地基处理深层搅拌法ppt课件.ppt

1 1、概念：、概念： 利利它是利用它是利用水泥水泥(或石灰）或石灰）等材料作为等材料作为固化剂固化剂，通，通过特制的过特制的搅拌机械搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂，在地基深处就地将软土和固化剂(浆液或粉体）浆液或粉体）强制搅拌强制搅拌，由固化剂和软土间所产生的，由固化剂和软土间所产生的一系列一系列物理物理-化学反应化学反应，使软土，使软土硬结硬结成具有整体性、水成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基强度稳定性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基强度和增大变形模量。和增大变形模量。 根据根据施工方法施工方法的不同，水泥土搅拌法分为的不同，水泥土搅拌法分为水泥浆水泥浆搅拌搅拌和和粉体喷射搅拌粉体喷射搅拌两种。前者是用两种。前者是用水泥浆水泥浆和地基土和地基土搅拌，后者是用搅拌，后者是用水泥粉水泥粉或或石灰粉石灰粉和地基土搅拌。和地基土搅拌。一、概述一、概述2 2、发展、发展（P72P72）2020世纪世纪2020年代：美国、西欧；水泥土年代：美国、西欧；水泥土 二战后，就地搅拌桩（二战后，就地搅拌桩（MIPMIP，mixed-in-place-pile ），），DCMDCM（Deep cement mixingDeep cement mixing）等）等2020世纪世纪5050年代，传入日本，较快发展年代，传入日本，较快发展2020世纪世纪7070年代末，我国引进年代末，我国引进3 3、优点：、优点： （1）（）（9）一、概述一、概述4 4、适用情况：、适用情况： 水泥土搅拌法水泥土搅拌法适用于适用于处理正常固结的淤泥与淤泥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上等地基。地下水的饱和松散砂上等地基。 当地基土的天然含水量小于当地基土的天然含水量小于3%3%（黄土含水量小于（黄土含水量小于25%25%）、大于）、大于70%70%或地下水的或地下水的pHpH值小于值小于4 4时不宜采用干时不宜采用干法。冬期施工时，应注意负温对处理效果的影响。法。冬期施工时，应注意负温对处理效果的影响。 需要作试验确定情况：泥炭土、地下水具有侵蚀需要作试验确定情况：泥炭土、地下水具有侵蚀性的土性的土 加固效果较差情况：有机质含量高、生活垃圾类加固效果较差情况：有机质含量高、生活垃圾类填土填土一、概述一、概述（一）水泥的水解和水化发应：（一）水泥的水解和水化发应： CaO、SiO2、Al2O3Ca(OH)2、CaSiO3nH2O等等（二）土颗粒与水泥水化物的作用（二）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，当水泥的各种水化物生成后，有的自身继续硬化，形成水泥石骨架形成水泥石骨架; 有的则与其周围具有一定活性的粘有的则与其周围具有一定活性的粘土颗粒土颗粒发生反应发生反应： (1)(1)离子交换和团粒化作用离子交换和团粒化作用：Na+、KCaCa2+2+，形成大颗粒，强度提高。形成大颗粒，强度提高。 (2)(2)硬凝反应硬凝反应：生成不溶于水的结晶化合物。：生成不溶于水的结晶化合物。（三）碳酸化作用（三）碳酸化作用 生成不溶于水的生成不溶于水的碳酸钙碳酸钙，使水泥土增加强度，使水泥土增加强度。