《深层搅拌桩》PPT课件.ppt

6.3 深层搅拌法深层搅拌法第一节第一节 概述概述1.概念概念 深层搅拌法是利用水泥、石灰等材料作为固化剂深层搅拌法是利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械在地基深部就地将的主剂，通过特制的深层搅拌机械在地基深部就地将软土和固化剂强制拌和，使软土硬结形成加固体，从软土和固化剂强制拌和，使软土硬结形成加固体，从而提高地基的强度和增大变形模量。加固体和天然地而提高地基的强度和增大变形模量。加固体和天然地基形成复合地基，共同承担建筑物的荷载。基形成复合地基，共同承担建筑物的荷载。作为建筑物或构筑物的地基；作为建筑物或构筑物的地基；进行大面积地基加固，防止码头岸壁滑动，进行大面积地基加固，防止码头岸壁滑动，深基坑开挖支护；深基坑开挖支护；加固道路、桥涵；加固道路、桥涵；作为地下防渗墙，阻止地下水渗透。作为地下防渗墙，阻止地下水渗透。2.适宜建筑形式适宜建筑形式 基本不存在挤土效应，对周围地基扰动小；基本不存在挤土效应，对周围地基扰动小；可根据不同土质和工程设计要求，合理选择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；固化剂及配方，应用较为灵活；施工无振动，无噪音，污染小，可在市区和施工无振动，无噪音，污染小，可在市区和建筑物密集地带施工；建筑物密集地带施工；土体加固后，重度基本不变，软弱下卧层不土体加固后，重度基本不变，软弱下卧层不致产生较大附加沉降致产生较大附加沉降；结构型式灵活多样，可根据工程需要，选用结构型式灵活多样，可根据工程需要，选用块状，柱状、壁状、格栅状。块状，柱状、壁状、格栅状。3.主要特点主要特点第二节第二节 水泥土深层搅拌法水泥土深层搅拌法一、适用条件一、适用条件 目前国内水泥土深层搅拌法主要用于加固淤目前国内水泥土深层搅拌法主要用于加固淤泥、淤泥质土、地基承载力不大于泥、淤泥质土、地基承载力不大于120kPa的粘性的粘性土和粉土等地基。土和粉土等地基。用于处理泥炭土和地下水具有侵蚀性时，应用于处理泥炭土和地下水具有侵蚀性时，应通过试验确定。通过试验确定。加固深度一般在加固深度一般在18m以上。以上。二、加固机理二、加固机理 1.混凝土与水泥土的硬化。混凝土与水泥土的硬化。2.混凝土的硬化主要在粗填充料中进行水解和混凝土的硬化主要在粗填充料中进行水解和水化作用，凝结速度较快。水化作用，凝结速度较快。3.水泥土中，水泥掺量少，且水泥的水解和水水泥土中，水泥掺量少，且水泥的水解和水化反应是在土中进行的，所以硬化速度缓慢而且复化反应是在土中进行的，所以硬化速度缓慢而且复杂，加固土的强度增长也较缓慢。杂，加固土的强度增长也较缓慢。(一一)水泥的水解和水化反应水泥的水解和水化反应(二二)粘土颗粒与水泥水化物的作用粘土颗粒与水泥水化物的作用(三三)碳酸化作用碳酸化作用水泥土加固软土的物理化学反应水泥土加固软土的物理化学反应 硅酸三钙：在水泥中含量最高硅酸三钙：在水泥中含量最高(50)，是决定，是决定强度的主要因素。强度的主要因素。硅酸二钙：在水泥中含量较高硅酸二钙：在水泥中含量较高(25%)，它主要产，它主要产生后期强度。生后期强度。铝酸三钙：占水泥总量的铝酸三钙：占水泥总量的10左右，水化速度左右，水化速度最快，促进早凝。最快，促进早凝。铁铝酸四钙：占水泥总量的铁铝酸四钙：占水泥总量的10作用，能促进作用，能促进早期强度。