地基处理深层搅拌法.ppt

地基处理深层搅拌法地基处理深层搅拌法1 1、概念：、概念：利利它它是是利利用用水水泥泥(或或石石灰灰）等等材材料料作作为为固固化化剂剂，通通过过特特制制的的搅搅拌拌机机械械，在在地地基基深深处处就就地地将将软软土土和和固固化化剂剂(浆浆液液或或粉粉体体）强强制制搅搅拌拌，由由固固化化剂剂和和软软土土间间所所产产生生的的一一系系列列物物理理-化化学学反反应应，使使软软土土硬硬结结成成具具有有整整体体性性、水水稳稳定定性性和和一一定定强强度度的的水水泥泥加加固固土土，从从而而提提高高地地基基强强度度和增大变形模量。和增大变形模量。根根据据施施工工方方法法的的不不同同，水水泥泥土土搅搅拌拌法法分分为为水水泥泥浆浆搅搅拌拌和和粉粉体体喷喷射射搅搅拌拌两两种种。前前者者是是用用水水泥泥浆浆和和地地基基土土搅拌，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 二二战战后后，就就地地搅搅拌拌桩桩（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时不宜采用干法。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。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 当当水水泥泥的的各各种种水水化化物物生生成成后后，有有的的自自身身继继续续硬硬化化，形形成成水水泥泥石石骨骨架架;有有的的则则与与其其周周围围具具有有一一定定活活性性的的粘粘土土颗粒颗粒发生反应发生反应：(1)(1)离离子子交交换换和和团团粒粒化化作作用用：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：水水泥泥掺掺入入比比、水水泥泥标标号号、龄龄期期、含含水水量量、有有机机质质含含量、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无侧侧限限抗抗压压强强度度随随着着土土样样含含水水量量的的降降低低而而增增大大，一一般含水量般含水量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有机机质质含含量量少少的的水水泥泥土土强强度度比比有有机机质质含含量量高高的的水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 水水泥泥土土抗抗剪剪强强度度随随fcu的的增增长长而而提提高高。当当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时时，水水泥泥土土的的应应力力与与应应变变的的比比值值，称称之为之为水泥土的变形模量水泥土的变形模量E50。E50=126fcu5、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约约为为(2.03.5)10-2(MPa)-1(低低压压缩缩性性土土)，压压缩缩模模量量Es60100MPa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、等边三角形等根。柱状加固可采用正方形、等边三角形等布桩型式。布桩型式。四、设计计算四、设计计算地基处理深层搅拌法地基处理深层搅拌法（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：单单桩桩竖竖向向承承载载力力特特征征值值应应通通过过现现场场载载荷荷试试验验确确定定，初初步步设设计计时时可可按按式式(517)估估算算，并并应应满满足足式式(5-18)的的要要求求，应应使使由由桩桩身身材材料料强强度度确确定定的的单单桩桩承承载载力力大大于于(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。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桩桩周周第第i层层土土的的侧侧阻阻力力特特征征值值。淤淤泥泥47kPa；淤淤泥泥质质土土612kPa；对对软软塑塑状状态态的的粘粘性性土土可可取取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桩桩端端地地基基土土未未经经修修正正的的承承载载力力特特征征值值(kPa)，可可按按现现行行国国家家标标准准建建筑筑地地基基基基础础设设计计规规范范GB50007的的有关规定确定有关规定确定桩桩端端天天然然地地基基土土的的承承载载力力折折减减系系数数,可可取取0.40.6，承载力高时取承载力高时取低值低值四、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：加加固固后后搅搅拌拌桩桩复复合合地地基基承承载载力力特特征征值值应应通通过过现现场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：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：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-的取的取值值：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：pz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:可可按按现现行行国国家家标标准准建建筑筑地地基基基基础础设设计计规规范范GB50007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、施工方法地基处理地基处理深层搅拌深层搅拌法法地基处理深层搅拌法地基处理深层搅拌法地基处理深层搅拌法地基处理深层搅拌法地基处理深层搅拌法地基处理深层搅拌法 地基处理深层搅拌法地基处理深层搅拌法 地基处理深层搅拌法地基处理深层搅拌法 地基处理深层搅拌法地基处理深层搅拌法 地基处理深层搅拌法地基处理深层搅拌法 地基处理深层搅拌法地基处理深层搅拌法 地基处理深层搅拌法地基处理深层搅拌法 地基处理深层搅拌法地基处理深层搅拌法 地基处理深层搅拌法地基处理深层搅拌法双轴搅拌桩机直径700，搭接200桩长10m用于止水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、二次搅拌就就位位预预搅搅下下沉沉制制备备水水泥泥浆浆提提升升喷喷浆浆搅搅拌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、施工方法地基处理深层搅拌法地基处理深层搅拌法 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地基处理深层搅拌法地基处理深层搅拌法.（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。地基处理深层搅拌法地基处理深层搅拌法q1 设计中的若干问题q2 施工中应注意的有关问题地基处理深层搅拌法地基处理深层搅拌法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 地基处理深层搅拌法地基处理深层搅拌法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 地基处理深层搅拌法地基处理深层搅拌法1.1.1 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。地基处理深层搅拌法地基处理深层搅拌法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、工程经验地基处理深层搅拌法地基处理深层搅拌法q1.2 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。地基处理深层搅拌法地基处理深层搅拌法1.3 置换率与桩长的选取qa、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;qb、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。地基处理深层搅拌法地基处理深层搅拌法q1.3 置换率与桩长的选取c、最优设计 地基处理深层搅拌法地基处理深层搅拌法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)工程桩地基处理深层搅拌法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：某某软软土土地地基基，天天然然地地基基承承载载力力70kPa，采采用用水水泥泥搅搅拌拌法法地地基基处处理理初初拟拟设设计计桩桩长长10m，桩桩径径0.6m，正正方方形形布布桩桩，间间距距1.3m，已已知知桩桩周周土土平平均均侧侧阻阻力力特特征征值值10kPa，桩桩端端阻阻力力特特征征值值50kPa，桩桩端端地地基基土土折折减减系系数数0.5，桩桩间间土土承承载载力力折折减减系系数数0.8，搅搅拌拌桩桩试试块块抗抗压压强强度度标标准准值值1.5MPa，桩桩身身强强度度折折减减系系数数0.3，求求复复合合地地基基承承载力特征值。载力特征值。