二、加固机理（微观角度）二、加固机理（微观角度）（一）石灰吸水作用（一）石灰吸水作用 （二）石灰发热（二）石灰发热 （三）石灰吸水膨胀（三）石灰吸水膨胀 （四）离子交换作用与土粒的凝聚作用（四）离子交换作用与土粒的凝聚作用 （五）石灰的胶凝作用（五）石灰的胶凝作用二、加固机理（微观角度）二、加固机理（微观角度）（一）桩身材料：（一）桩身材料： 水泥、水泥系固化材料、石灰水泥、水泥系固化材料、石灰（二）水泥土的物理性质：（二）水泥土的物理性质： 含水量含水量(减少减少0.57%) 重度重度(增加增加0.53%) 相对密度（相对密度（应是比重，应是比重，增加增加0.72.5%） 渗透渗透(10-810-5cm/s，低渗透性，低渗透性)三、水泥加固土的工程特性三、水泥加固土的工程特性（三）力学性能（三）力学性能 1、无侧限抗压强度及其影响因素、无侧限抗压强度及其影响因素 水泥土的无侧限抗压强度：水泥土的无侧限抗压强度： 一般为一般为3004000kPa，即比天然软土大几十倍至数，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百倍。其变形特征随强度不同而介于脆性体与弹塑体介于脆性体与弹塑体之间之间。三、水泥加固土的工程特性三、水泥加固土的工程特性（三）力学性能（三）力学性能 1 1、无侧限抗压强度及其影响因素、无侧限抗压强度及其影响因素 影响水泥土的无侧限抗压强度的因素：影响水泥土的无侧限抗压强度的因素： 水泥掺入比、水泥标号、龄期、含水量、有机质含水泥掺入比、水泥标号、龄期、含水量、有机质含量、外掺剂、养护条件及土性等。量、外掺剂、养护条件及土性等。（1）水泥掺入比）水泥掺入比aw对强度的影响对强度的影响 掺入比掺入比aw概念概念 小于小于5%时反应微弱时反应微弱 要求必须大于要求必须大于10% awfcu经验公式经验公式(见书见书)三、水泥加固土的工程特性三、水泥加固土的工程特性（三）力学性能（三）力学性能 1 1、无侧限抗压强度及其影响因素、无侧限抗压强度及其影响因素 影响水泥土的无侧限抗压强度的因素：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）龄期对强度的影响 水泥土水泥土3个月作为强度标准值个月作为强度标准值（3）水泥强度等级对强度的影响）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土的强度随水泥标号的提高而增加 （4）土样含水量对强度的影响）土样含水量对强度的影响 无侧限抗压强度随着土样含水量的降低而增大，一无侧限抗压强度随着土样含水量的降低而增大，一般含水量般含水量w降低降低10%强度增加强度增加1050% 三、水泥加固土的工程特性三、水泥加固土的工程特性（三）力学性能（三）力学性能 1 1、无侧限抗压强度及其影响因素、无侧限抗压强度及其影响因素 影响水泥土的无侧限抗压强度的因素：影响水泥土的无侧限抗压强度的因素：（5）土样中有机质含量对强度影响）土样中有机质含量对强度影响 有机质含量少的水泥土强度比有机质含量少的水泥土强度比有机质含量高有机质含量高的水的水泥土强度大得多泥土强度大得多 。（6）外掺剂对强度的影响）外掺剂对强度的影响 掺加掺加粉煤灰粉煤灰的水泥土，其强度一般都比不掺粉煤的水泥土，其强度一般都比不掺粉煤灰的有所增长。灰的有所增长。 （7）养护方法）养护方法 温度湿度：对温度湿度：对短龄期水泥土强度短龄期水泥土强度的影响很大，对水的影响很大，对水泥土泥土后期强度后期强度的影响较小的影响较小 。三、水泥加固土的工程特性三、水泥加固土的工程特性（三）力学性能（三）力学性能 2 2、抗拉强度、抗拉强度 水泥土水泥土t t随随fcu的增长而提高，幂函数关系。的增长而提高，幂函数关系。3 3、抗剪强度、抗剪强度 水泥土水泥土抗剪强度抗剪强度随随fcu的增长而提高。当的增长而提高。当fcu=0.54MPa时，粘聚力时，粘聚力c在在1001000KPa， 在在20 30 。4 4、变形变形模量模量( (无侧限无侧限)-)-土力学土力学 当当v达达50fcu时，水泥土的应力与应变的比值，称时，水泥土的应力与应变的比值，称之为之为水泥土的变形模量水泥土的变形模量E50。 