地基处理第10章-水泥土搅拌法

小不均匀沉降量。
（三）、单桩容许承载力(p157)
对于柱状加固地基
单桩竖向承载力特征值应通过现场载荷试验确定。初步设
计时也可按（（p157的10-17式）式），并应同时满足 （（p157的10-18式） 式）的要求，应使由桩身材料强度
确定的单桩承载力大于（或等于）由桩周土和桩端土的抗
力所提供的单桩承载力：
2、该工程的水泥掺量最接近下列哪个值?
(A)270kg/m3 (B)280kg/m3 (D)300kg/m3
(C)290kg/m3
（三）、影响水泥土的无侧限抗压强度的因素
2.龄期对强度的影响
水泥土的强度随着龄期的增长而提高，一般在龄期超过28d 后仍有明显增长（10-3（p153）），根据试验结果的回归分 析, 得到在其它条件相同时，不同龄期的水泥土无侧限抗压 强度间关系大致呈线性关系（龄期小于3天的线性差、离散 性大），这些关系式如下:
式中： f SP —复合地基容许承载力(kPa)； —桩间天然地基土容许承载力
一．概述
二．加固机理
三．水泥土的物理力学性质
四．水泥土的应用
五．水泥土搅拌桩地基的设计 六．水泥土搅拌桩的施工
10.1概
1.水泥上搅拌法的概念
述(p147)
水泥土搅拌法是适用于加固饱和粘性土和粉土等地基的一 种方法，它是利用水泥（或石灰）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
生成不溶于水的碳酸钙，能使水泥土的强度增长，但速 度较慢，幅度较小。 水泥和软土搅拌越充分，混合越均匀，则水泥土强度的 离散性越小，宏观的总体强度也越高。
10.3、水泥土的物理力学性质(p151)
（一）、水泥土的物理性质(p151）
1.含水量 水泥土的含水量一般比原状土降低0.5～7% 2.重度 水泥土的重度仅比天然软上重度增如0.5%～3.0%，也不会 产生较大的附加沉降。 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为大，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（抗渗性） 渗透系数K一般在10-5～10-8cm/s
（2）硬凝反应 随着水泥水化反应的深入，深液中析出大量的Ca2+，当 其数量超过离子交换需要量后，则在碱性环境中，与组 成粘土矿物的二氧化硅和三氧化二铝的一部分或大部分
进行化学反应：
逐渐生成了不溶于水的稳定结晶化合物，其在水中和空 气中逐渐硬化，增大了水泥土的强度。
（三）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：
（三）、影响水泥土的无侧限抗压强度的因素
（三）、影响水泥土的无侧限抗压强度的因素
某工程采用水泥土搅拌法加固，桩径为500mm，水 泥用量为55kg/m，土的湿重度为17.0kN/m3，则： 1、该工程的水泥掺入比最接近下列哪个值? (A)14.5% (C)16.5% (B)15.5% (D)17.5%
3．加固范围 水泥土搅拌桩强度和刚度介于刚性桩（钢硂 桩、钢桩、木桩等）和柔性桩（砂桩、碎石 桩、土桩等）之间， 但其承载性能却与刚性桩接近。 因此，可仅在上部结构基础范围内布桩，不 必象柔性桩那样，在基础范围以外设置保护 桩。
4、水泥土搅拌法的计算(p157)
（一）.设计原理
（二）.布桩型式
6.外掺剂对强度的影响
不同的外掺剂对水泥土强度有着不同的影响。如木 质素磺酸钙对水泥土强度的增长影响不大，主要起 减水作用。石膏、三乙醇胺对水泥土强度有增强作 用，而其增强效果对不同土样和不同水泥掺入比又 有所不同，所以选择合适的外掺剂可提高水泥土强 度和节约水泥用量。 掺加粉煤灰的水泥土，其强度一般都比不掺粉煤灰 的有所增长。不同水泥掺入比的水泥土，当掺入与 水泥等量的粉煤灰后，强度均比不掺粉煤灰的提高 10%，故在加固软土时掺入粉煤灰，不仅可消耗工 业废料，还可稍微提高水泥土的强度。
影响因素主要有：
1. 水泥掺入比
2. 水泥标号 3. 龄期 4. 含水量 5. 有机质含量
6. 外掺剂
7. 养护条件等
（三）、影响水泥土的无侧限抗压强度的因素(p152) 1.水泥掺入比
水泥土的强度随着水泥掺入比的增加而增大(图10-2 （p153）)，当 a w<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，故在水泥土搅拌法的 实际施工中，选用的水泥掺入比必须大于10%。
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—水泥土，从而提高地基土强度和增大变模。
2.分类
根据固化剂掺入状态的不同，它可分为水泥浆搅拌和粉体 喷射搅拌两种。前者是用浆液和地基土搅拌，后者是用粉 体或石灰和地基土搅拌。
3.适用条件（p148）
① 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、粘性土以及无流动地下水的饱和 松散砂土等地基。 ② 当地基土的天然含水量小于30％（黄土含水量小于25%）、 大于70％或地下水的pH值小于4时不宜采用干法。 ③ 冬期施工时，应注意负温对处理效果的影响。 ④ 水泥浆搅拌加固深度不宜大于20m；粉体喷射搅拌不宜大于 15m。 ⑤ 水泥土搅拌桩的桩径不应小于500mm。
