2水泥土搅拌法

① 离子交换和团粒化作用 粘土和水结合时就表现出一种胶体特征，如土中含 量最多的氧化硅遇水后，形成硅酸胶体微粒，其表面带有 钠离子Na＋或钾离子K＋，它们能和水泥水化生成的氢氧 化钙中钙离子ca2＋进行当量吸附交换，使较小的土颗粒形 成较大的土团粒，从而使土体强度提高。 ② 硬凝反应 随着水泥水化反应的深入，溶液中析出大量的钙离 子，当其数量超过离子交换的需要量后，在碱性环境中， 能使组成粘土矿物的二氧化硅及三氧化二铝的部分或大部 分与钙离子进行化学反应，逐渐生成不溶于水的稳定结晶 化合物，增大了水泥土的强度 。
③ 相对密度 由于水泥的相对密度为3.1，比一般软土的相对密 度2.65～2.75要大，故水泥土的相对密度比天然软土的 相对密度稍大。水泥土相对密度比天然软土的相对密度 增加0.7％～2.5％。 ④ 渗透系数 水泥土的渗透性随水泥掺入比的增大和养护龄期的 增长而减小，一般可达10-8~10-5cm/s数量级。水泥加固 淤泥质粘土能减小原天然土层的水平向渗透系，这对深 基坑施工是有利的，可以利用它作为防渗帷幕。
(3) 碳酸化作用 水泥水化物中游离的氢氧化钙能吸收水中和空气中的二 氧化碳，发生碳酸化反应，生成不溶于水的碳酸钙，这种反 应也能使水泥土增加强度，但增长的速度较慢，幅度也较小。 由于搅拌机械的切削搅拌作用，实际上不可避免地会留 下一些未被粉碎的大小土团。在拌入水泥后将出现水泥浆包 裹土团的现象，而土团间的大孔隙基本上已被水泥颗粒填满。 所以，加固后的水泥土中形成一些水泥较多的微区，而在大 小土团内部则没有水泥。只有经过较长的时间，土团内的土 颗粒在水泥水解产物渗透作用下，才逐渐改变其性质。因此 在水泥土中不可避免地会产生强度较大和水稳性较好的水泥 石区和强度较低的土块区。可见，搅拌越充分，土块被粉碎 得越小，水泥分布到土中越均匀，则水泥土结构强度的离散 性越小，其宏观的总体强和水化反应 普通硅酸盐水泥主要是由氧化钙、二氧化硅、三氧化二 铝、三氧化二铁及三氧化硫等组成，由这些不同的氧化物 分别组成了不同的水泥矿物：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸 三钙、铁铝酸四钙、硫酸钙等。用水泥加固软土时，水泥 颗粒表面的矿物很快与软土中的水发生水解和水化反应， 生成氢氧化钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙及含水铁酸钙等 化合物。 (2) 土颗粒与水泥水化物的作用 当水泥的各种水化物生成后，有的自身继续硬化，形成 水泥石骨架；有的则与其周围具有一定活性的粘土颗粒发 生反应。
(2) 水泥土的力学性质 ① 无侧限抗压强度及其影响因素。 水泥土的无侧限抗压强度一般为300~4000kPa，即 比天然软土大几十倍至数百倍。其变形特征随强度不同 而介于脆性体与弹塑性体之间。 a. 水泥掺入比aw 水泥土的强度随着水泥掺入比的增加而增大(见图714)，当aw≤5％时由于水泥与土的反应过弱，水泥土固 化程度低，强度离散性也较大，故在深层搅拌法的实际 施工中，选用的水泥掺入比以大于5％为宜。
b. 龄期对强度的影响 水泥土强度随着龄期的增长而增大，在龄期超过28天后， 强度仍有明显增长(见图7-15)。为了降低造价，对承重搅拌桩 试块国内外都取90d龄期为标准龄期。对起支挡作用承受水平 荷载的搅拌桩，为了缩短养护期，水泥土的强度标准取28d龄 期为标准龄期。
水泥土搅拌法可用于增加软土地基的承载能力，减少 沉降量，提高边坡的稳定性，适用于以下情况：
⑴ 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；
⑵ 进行大面积地基加固、以防止码头岸壁的滑动、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；
⑶ 作为地下防渗墙以阻止地下渗透水流，对桩侧或板 桩背后的软土加固以增加侧向承载能力。
水泥土搅拌法加固软土技术，具有以下独特的优点： ⑴ 水泥土搅拌法由于将固化剂和原地基软土就地搅拌混合， 因而最大限度地利用了原土； ⑵ 搅拌时无振动、无噪音和无污染，可在市区内和密集建筑 群中进行施工； ⑶ 搅拌时不会使地基侧向挤出，所以对周围原有建筑物及地 下沟管影响很小； ⑷ 水泥土搅拌法形成的水泥土加固体，可作为竖向承载的复 合地基、基坑工程围护挡墙、基坑被动区加固、防渗帷幕、大体 积水泥稳定土等，其设计灵活，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； ⑸ 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； ⑹ 与钢筋混凝土桩基相比，可节约大量的钢材，并降低造价。
粉体喷射搅拌(Dry Jet Mixing Method，简称DJM法)最 早由瑞典人Kjeld Paus于1967年提出了使用石灰搅拌桩加固 15m 深 度 范 围 内 软 土 地 基 的 设 想 ， 并 于 1971 年 Linden— Alimak公司在现场制成第一根用石灰粉和软土搅拌成的桩， 1974年获得粉喷技术专利，生产出的专用机械其桩径可达 500mm，加固深度15m。铁道部第四勘测设计院于1983年用 DDP-100型汽车改装成国内第一台粉体喷射搅拌机，并使用 石灰作固化剂，应用于铁路涵洞加固。1986年开始使用水 泥作为固化剂，应用于房屋建筑的软土地基加固。1987年 铁四院和上海探矿机械厂制成GPP-5型步履式粉体喷射搅拌 机，成桩直径500mm，加固深度12.5m。当前国内粉体喷射 搅拌机的成桩直径一般在500~700mm范围，深度可达15m。
3. 水泥土的物理力学特性 (1) 水泥土的物理性质 ① 含水量 水泥土在硬凝过程中，由于水泥水化等反应，使部分自 由水以结晶水的形式固定下来，故水泥土的含水量略低于原 土样的含水量，水泥土含水量比原土样含水量减少0.5％～7. ％，且随着水泥掺入比的增加而减小。 ② 重度 由于拌入软土中的水泥浆的重度与软土的重度相近，所 以水泥土的重度与天然软土的重度相差不大，水泥土的重度 仅比天然软土重度增如0.5％～3.0％，所以采用水泥土搅拌 法加固厚层软土地基时，其加固部分对于下部未加固部分不 致产生过大的附加荷重，也不会产生较大的附加沉降。