早期强度。硫酸钙：含量硫酸钙：含量3左右，生成左右，生成“水泥杆菌水泥杆菌”状的状的化合物，能将大量自由水一结晶水形式固定下来，使化合物，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。土中自由水减少。(一一)水泥的水解和水化反应水泥的水解和水化反应 1.离子交换和团粒化作用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，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。提高土体强度。2.硬凝反应硬凝反应 在碱性环境下，溶液中析出大量的钙离子，与二在碱性环境下，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。水泥强度，使水泥具有足够的水稳定性。(二二)粘土颗粒与水泥水化物的作用粘土颗粒与水泥水化物的作用 水泥水化物中游离的氢氧化钙吸收水中和空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，生成不溶于气中的二氧化钙，发生碳酸化作用，生成不溶于水的碳酸钙。水的碳酸钙。(三三)碳酸化作用碳酸化作用 (1)含水量含水量 水泥土的含水量低于原状土样含水量，并且随水泥水泥土的含水量低于原状土样含水量，并且随水泥掺入比的增加而减小。掺入比的增加而减小。(2)重度重度 水泥土的重度与天然软土的重度相差不大，不会对水泥土的重度与天然软土的重度相差不大，不会对下卧层产生过大附加荷载，不会产生较大附加沉降。下卧层产生过大附加荷载，不会产生较大附加沉降。(3)相对密度相对密度 水泥土的相对密度较软土稍大。水泥土的相对密度较软土稍大。(4)渗透系数渗透系数 水泥掺入比越大，龄期越长，渗透系数越小。水泥掺入比越大，龄期越长，渗透系数越小。三、水泥土的物理、力学性质三、水泥土的物理、力学性质 1.水泥土的物理性质水泥土的物理性质2.水泥土的力学性质水泥土的力学性质(1)水泥土的破坏特性水泥土的破坏特性(2)无侧限抗压强度的影响因素无侧限抗压强度的影响因素(3)抗拉强度抗拉强度(4)抗剪强度抗剪强度(5)变形模量、压缩系数和压缩模量变形模量、压缩系数和压缩模量2.水泥土的力学性质水泥土的力学性质(1)水泥土的破坏特性水泥土的破坏特性 水泥掺入比水泥掺入比 水泥掺入比是指掺入土中水泥质量与被加固软土水泥掺入比是指掺入土中水泥质量与被加固软土的湿质量的比值的百分数。的湿质量的比值的百分数。水泥的强度随掺入比的增加呈增大的趋势。水泥的强度随掺入比的增加呈增大的趋势。龄期龄期 水泥土强度随龄期的增长呈增大趋势，龄期超过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，后仍有明显增长，90d后，强度增长才减慢。后，强度增长才减慢。水泥标号水泥标号 水泥土强度随水泥标号的提高而增加。水泥标号水泥土强度随水泥标号的提高而增加。水泥标号提高提高100号，水泥强度约增大号，水泥强度约增大5090。(2)无侧限抗压强度的影响因素无侧限抗压强度的影响因素 水泥掺入比小于水泥掺入比小于20时，水泥土无侧线抗压强度随时，水泥土无侧线抗压强度随土中含水量降低而增加；大于土中含水量降低而增加；大于20时，存在一个峰值。时，存在一个峰值。