第11章--水泥土搅拌法

地基加固
支护结构
——水泥土墙11.2 Nhomakorabea固机理一、加固机理
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
1. 水泥的水解和水化反应
⑴硅酸三钙：在水泥中含量最高(50％)，是决定 强度的主要因素。
⑵硅酸二钙：在水泥中含量较高(25%)，它主要 产生后期强度。
盐水泥，水泥掺量宜为12％～20％。 （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。
（3）加固范围和平面布置 加固范围：水泥搅拌桩既与钢筋混凝土桩
不一样，也与散体材料桩不一样，其刚度介于 两者之间，因此其加固范围可仅布置在基础范 围内，而不必像散体材料一样，在基础以外设 置保护桩。
（2）硬凝反应
在碱性环境下，溶液中析出大量的钙离子，与二氧化硅或三 氧化铝产生化学反应，生成不溶于水的铝酸钙等结晶水化物。在 水中和空气中逐渐硬化，提高水泥强度，使水泥具有足够的水稳 定性。
3. 碳酸化作用
水泥水化物中游离的氢氧化钙吸收水中和空气中的二氧化 钙，发生碳酸化作用，生成不溶于水的碳酸钙。
⑶铝酸三钙：占水泥总量的10％左右，水化速度 最快，促进早凝。
⑷铁铝酸四钙：占水泥总量的10％作用，能促进 早期强度。
⑸硫酸钙：含量3％左右，生成“水泥杆菌”状 的化合物，能将大量自由水一结晶水形式固定下来， 使土中自由水减少。
2. 粘土颗粒与水泥水化物的作用
（1）离子交换和团粒化作用
粘土颗粒带负电，吸附阳离子，形成胶体分散体系。表面带 有钾离子或钠离子，可与水泥水化反应的钙离子进行离子交换， 产生凝聚，形成较大的团粒，提高土体强度。
发展概况：
（1）水泥浆液搅拌法：由美国在第二次世界大战 后研制成功的，称为就地搅拌桩（MIP）。国内1978年 研制出第一台搅拌机械。
（2）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。铁四院1983 年开始试验研究，并应用于实际工程中。
特点：
⑴基本不存在挤土效应，对周围地基扰动小； ⑵可根据不同土质和工程设计要求，合理选择固化剂及配方， 应用较为灵活； ⑶施工无振动，无噪音，污染小，可在市区和建筑物密集地 带施工； ⑷土体加固后，重度基本不变，软弱下卧层不致产生较大附 加沉降 ； ⑸结构型式灵活多样，可根据工程需要，选用柱状、壁状、 格栅状或块状。 （6）在负温下制作的水泥土正温后强度可继续增长且接近标 准值，因此只要地温不低于-10度，就可进行深层搅拌法冬季施工。
布桩形式： 桩位的平面布置可采用等边 三角形和正方形等形式。
布桩形式应根据地基土性质及上部建筑对变形的要 求进行选择，可采用柱状、壁状、格栅状、块状等不同 形式。
a.柱状
b.壁状
a)
b)
c.格栅状
d.块状
c)
d)
柱状：每隔一定的距离打设一根搅拌桩，即成为柱状加
固形式。适合处理局部饱和软粘土夹层和表层与桩端土质较好 的建筑物地基。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。
壁状和格栅状：将相邻搅拌桩部分重叠搭接成为壁状加
固形式。适用于深基坑开挖时边坡加固以及建筑物长高比较大、 刚度较小，对不均匀沉降比较敏感的多层砖混结构房屋条形基 础下的地基加固。
块状：由纵横两个方向的相邻搅拌桩搭接而成。适用于
上部结构单位面积荷载大，不均匀沉降控制严格的构筑物地基。 在软土地区开挖深基坑时，为防止基坑隆起或增大坑底土的被 动土压力及对基坑进行封底隔渗处理等也常采用块状加固形式。
深层单轴搅拌机
三轴水泥搅拌机
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
水泥土搅拌法分为深层搅拌法（湿法） 和粉体（水泥或石灰）喷搅法（干法）。
适用范围：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。当地基土的天然含水量小于 30％、大于70％或地下水的pH值小于4时不 宜采用干法。
6.外加剂
外掺剂对水泥土强度有不同的影响。
7.搅拌的均匀程度
施工时搅拌的均匀程度对水泥土强度的影响很大。 在搅拌时间相同的情况下，塑性指数越大，土的粘性越大， 越难搅均匀；含水量和液性指数过低，易产生抱土现象，影响 搅拌效果。
11.3 设计计算
（1）固化剂 宜选用强度等级为32.5级以上的普通硅酸
水 泥 土
二、水泥土的工程特性
1. 水泥土的物理性质
（1） 重度 当水泥掺入比在8%～20%之间，水泥土重度比 原状土增加约3%～6%。 （2）含水量 随水泥掺合量的增大而降低，一般比原状土降 低15％～18%。 （3） 抗渗性 渗透系数k一般在10-8～10-9cm/s。
2.水泥土的力学性质
（4）变形特性
当qu=0.5～4.0MPa时，其50d后的变形模量相当于（120～ 150）qu。
三、影响水泥土力学性质的主要因素
1.水泥掺入比αw
水泥掺入比是指掺入土中水泥质量与被加固软土的湿重量 比值的百分数。
水泥土的强度随掺入比的增加呈增大的趋势。
2.龄期
水泥土强度随龄期的增长呈增大趋势，龄期超过28d后仍 有明显增长，90d后，强度增长才减慢。
3.水泥标号
水泥土强度随水泥标号的提高而增加。水泥标号提高100 号，水泥强度约增大50～90％。
4.含水量
水泥土的强度随地基含水量增大而降低。如图水 泥掺入比小于20％时，水泥土无侧限抗压强度随土中 含水量降低而增加；大于20％时，存在一个峰值。
5.天然地基土中的有机质含量
有机质可使土具有较大的水容量和塑性、膨胀性及低渗透 性，并使土的酸性增加，使水泥的水化反应受到抑制。有机质 含量小的水泥土强度比有机质含量高的水泥土强度高的多。
（1）无侧限抗压强度
水泥土的无侧限抗压强度qu在0.3～4.0MPa之间，比原状土 提高几十倍乃至几百倍。
（2）抗拉强度
水泥土抗拉强度与抗压强度有一定关系，一般情况下，抗 拉强度在（0.15～0.25）qu之间。
（3）抗剪强度
当水泥土qu=0.5～4MPa时，其粘聚力C在100～1000KPa之间， 其摩擦角在20～30之间。