《地基处理技术》石灰桩、水泥土搅拌法.ppt

第10章 石灰桩法Chapter 10 Lime Column,10.1 概 述10.1 Introduction,用机械或人工的方法成孔，然后将不同比例的生石灰（块或粉）和掺合料（粉煤灰、炉渣等）灌入，并进行振密或夯实形成石灰桩桩体，桩体与桩间土形成石灰桩复合地基，以提高地基承载力，减小沉降，称为石灰桩法。,工人在用洛阳铲进行石灰桩成孔,工人用推土铁钎将洛阳铲带出的土刮除,工人在室内进行石灰桩施工,石灰桩孔径d=300mm，桩间距s800mm,人工洛阳铲,三名工人正在夯填石灰桩,夯填石灰桩所用的夯锤（夯板）,夯填石灰桩所用的夯锤（夯板）,运到施工现场的生石灰块,运到施工现场的粉煤灰,工人正在拌合生石灰块与粉煤灰,量孔器（测量石灰桩孔径及孔深）,量孔器（测量石灰桩孔径及孔深）,石灰桩法适用于处理饱和黏性土、淤泥、淤泥质土、素填土和杂填土等地基；用于地下水位以上的土层时，宜增加掺合料的含水量并减少生石灰用量，或采取土层浸水等措施。,10.2 加固原理10.2 Mechanism of Reinforcement,一、物理加固作用 1 挤密作用（1）成桩中挤密桩间土（2）生石灰吸水膨胀挤密桩间土 2 桩和地基土的高温效应 3 置换作用 4 排水固结作用 5 加固层的减载作用,二、石灰桩的化学加固作用 1 桩体材料的胶凝反应 2 石灰与桩周土的化学反应（1）离子化作用（熟石灰的吸水作用）（2）离子交换（3）固结反应（4）石灰的碳酸化,一、设计参数及技术要点 1 桩径 一般为300400mm，当排土成孔时，实际桩径取1.11.2倍设计直径。2 桩长 洛阳铲成孔不宜超过6m，机械成孔管外投料时，不宜超过8m。,10.3 设计计算10.3 Design Procedure,3 桩距 可取23倍成孔直径。4 桩体抗压强度 可取350500kPa。5 桩间土承载力 与置换率、施工工艺和土质情况有关。可取天然地基承载力的1.051.20倍。土质软弱或置换率大时取高值。,6 桩土应力比 可取34，长桩取大值。7 复合地基承载力 复合地基承载力特征值不宜超过160kPa。8 布桩 可仅布置在基础底面下，当基底土的承载力特征值小于70kPa时，宜在基础以外布置12排围护桩。,9 垫层 当地基需要排水通道时，可在桩顶以上设200300mm厚的砂石垫层。10 桩身材料配合比 生石灰与掺合料的体积比可选用1：1或1：2，对淤泥、淤泥质土、填土可适当增加生石灰用量。,二、石灰桩复合地基承载力计算 面积置换率m应取膨胀后的桩面积计算，即取1.11.2倍成孔直径。,三、石灰桩复合地基沉降计算 石灰桩复合土层的压缩模量宜通过桩身及桩间土压缩试验确定，初步设计时可按下式估算：式中 Es为天然土的压缩模量（MPa），系数可取1.11.3，成孔对桩周土挤密效应好或置换率大时取高值。,10.4 施工10.4 Construction,一、施工工艺 1 管外投料法 2 管内投料法 3 挖孔投料法,二、施工质量控制 1 石灰材料应选用新鲜生石灰块，有效氧化钙含量不宜低于70，粒径不应大于70mm，含粉量不宜超过15。2 掺合料含水量宜控制在30左右。3 填料时必须分段压（夯）实，人工夯实时，每段填料厚度不应大于400mm。4 施工顺序宜由外围或两侧向中间进行。在软土中宜间隔成桩。5 桩位偏差不宜大于0.5倍桩身直径。,1 石灰桩施工检测宜在施工后710d后进行；竣工验收检测宜在施工后28d进行。2 施工检测可采用静力触探、动力触探或标准贯入试验。检测部位为桩中心及桩间土，每两点为一组。检测组数不少于总桩数的1。,10.5 质量检验10.5 Quality Verification Test,3 石灰桩地基竣工验收时，承载力检验应采用复合地基载荷试验。数量宜为地基处理面积每200m2左右布置一个点，且每一单体工程不应少于3点。4 石灰桩复合地基载荷试验沉降比s/d取0.012。,第11章 水泥土搅拌法Chapter 11 Soil-Cement Deep Mixing Method,11.1 概 述11.1 Introduction,水泥土搅拌法是利用水泥等材料作为固化剂通过特制的搅拌机械，就地将软土和固化剂（浆液或粉体）强制搅拌，使软土硬结成具有整体性、水稳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。