E50=126fcu 5、压缩压缩系数和系数和压缩压缩模量模量（有侧限）（有侧限）-土力学土力学 av约为约为(2.03.5)10-2(MPa)-1(低压缩性土低压缩性土)，压缩模，压缩模量量Es 60100MPa 三、水泥加固土的工程特性三、水泥加固土的工程特性（四）水泥土的抗冻性能（四）水泥土的抗冻性能 自然冰冻不会造成水泥土深部的结构破坏自然冰冻不会造成水泥土深部的结构破坏 在长期冰冻下强度几乎不增长，但恢复正常温度后在长期冰冻下强度几乎不增长，但恢复正常温度后正常增长正常增长不低于不低于-15时冰冻对水泥土结构损害甚微时冰冻对水泥土结构损害甚微只要地温不低于只要地温不低于-10就可进行水泥土搅拌法的冬季就可进行水泥土搅拌法的冬季施工施工三、水泥加固土的工程特性三、水泥加固土的工程特性（一）水泥土搅拌桩的设计（一）水泥土搅拌桩的设计 1、对地质勘察的要求、对地质勘察的要求 土质、水质分析土质、水质分析2、加固形式的选择、加固形式的选择 柱状、壁状（和格栅状）、块状。柱状、壁状（和格栅状）、块状。3、加固范围的确定、加固范围的确定 桩可只在基础平面范围内布置，独立基础下的桩数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不宜少于3根。柱状加固可采用正方形、等边三角形根。柱状加固可采用正方形、等边三角形等布桩型式。等布桩型式。 四、设计计算四、设计计算（二）水泥土搅拌桩的计算（二）水泥土搅拌桩的计算 1、柱状加固地基、柱状加固地基(1)(1)单桩竖向承载力的设计计算单桩竖向承载力的设计计算 公式：公式： 单桩竖向承载力特征值应通过单桩竖向承载力特征值应通过现场载荷试验现场载荷试验确定，确定，初步设计时可按式初步设计时可按式(517)估算，并应满足式估算，并应满足式(5-18)的的要求，应使由要求，应使由桩身材料强度桩身材料强度确定的确定的单桩承载力单桩承载力大于大于(或或等于等于)由由桩周土和桩端土的抗力桩周土和桩端土的抗力所提供的所提供的单桩承载力单桩承载力。)175(1ppinisipaAqlquR)185( pcuaAfR地基土抗力地基土抗力桩体本身桩体本身四、设计计算四、设计计算（二）水泥土搅拌桩的计算（二）水泥土搅拌桩的计算 1、柱状加固地基、柱状加固地基(1)单桩竖向承载力的设计计算单桩竖向承载力的设计计算 参数含义参数含义fcu标准养护下标准养护下90d龄期立方体抗压强度平均值龄期立方体抗压强度平均值/kPa桩身强度折减系数桩身强度折减系数,干法干法0.200.30,湿法湿法0.250.33up桩的周长桩的周长/mn 桩长范围内所划分的土层数桩长范围内所划分的土层数qsi桩周第桩周第i层土的侧阻力特征值。淤泥层土的侧阻力特征值。淤泥47kPa；淤泥；淤泥质土质土612kPa；对软塑状态的粘性土可取；对软塑状态的粘性土可取1015kPa；对可塑状态的粘性土可以取对可塑状态的粘性土可以取1218kPa)175(1ppinisipaAqlquR)185( pcuaAfR四、设计计算四、设计计算（二）水泥土搅拌桩的计算（二）水泥土搅拌桩的计算 1、柱状加固地基、柱状加固地基(1)单桩竖向承载力的设计计算单桩竖向承载力的设计计算 参数含义参数含义li 桩长范围内第桩长范围内第i层土的厚度层土的厚度/mqp桩端地基土未经修正的承载力特征值桩端地基土未经修正的承载力特征值(kPa)，可按，可按现行国家标准现行国家标准建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范GB 50007的的有关规定确定有关规定确定桩端桩端天然地基土的天然地基土的承载力折减系数承载力折减系数,可取可取0.40.6，承载力高时取承载力高时取 低值低值)175(1ppinisipaAqlquR)185( pcuaAfR四、设计计算四、设计计算（二）水泥土搅拌桩的计算（二）水泥土搅拌桩的计算 