1．对岩土工程勘察的要求 除了一般的岩土工程斟察规范中常规要 求外，还应包括； （1）土质分析：有机质和可溶盐含量 ，总烧失量等； （2）地下水水质分析：地下水的酸碱 度（pH值），硫酸盐含量。
2．加固型式
水泥土搅拌桩可布置成： 柱状、壁状和块状三类型式。 1）柱状：由单独桩体组成的桩群，适月于单层工业厂 房独立柱基础和多层房屋条形基础下的地基加固。 2）壁状：由许多搅拌桩相互搭接而成的壁状加固体， 适用于深基坑开挖时软土边坡的加固、条基下软土地基 的加固等。 3）块状：为纵横两个方向许多桩体相互搭接而形成的 加固体，适用于荷载较大、对不均匀沉降控制严格的建 筑物以及深基坑封底等场合。
（三）、影响水泥土的无侧限抗压强度的因素
7.养护方法(p155)
养护方法对水泥土的强度影响主要表现在养护环境
的湿度和温度。
国内外试验资料都说明，养护方法对短龄期水泥土
强度的影响很大，随着时间的增长，不同养护方法 下的水泥土无侧限抗压强度趋于一致，说明养护方 法对水泥土后期强度的影响较小。
10.4、水泥土搅拌法的设计计算（p156）
指数大于0.7，土的pH值为4～8，有机质含量小于11%,
土的天然含水量大于30%的偏酸性的土质加固。
5.水泥土搅拌法加固软土的优点(p148)
① 最大限度地利用了原土； ② 搅拌时施工，对原有建筑物影响很小； ③ 根据地基土的不同性质和工程要求，可以合理选择固化 剂的类型及其配方，设计灵活；
④ 搅拌时无振动、无污染、无噪音，可在市区内和密集建 筑群中施工；
（三）、影响水泥土的无侧限抗压强度的因素
（三）、影响水泥土的无侧限抗压强度的因素
（三）、影响水泥土的无侧限抗压强度的因素
3.水泥标号（水泥强度等级）对强度的影响
水泥土的强度随水泥标号的提高而增加。水泥
标号提高100号，水泥土的强度fcu约增大(50～ 90)%。如要求达到相同强度，水泥标号提高100 号，可降低水泥掺入比(2～3)%。
结合等不同加固型式。
1.柱状
每隔一定距离打设一根水泥土桩，形成柱状加固型式，适用于单层 工业厂房独立柱基础和多层房屋条形基础下的地基加固，它可充分 发挥桩身强度与桩周侧阻力。
2.壁状
将相邻桩体部分重叠搭接成为壁状加固型式，适用于深基坑开挖时 的边坡加固以及建筑物长高比大、刚度小、对不均匀沉降比较敏感 的多层房屋条形基础下的地基加固。
（二）、水泥土的力学性质(p152-156)
1.无侧限抗压强度 水泥土的无侧限抗压强度fcu在0.3～4.0MPa之间，比原状土 提高几十倍乃至几百倍。（表10-1）（图10-1） 2.抗拉强度
3.抗剪强度
4.变形特性
5.压缩系数和压缩模量
（三）、影响水泥土的无侧限抗压强度的因素(p152-154)
Ra U p qsi li Ap q p
……(10-17式)
Ra fcu Ap
……(10-18式)
(四）、复合地基的设计计算(p158)
加固后搅拌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，也可按下式计算：
f SP
fS
Ra m (1 m) f S AP
4.土样含水量对强度的影响（p154）
水泥土的无侧限抗压强度f cu 随着土样含水量的降低而增大，当土 的含水量从157%降低至47%时，无侧限抗压强度则从260kPa增加到
320kPa。一般情况下，土样含水量每降低10％，则强度可增加
(10～50)%。
5.地基土中有机质含量对强度影响(p154) 有机质含量少的水泥土强度比有机质含量高的水泥土强度大得多。 由于有机质使土体具有较大的水溶性和塑性，较大的膨胀性和低渗 透性，并使土具有酸性，这些因素都阻碍水泥水化反应的进行。因 此，有机质含量高的软土，单纯用水泥加固的效果较差。
⑤ 加固后土体的重度基本不变，不会产生附加沉降；
⑥ 与钢筋混凝土桩基相比，降低成本的幅度较大；
⑦ 可根据上部结构的需要，灵活地采用柱状、壁状、格栅 状和块状等加固型式。
10.2、加固机理 (p148)++++++++++
水泥加固土的物理化学反应过程与混凝土的硬化机理不同： 混凝土硬化主要在粗填充料中（比表面不大、活性很弱的介质）进行水解、水 化作用，所以凝结速度快， 而水泥加固土时，由于水泥掺入量很小，水泥的水解、水化反应是在具有一定 活性的介质-土的围绕下进行，所以水泥加固土的强度增长比混凝土缓慢。 （一）水泥的水解和水化反应 水泥遇水后，其颗粒表面的矿物很快与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。其中前二种化合 物溶于水，使水泥颗粒表面暴露出来，再与水作用，逐渐使溶液达到饱和， 新生成物便以胶体析出，悬浮于溶液形成凝胶体。 （二）颗粒与水泥水化物作用 （1）离子交换和团粒化作用 粘土与水结合即表现胶体特征，如土中含量最多的二氧化硅与水形成硅酸 胶体，其表面带有Na+或K+，和水泥水化生成的氢氧化钙中的Ca2+进行当量吸 附交换。使较小的土颗粒形成较大的土团粒；由于其产生了很大的比表面 能，可使较大的土粒进一步联合，形成水泥土团粒结构，并封闭各土团的 空隙，形成坚固的联结，从而使土体强度提高。