,水泥粉喷机,水泥粉喷机,水泥粉喷机,水泥粉喷机底盘,贮灰罐,水泥粉喷机的搅拌叶片,水泥粉喷机的控制柜,三轴水泥搅拌机,水泥土搅拌法分为深层搅拌法（湿法）和粉体喷搅法（干法）。水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、黏性土以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、或地下水的pH值小于4时不宜采用干法。,水泥浆液搅拌法是美国在第二次世界大战后研制成功的，称（MixedinPlace Pile(简称MIP法）。国内1978年研制出第一台搅拌机械。粉体喷射搅拌法（Dry Jet Mixing Method，简称DJM法）由瑞典人Kjeld Paus于1967年提出设想，1971年制成第一根桩，1974年获得专利。铁道第四勘察设计院1983年开始试验研究，并应用于过程中。,水泥土搅拌法的优点：（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，对周围原有建筑物及地下沟管影响很小；（3）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；（4）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；（5）与钢筋混凝土桩基相比，可节约钢材并降低造价。,11.2 加固机理11.2 Mechanism of Reinforcement,1 水泥的水解水化反应2 土颗粒与水泥水化物的作用（1）离子交换和团粒化作用（2）硬凝反应3 碳酸化作用,11.3 室内试验11.3 Laboratory Test,软土地基深层搅拌加固法是基于水泥对软土的作用，而目前这项技术的发展仅经过二十余年，无论从加固机理到设计计算方法或者施工工艺均有不完善的地方，有些还处于半理论半经验的状态，因此应该特别重视水泥土的室内外试验。,（1）固化剂 宜选用强度等级为32.5级以上的普通硅酸盐水泥，水泥掺量宜为1220。（2）桩长 宜穿透软弱土层到达承载力相对较高的土层。湿法加固深度不宜大于20m，干法加固深度不宜大于15m。,11.4 设计计算11.4 Design Procedure,（3）桩径 常用桩径500700mm。（4）承载力 初步设计时按下式估算：式中 Ra单桩竖向承载力特征值（kN）；Ap桩的截面积（m2）；桩间土承载力折减系数。,当桩端土未经修正的承载力特征值大于桩周土的承载力特征值的平均值时，可取0.10.4，差值大时取低值；当桩端土未经修正的承载力特征值小于或等于桩周土的承载力特征值的平均值时，可取0.50.9，差值大时或设置褥垫层时均取高值。单桩竖向承载力特征值应通过现场载荷试验确定。也可由下两式估算，取小值。,式中 与搅拌桩桩身水泥配比相同的室内加固土试块（边长70.7mm的立方体）在标准养护条件下90d龄期的立方体抗压强度平均值（kPa）；桩身强度折减系数，干法可取 0.200.30，湿法可取0.250.33；up 桩的周长（m）；,n 桩长范围内所划分的土层数；qsi桩周第i层土的侧阻力特征值。对淤泥可取47kPa；对淤泥质土可取612kPa；对软塑状态的黏性土可取1015kPa；对可塑状态的黏性土可取1218kPa；li 桩长范围内第i层土的厚度（m）；qp 桩端地基土未经修正的承载力特征值（kPa），可按现行国家标准建筑地基基础设计规范GB 50007的有关规定确定；,桩端天然地基土的承载力折减系数，可取0.40.6，承载力高时取低值。（5）垫层 应在基础和桩之间设置200300mm厚褥垫层，其材料可选用中砂、粗砂、级配砂石等，最大粒径不宜大于20mm。（6）布桩 桩可只在基础平面范围内布置，独立基础下的桩数不宜少于3根。,（7）沉降计算 水泥土搅拌桩复合地基的变形包括复合土层的平均压缩变形与桩端下未加固土层的压缩变形。复合土层压缩变形可按下式计算：,Ep水泥土搅拌桩的压缩模量，可取（100120）fcu（kPa），对桩较短或桩身强度较低者可取低值。桩端以下未加固土层的压缩变形可按等代实体基础法进行计算。