1、柱状加固地基、柱状加固地基(1)单桩竖向承载力的设计计算单桩竖向承载力的设计计算 公式公式理解理解 桩身桩身强度折减系数的取值：强度折减系数的取值：桩端桩端天然地基土的天然地基土的承载力折减系数承载力折减系数的取值的取值有效桩长的取值有效桩长的取值需设计确定的主要指标需设计确定的主要指标 桩长桩长l、水泥掺入比、水泥掺入比av)175(1ppinisipaAqlquR)185( pcuaAfR四、设计计算四、设计计算（二）水泥土搅拌桩的计算（二）水泥土搅拌桩的计算 1、柱状加固地基、柱状加固地基(2)复合地基的设计计算复合地基的设计计算公式：公式： 加固后搅拌桩加固后搅拌桩复合地基承载力特征值复合地基承载力特征值应通过现场应通过现场复合地基载荷试验确定，也可按下式计算：复合地基载荷试验确定，也可按下式计算：)195()1 (skpaspkfmARmf参数含义：参数含义： 见教材。见教材。四、设计计算四、设计计算（二）水泥土搅拌桩的计算（二）水泥土搅拌桩的计算 1、柱状加固地基、柱状加固地基(2)复合地基的设计计算复合地基的设计计算求置换率和总桩数：求置换率和总桩数：)205( skpaskspkfARffm)215( pAAmn四、设计计算四、设计计算（二）水泥土搅拌桩的计算（二）水泥土搅拌桩的计算 1、柱状加固地基、柱状加固地基(2)复合地基的设计计算复合地基的设计计算理解理解-的取值的取值： 反映桩土共同作用反映桩土共同作用四、设计计算四、设计计算（二）水泥土搅拌桩的计算（二）水泥土搅拌桩的计算 1、柱状加固地基、柱状加固地基(3)水泥土搅拌桩沉降验算水泥土搅拌桩沉降验算竖向承载搅拌桩复合地基变形竖向承载搅拌桩复合地基变形s s： 包括包括复合土层复合土层的平均压缩变形的平均压缩变形s1与桩端下与桩端下未加固土未加固土层层的压缩变形的压缩变形s2复合土层的平均压缩变形复合土层的平均压缩变形s s1 1的计算方法的计算方法: : 规范采用规范采用复合模量法复合模量法：spzlzElpps21pz搅拌桩复合土层搅拌桩复合土层顶面顶面的附加压力值（的附加压力值（kPa）pzl搅拌桩复合土层搅拌桩复合土层底面底面的附加压力值（的附加压力值（kPa） 四、设计计算四、设计计算（二）水泥土搅拌桩的计算（二）水泥土搅拌桩的计算 1、柱状加固地基、柱状加固地基(3)水泥土搅拌桩沉降验算水泥土搅拌桩沉降验算未加固土层的压缩变形未加固土层的压缩变形s s2 2的计算方法的计算方法: : 可按现行国家标准可按现行国家标准建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范GB 50007的有关规定进行计算。（应力扩散分层总和法）的有关规定进行计算。（应力扩散分层总和法）四、设计计算四、设计计算（二）水泥土搅拌桩的计算（二）水泥土搅拌桩的计算 1、柱状加固地基、柱状加固地基(4)复核地基设计复核地基设计-以沉降控制的设计思路以沉降控制的设计思路地层结构地层结构-沉降计算沉降计算-确定加固深度确定加固深度-试选试选施工桩长施工桩长试选试选桩身强度和水泥掺入量桩身强度和水泥掺入量计算计算单桩承载力单桩承载力计算计算有效桩长有效桩长计算计算面积置换率面积置换率进行进行布桩布桩，桩可只在基础平面范围内布置，桩可只在基础平面范围内布置 四、设计计算四、设计计算（二）技术要点和措施（二）技术要点和措施 1、用于加固地基、用于加固地基P83（1）（10）2、用于防渗和挡土、用于防渗和挡土P83（1）（10）四、设计计算四、设计计算（一）水泥搅拌法（一）水泥搅拌法 1、搅拌机械设备及性能、搅拌机械设备及性能 中心喷浆方式（混合浆）和叶片喷浆方式（纯水中心喷浆方式（混合浆）和叶片喷浆方式（纯水泥浆）泥浆）五、施工方法五、施工方法 双轴搅拌桩机直径700，搭接200桩长10m用于止水c)a)d)b)a)柱状布置；b) 壁状布置；c) 格栅状布置；d) 