含水量含水量 天然地基土中的有机质含量天然地基土中的有机质含量 有机质对水泥的水化反应起阻碍作用，影响水泥有机质对水泥的水化反应起阻碍作用，影响水泥土的固化，降低水泥土的强度。含量越多，阻碍作用土的固化，降低水泥土的强度。含量越多，阻碍作用越大，水泥土强度降低越多。越大，水泥土强度降低越多。外加剂外加剂 外掺剂对水泥土强度有不同的影响。外掺剂对水泥土强度有不同的影响。搅拌的均匀程度搅拌的均匀程度 施工时搅拌的均匀程度对水泥土强度的影响很施工时搅拌的均匀程度对水泥土强度的影响很大。大。在搅拌时间相同的情况下，塑性指数越大，土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，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。易产生抱土现象，影响搅拌效果。(3)抗拉强度抗拉强度 水泥土抗拉强度随无侧限抗压强度增加而提高。水泥土抗拉强度随无侧限抗压强度增加而提高。(4)抗剪强度抗剪强度 水泥土的无侧限抗压强度越高，其抗剪强度也相水泥土的无侧限抗压强度越高，其抗剪强度也相应提高。应提高。(5)变形模量、压缩系数和压缩模量变形模量、压缩系数和压缩模量 在负温条件下，水泥与粘土间的反应减弱，水在负温条件下，水泥与粘土间的反应减弱，水泥土强度增长缓慢，但正温后强度可继续增长且接泥土强度增长缓慢，但正温后强度可继续增长且接近标准值。地温不低于近标准值。地温不低于-10度，可进行深层搅拌法度，可进行深层搅拌法施工。施工。3.水泥土抗冻性能水泥土抗冻性能 (一一)设计前应取得的资料；设计前应取得的资料；工程地质资料；工程地质资料；土质资料；土质资料；水质资料。水质资料。(二二)水泥土的室内配比试验；水泥土的室内配比试验；1.试验目的试验目的 了解水泥掺入量、水灰比、水泥的品种及外掺剂掺了解水泥掺入量、水灰比、水泥的品种及外掺剂掺量对水泥土强度的影响，为设计计算及施工工艺控制提量对水泥土强度的影响，为设计计算及施工工艺控制提供可靠的参数。供可靠的参数。四、水泥土搅拌法地基加固设计四、水泥土搅拌法地基加固设计2.土样制备土样制备 拟加固现场取：原状土样与风干土样。拟加固现场取：原状土样与风干土样。3.固化剂的选择固化剂的选择 确定水泥品种和水泥掺入比。确定水泥品种和水泥掺入比。4.外掺剂选择外掺剂选择5.试验设备与规程试验设备与规程6.试件的制作和养护试件的制作和养护1.试验目的试验目的 根据室内配比结果求得的最佳配比进行现场试验；根据室内配比结果求得的最佳配比进行现场试验；由现场试验结果，推出室内石块与现场桩身强度之由现场试验结果，推出室内石块与现场桩身强度之间的关系；间的关系；确定施工工艺参数，确定水泥浆的水灰比；确定施工工艺参数，确定水泥浆的水灰比；比较不同桩长与不同桩身强度时的单桩承载力；比较不同桩长与不同桩身强度时的单桩承载力；确定水泥土搅拌桩复合地基承载力。确定水泥土搅拌桩复合地基承载力。(三三)水泥土搅拌桩的野外试水泥土搅拌桩的野外试验验 在桩身上现场取样，在龄期相同时，比较试样在桩身上现场取样，在龄期相同时，比较试样之间强度关系；之间强度关系；进行单桩和复合地基承载力试验；进行单桩和复合地基承载力试验；埋设土压力盒，了解复合地基反力分布及桩土埋设土压力盒，了解复合地基反力分布及桩土应力比分配情况。应力比分配情况。2.