,水泥土搅拌法的施工步骤为：（1）搅拌机就位、调平；（2）预搅下沉至设计加固深度；（3）边喷浆（粉）、边搅拌提升直至预定的停浆（灰）面；（4）重复搅拌下沉至设计加固深度；（5）根据设计要求，喷浆（粉）或仅搅拌提升直至预定的停浆（灰）面；（6）关闭搅拌机械。,11.5 施工(Construction),一、施工质量检验（1）成桩7d后，采用浅部开挖桩头，目测检查搅拌的均匀性，量测成桩直径。检查量为总桩数的5。（2）成桩后3d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。,11.6 质量检验11.6 Quality Verification Test,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）载荷试验宜在成桩28d后进行。检验数量为总桩数的0.51，且每项单体工程不应少于3点。（3）水泥土搅拌桩复合地基的沉降比取0.006。,第12章 夯实水泥土桩法Chapter 12 Rammed Soil-Cement Column,12.1 概 述12.1 Introduction,将水泥和土按设计的比例拌和均匀，在孔内夯实至设计要求的密实度而形成的加固体，并与桩间土组成复合地基的地基处理方法。,夯实水泥土桩法适用于处理地下水位以上的粉土、素填土、杂填土、黏性土等地基。处理深度不宜超过10 m。夯实水泥土桩具有施工周期短、造价低、施工文明、质量容易控制、不受场地条件限制等优点。,12.2 作用机理(Mechanism of Reinforcement),1 夯实水泥土桩的化学作用机理（1）水泥土的固化原理（2）水泥的水解水化反应（3）水泥水化物与土颗粒的作用 2 夯实水泥土桩的物理作用机理,12.3 设计计算(Design),1 桩长 应根据土质情况、工程要求和成孔设备等因素确定。采用洛阳铲成孔工艺时，深度不宜超过6m。当相对硬层的埋藏深度不大时，应按相对硬层埋藏深度确定。2 桩径 桩孔直径宜为300600mm，可根据设计及所选用的成孔方法确定。,3 桩距 桩距宜为24倍桩径。4 布桩范围 夯实水泥土桩可只在基础范围内布桩。5 垫层 褥垫层厚100300mm，可采用中砂、粗砂或碎石等，最大粒径不宜大于20mm。6 承载力 复合地基承载力特征值应按现场复合地基载荷试验确定。初步设计时也可按第11章水泥土搅拌法的公式估算，其中桩间土的承载力折减系数可取0.91.0。,7 桩身材料 桩孔内夯填的混合料配合比应按工程要求、土料性质及采用的水泥品种，由配合比试验确定，并满足下式要求：式中fcu桩体混合料试块（边长150mm立方体）标准养护28d立方体抗压强度平均值（kPa）。,8 沉降计算 加固区的沉降变形可采用分层总和法，复合土层的分层与天然地基相同，各复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的 倍，由下式确定：式中 fak基础底面下天然地基承载力特征值（kPa）。,（1）夯实水泥土的施工，应按设计要求选用成孔工艺。挤土成孔可选用沉管、冲击等方法；非挤土成孔可选用洛阳铲、螺旋钻等方法。（2）土料中有机质含量不得超过5%，含水量应满足土料的最优含水量wop，允许偏差不大于2。在一般工程中，水泥与土料可采用1：6的体积比试配。,12.5 施工(Construction),（3）夯填桩孔时，宜选用机械夯实。分段夯填时，夯锤的落距和填料厚度应根据现场试验确定，混合料的压实系数不应小于0.93。,（1）施工过程中对成桩质量的抽检数量不应少于总桩数的2。对一般工程，可检查桩的干密度和施工记录。（2）竣工验收时，承载力检验应采用单桩复合地基载荷试验。对重要或大型工程，尚应进行多桩复合地基载荷试验。,12.4 质量检验12.4 Quality Verification Test,（3）夯实水泥土桩地基检验数量应为总桩数的0.51，且每个单体工程不应少于3点。（4）夯实水泥土桩复合地基的载荷试验沉降比，对以卵石、圆砾、密实粗中砂为主的地基可取0.008，对以黏性土、粉土为主的地基可取0.01。