块状布置 （一）水泥搅拌法（一）水泥搅拌法 2、施工工艺、施工工艺一般的施工工艺流程：一次喷浆、二次搅拌一般的施工工艺流程：一次喷浆、二次搅拌就位就位预搅下沉预搅下沉制备水泥浆制备水泥浆提升喷浆搅拌提升喷浆搅拌重重复搅拌下沉复搅拌下沉重复提升搅拌重复提升搅拌 清洗清洗 移位移位五、施工方法五、施工方法 水泥掺量 水泥掺入比（单位体积搅拌桩中水泥与土的重量比）水泥掺入比（单位体积搅拌桩中水泥与土的重量比） 一般为一般为121216% 16% 水灰比水灰比1 1：0.50.5（重量之比）（重量之比） 外加剂外外 掺掺 剂剂作作 用用掺量（掺量（% %）碳碳 酸酸 钠钠早早 强强0.2 0.2 0.40.4氯氯 化化 钙钙早早 强强2 2 5 5三乙醇胺三乙醇胺早早 强强0.05 0.05 0.20.2木质素磺酸钙木质素磺酸钙减水、可泵减水、可泵0.2 0.2 0.50.5粉粉 煤煤 灰灰填充、早强填充、早强50 80 80. . （1）复搅工艺 确保搅拌均匀，必要时采用“二喷三搅”工艺 （干法工艺为一次搅拌，因而不均匀）。 （2）提升速度喷浆速度 提升搅拌速度不宜大于0.5m/min； 提升速度与喷浆速度应协调，以保证延桩身全长 喷浆均匀。 q1 设计中的若干问题q2 施工中应注意的有关问题q1.1 设计参数的取值q1.2 桩的长度-桩径-桩身强度关系q1.3 置换率与桩长的选取q1.4 暗浜及回填土的处理 q1.1 设计参数的取值q1.1.1 复合地基承载力q1.1.2 、 、 、 等参数的影响因素 siq1.1.1 复合地基承载力 加固后的地基强度一般可比原地基土的提高20%50%，故设计中不应将设计复合地基承载力取得过大，否则难以达到设计要求。q1.1.2 、 、 、 等参数的影响因素 桩身强度折减系数（0.30.4） 施工质量、土层情况、室内实验 桩周土的摩阻力 土层情况、工程经验 桩端土承载力折减系数（0.40.6） 土层情况、桩长、工程经验 桩间土承载力折减系数（0.51.0） 桩端土情况、工程经验siqsiqq1.2 桩的长度-桩径-桩身强度关系 桩的长度较长，相应的桩径应增加、桩身 强度也应相应提高。 1.3 置换率与桩长的选取q a、当地基处理是以提高地基强度为主时，宜用 短桩而提高桩的置换率;q b、当地基处理是以减小沉降为主时，可根据桩 端是否达到较硬土层而分别采用“变掺量、 变强度”方法或“变置换率”的方法。 q1.3 置换率与桩长的选取c、最优设计 1.4 暗浜及回填土的处理q a. 设计中不计桩间土的承载力，桩周摩阻力取 下限值；q b. 增加水泥掺量（3%5%），遇有泥炭土或 有机质含量较高的土，水泥掺量可增至20%；q c. 暗浜与回填土的边界应设过渡区。 暗浜是不良地质情况的一种。就是，原来这个地方是河道，有淤泥沉积，后来被土填没了，但是沉积的淤泥仍在，这种情况不利于施工，尤其对基础建设存在隐性危害。 处理方法有：水泥压密注浆加固、清淤换土和适当加长(或加粗)工程桩 q 桩顶与桩端的处理q a. 采用复搅工艺 采用“二次喷浆、三次搅拌”工艺；（一般 的“一次喷浆、二次搅拌”增加一次喷浆 与搅拌）；q b. 必要时可增加水泥掺量（2%4%）。六、工程实例六、工程实例 P89作业：作业： 某软土地基，天然地基承载力某软土地基，天然地基承载力70kPa，采用水泥，采用水泥搅拌法地基处理初拟设计桩长搅拌法地基处理初拟设计桩长10m，桩径，桩径0.6m，正方，正方形布桩，间距形布桩，间距1.3m，已知桩周土平均侧阻力特征值，已知桩周土平均侧阻力特征值10kPa，桩端阻力特征值，桩端阻力特征值50kPa，桩端地基土折减系数，桩端地基土折减系数0.5，桩间土承载力折减系数，桩间土承载力折减系数0.8，搅拌桩试块抗压强度，搅拌桩试块抗压强度标准值标准值1.5MPa，桩身强度折减系数，桩身强度折减系数0.3，求复合地基，求复合地基承载力特征值。承载力特征值。