试验方法试验方法 正常情况下，现场与室内水泥土试块强度关系：正常情况下，现场与室内水泥土试块强度关系：单桩和复合地基承载力设计值可根据载荷试验单桩和复合地基承载力设计值可根据载荷试验取取PS曲线确定；曲线确定；初步确定合理的施工工艺参数。初步确定合理的施工工艺参数。3.试验结果试验结果1.布桩形式布桩形式2.单桩竖向承载力标准值确定单桩竖向承载力标准值确定 根据两种情况取较小值：根据两种情况取较小值：1.桩身材料强度；桩身材料强度；2.桩周桩周摩阻力与桩端阻力。摩阻力与桩端阻力。按桩身材料：按桩身材料：其中其中:按土的支持力：按土的支持力：3.复合地基承载力标准值确定复合地基承载力标准值确定4.下卧层验算以及沉降变形验算下卧层验算以及沉降变形验算(四四)水泥土搅拌桩的地基加固设计计算水泥土搅拌桩的地基加固设计计算 包括浆液喷射深层搅拌法和粉体喷射深层搅拌法包括浆液喷射深层搅拌法和粉体喷射深层搅拌法(一一)、浆液喷数深层搅拌法、浆液喷数深层搅拌法1.施工设备施工设备 包括：深层搅拌机和配套设备。包括：深层搅拌机和配套设备。深层搅拌机深层搅拌机 根据搅拌轴的数量分为：单轴和多轴深层搅拌机。根据搅拌轴的数量分为：单轴和多轴深层搅拌机。深层搅拌机的喷浆方式有叶片喷浆和中心管喷浆。深层搅拌机的喷浆方式有叶片喷浆和中心管喷浆。五、水泥土深层搅拌法的施工五、水泥土深层搅拌法的施工 包括起吊设包括起吊设备、固化剂制备备、固化剂制备系统和电气控制系统和电气控制装置。装置。配套设备配套设备施工工艺流程施工工艺流程3.施工要点施工要点4.施工中常见的问题及处理方法施工中常见的问题及处理方法概念：概念：粉体喷射深层搅拌法是利用喷粉机，使压缩空气粉体喷射深层搅拌法是利用喷粉机，使压缩空气携带粉体固化材料，经过高压软管和搅拌轴送到搅拌携带粉体固化材料，经过高压软管和搅拌轴送到搅拌叶片背面的喷嘴喷出，喷入旋转叶片背后产生的孔隙叶片背面的喷嘴喷出，喷入旋转叶片背后产生的孔隙中，并与土粘附在一起，再不断的搅拌作用下，固化中，并与土粘附在一起，再不断的搅拌作用下，固化材料与地基土均匀混合，而将固化材料分离后的气体材料与地基土均匀混合，而将固化材料分离后的气体传递到搅拌轴的周围，上升到底面释放掉。传递到搅拌轴的周围，上升到底面释放掉。(二二)粉体喷射深层搅拌法粉体喷射深层搅拌法 粉体固化材料可吸收软土地基中更多水分，对加粉体固化材料可吸收软土地基中更多水分，对加固含水量高的软土、极软土及泥炭土地基效果显著。固含水量高的软土、极软土及泥炭土地基效果显著。粉体比浆液更易于与原土充分搅拌混合，有利于粉体比浆液更易于与原土充分搅拌混合，有利于提高加固土体的强度。提高加固土体的强度。粉体喷射搅拌钻头在提升搅拌时能对加固体产生粉体喷射搅拌钻头在提升搅拌时能对加固体产生挤压作用，也有利于提高加固土体的强度。挤压作用，也有利于提高加固土体的强度。与喷浆搅拌相比，消耗的固化材料少，且无底面与喷浆搅拌相比，消耗的固化材料少，且无底面拱起现象。拱起现象。与浆液喷射深层搅拌法的比较与浆液喷射深层搅拌法的比较 由喷粉桩机、粉体发送由喷粉桩机、粉体发送器、空气压缩机、搅拌钻头器、空气压缩机、搅拌钻头等组成。等组成。1.施工设备施工设备 工艺参数确定工艺参数确定 包括：提升速度、单位时间喷粉量和喷粉压力。包括：提升速度、单位时间喷粉量和喷粉压力。提升速度提升速度喷粉量喷粉量 喷粉压力：一般控制在喷粉压力：一般控制在0.250.4Mpa之间，灰罐之间，灰罐内气压比管道内的气压高内气压比管道内的气压高0.020.05MPa。2.施工工艺施工工艺施工工艺流程施工工艺流程