,第13章 高压喷射注浆法Chapter 13 High Pressure Jet Grouting,13.1 概 述13.1 Introduction,用高压水泥浆通过钻杆由水平方向的喷嘴喷出，形成喷射流，以此切割土体并与土拌和形成水泥土加固体的地基处理方法。20世纪60年代末期，日本将高压水射流技术应用到灌浆工程中，创造出一种全新的施工法高压喷射注浆法。又称CCP工法（Chemical Churning Pile）。,1972年铁道部科学研究院率先开发高压喷射注浆法。1975年，我国冶金、水电、煤炭、建工等部门和部分高等院校，也相继进行了试验和施工。已成功应用于已有建筑和新建工程的地基处理、深基坑地下工程的支挡和护底、构造地下防水帷幕等。,高压喷射注浆,13.2 定义及其种类13.2 Definition and Types,按喷射流移动轨迹分为旋喷、定喷和摆喷三种。按注浆管类型分为单管法、双管法、三管法和多重管法。按加固形状可分为柱状、壁状、条状和块状。,高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑黏性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基。对于硬黏性土、含较多的块石或大量植物根茎的地基，因喷射流可能受到阻挡或削弱，切削范围小或影响处理效果。,13.3 加固地基的机理13.3 Mechanism of Reinforcement,1、高压喷射流对土体的破坏作用2、水（浆）、气同轴喷射流对土的破坏 作用3、水泥与土的固结机理,13.4 设计计算(Design Procedure)（1）高压旋喷桩的直径，应通过现场试验确定，也可参照下表选用(单位:m),（2）竖向承载旋喷桩复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定。初步设计时，可按下式估算：式中：为桩间土承载力折减系数，可取00.5，承载力较低时取低值。,单桩竖向承载力特征值可通过现场单桩载荷试验确定。也可从下两式中取小值：式中：为桩身强度折减系数，可取0.33。,（3）竖向承载旋喷桩复合地基宜在基础和桩顶之间设置褥垫层。厚度可取200300 mm，其材料可选用中砂、粗砂、级配砂石等，最大粒径不宜大于30 mm。（4）独立基础下的布桩数一般不应少于4根。（5）高压喷射注浆法用于深基坑、地铁等工程形成连续体时，相邻桩搭接不宜小于300 mm。,（1）高压喷射注浆法的施工工序为：钻机就位、钻孔、插管、喷射注浆作业、拔管、清洗机具、移开机具、回填注浆。（2）高压喷射注浆的施工参数应根据土质条件和加固要求通过试验或根据工程经验确定，并在施工中严格加以控制。单管法及双管法的高压水泥浆和三管法高压水的压力应大于20MPa。,13.5 施 工13.5 Construction,土质改良目的,地质条件与环境,高压喷射注浆方法的选定,固结体尺寸的设定,浆液类型与配方选定,固体性能设定,高压喷射注浆技术参数的设定,设备与机具的选择,固结体的布置,浆液量计算,浆液材料的计算,现场喷射试验,开挖采样或钻孔采样检查,室内实验,施工,稳定性分析,（3）注浆材料宜选用强度等级为32.5级及以上的普通硅酸盐水泥。（4）水泥浆液的水灰比应按工程要求确定，可取0.81.5，常用1.0。（5）喷射孔与高压注浆泵的距离不宜大于50m，钻孔的位置与设计位置的偏差不得大于50mm。（6）当处理既有建筑地基时，应采用速凝浆液或跳孔喷射和冒浆回灌等措施，以防喷射过程中地基产生附加变形和地基与基础间出现脱空现象。,1、高压喷射注浆可根据工程要求和当地经验采用开挖检查、取芯（常规取芯或软取芯）、标准贯入试验、载荷试验或围井注水试验等方法进行检验，并结合工程测试、观测资料及实际效果综合评价加固效果。,13.6 质量检验13.6 Quality Verification Test,2、检验点应布置在下列部位：（1）有代表性的桩位；（2）施工中出现异常情况的部位；（3）地基情况复杂，可能对高压喷射注浆质量产生影响的部位。3、检验点的数量为施工孔数的1，并不应少于3点。检验宜在高压注浆结束28d后进行。,4、竖向承载旋喷桩地基竣工验收时，承载力检验应采用复合地基载荷试验和单桩载荷试验，检验数量为桩总数的0.51，且每项单体工程不应少于3点。5、高压旋喷桩复合地基载荷试验沉降比可取0.006。,