5560kW，搅拌头的直径，喷射压力也相应增大。一般采用的工艺流程如图所示。,（五）搅拌问题,水泥土搅拌法处理地基,如打入深度较大的搅拌体，应采取自上而下，或自下而上分段搅拌，先贯入下沉喷浆搅拌第一段，再下沉提升搅拌第二段，这样有利于搅拌均匀。其中要注意控制提升的速度和转速，一般每分钟提升0.61.0m，每分钟转速为2040转。,（五）搅拌问题,水泥土搅拌法处理地基,根据施工经验总结认为，控制水泥土搅拌桩施工质量的主要指标为：水泥用量、提升速度、喷浆（或喷粉）的均匀性和连续性、以及施工机械的性能。,（六）质量检验,水泥土搅拌法处理地基,施工中常见的问题和处理方法见下表,施工期质量检验 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9项：,1桩位。通常定位偏差不应超出50mm。施工前在桩中心插桩位标，施工后将桩位标复原，以便验收；,2桩顶、桩底高程，均不应低于设计值。桩底一般应超深100200mm，桩顶应超过0.5m；,（六）质量检验,水泥土搅拌法处理地基,3桩身垂直度。每根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；,4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25kg（半包水泥）范围内调整；,（六）质量检验,水泥土搅拌法处理地基,5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，进行抽查试验；,6搅拌头上提喷浆的速度。一般均在上提时喷浆，提升速度不超过0.5m/min。通常采用二次喷浆。当第二次喷浆时不允许搅拌头未到桩顶而浆液已拌完的现象。有剩余时可在桩身上部作再次喷浆；,（六）质量检验,水泥土搅拌法处理地基,7浆液水灰比，通常为0.40.5范围内，不宜超过0.5。浆液拌合时应按水灰比定量加水；,8水泥浆液搅拌均匀性。应注意贮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；,9对基坑开挖工程中的侧向围护桩，相邻桩体耀搭接施工，施工应连接，其施工间歇时间不宜超过810h。,（六）质量检验,水泥土搅拌法处理地基,竣工后质量检验,1标准贯入试验或轻便触探等动力试验 通过贯入阻抗，估算土的物理力学指标，检验不同龄期的桩体强度变化和均匀性，所需设备简单，操作方便。用锤击数估算桩体强度需积累足够的工程资料，在目前尚无规范作为依据时，可借鉴同类工程，或采用Terzaghi和Peck的经验公式。fcu=N63.5/80式中 fcu桩体无侧限抗压强度（MPa）N63.5标准贯入试验的贯入击数,（六）质量检验,水泥土搅拌法处理地基,轻便动力触探试验：根据现有的轻便触探击数N10与水泥土强度对比关系分析，当桩身1d龄期的击数N10已大于15击时，或者7d龄期的击数N10已大于原天然地基击数N10的一倍以上，则桩身强度已能达到设计要求。当每贯入100mm，其击数大于30击时即应停止贯入，继续贯入则桩头可能发生开裂或破坏，影响桩头质量。同时，可用轻便触探器中附带的勺钻，在水泥土桩桩身钻孔，取出水泥土桩芯，观察其颜色是否一致；是否存在水泥浆富集的结核或未被搅拌均匀的土团。轻便动力触探应作为施工单位施工中的一种自检手段，以检验施工工艺和施工参数的正确性。,2静力触探试验 静力触探试验可连续检查桩体长度内的强度变化。用比贯入阻力ps估算桩体强度需有足够的工程试验资料，在目前积累资料尚不够的情况下，可借鉴同类工程经验或用下式：fcu=ps/10估算桩体无侧限抗压强度。搅拌桩制桩后用静力触探测试桩身强度沿深度的分布图，并与原始地基的静力触探曲线相比较，可得桩身强度的增长幅度；并能测得断浆、少浆的位置和桩长。整根桩的质量情况将暴露无遗。,（六）质量检验,水泥土搅拌法处理地基,静力触探可以严格检验桩身质量和加固深度，是检查桩身质量的有效方法之一。但在理论上和实践上尚须进行大量的工作，用以积累经验。同时在测试设备上还须进一步改经和完善，以保证该法检验的可行性。,（六）质量检验,水泥土搅拌法处理地基,3取芯检验 用钻孔方法连续取水泥土搅拌桩桩芯，可直观的检验桩体强度和搅拌的均匀性。取芯通常用106岩芯管，取出后可当场检查桩芯的连续性、均匀性和硬度，并用锯、刀切割成试块做无侧限抗压强度试验。但由于桩的不均匀性，在取样过程中水泥土很易产生破碎，取出的试件做强度试验很难保证其真实性。使用本方法取桩芯时，应有良好的取芯设备和技术，确保桩芯的完整性和原状强度。进行无侧限强度试验时，可视取样时对桩芯的损坏程度，将设计强度指标乘以0.70.9的折减系数。,（六）质量检验,水泥土搅拌法处理地基,（六）质量检验,水泥土搅拌法处理地基,（六）质量检验,水泥土搅拌法处理地基,（六）质量检验,水泥土搅拌法处理地基,（六）质量检验,水泥土搅拌法处理地基,（六）质量检验,水泥土搅拌法处理地基,4截取桩段作抗压强度试验在桩体上部不同深度现场挖取50cm桩段，上下截面用水泥砂浆整平，装入压力架后用千斤顶加压，即可测得转身抗压强度及桩身变形模量。这是值得推荐的检测方法，它可避免桩横断面方向强度不均匀的影响；测试数据直接可靠；可积累室内强度与现场强度之间关系的经验；试验设备简单易行。但该法的缺点是挖桩深度不能过大，一般为12m。,（六）质量检验,水泥土搅拌法处理地基,5静载荷试验 对承受垂直荷重的水泥土搅拌桩，静载荷试验是最可靠的质量检验方法。对于单桩复合地基载荷试验，载荷板的大小应根据设计置换率来确定，即载荷板面积应为一根桩所承担的处理面积，否则，应予修正。试验标高应与基础底面设计标高相同。对单桩静载荷试验，在板顶要做一个桩帽，以便受力均匀。载荷试验应在28d龄期后进行，检验点数每个场地不得少于3点。若试验值不符合设计要求是，应增加检验点的数量；若用于桩基工程，其检验数量应不少于第一次的检验量。,（六）质量检验,水泥土搅拌法处理地基,（六）质量检验,水泥土搅拌法处理地基,6小应变动测检验当搅拌桩达到龄期28天后，宜采用小应变动测方法随机抽查不少于10的桩数进行桩身质量检验，以确定是否出现断桩、蜂窝状结构及夹泥等搅拌不均匀缺陷。,7开挖检验可根据工程设计要求，选取一定数量的桩体进行开挖，检查加固桩体的外观质量、搭接质量荷整体性等。,（六）质量检验,水泥土搅拌法处理地基,（六）质量检验,水泥土搅拌法处理地基,（六）质量检验,水泥土搅拌法处理地基,8沉降观测建筑物竣工后，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。,（六）质量检验,水泥土搅拌法处理地基,对作为侧向围护的水泥土搅拌桩，开挖时主要检验以下项目：（1）墙面渗漏水情况；（2）桩墙的垂直和水平整度情况；（3）桩体的裂缝、缺损和漏桩情况；（4）桩体的强度和均匀性；（5）桩顶和路面顶板的连接情况；（6）桩顶水平位移量；（7）坑底渗漏情况；（8）坑底隆起情况。,（六）质量检验,水泥土搅拌法处理地基,