《水泥土搅拌法》PPT课件.ppt
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1、第第1111章章 水泥土搅拌法水泥土搅拌法(Cement Deep MixingCement Deep Mixing)水泥土搅拌法是利用水泥等材料作为固化水泥土搅拌法是利用水泥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)强制搅拌,使软土硬结成具有(浆液或粉体)强制搅拌,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,从整体性、水稳性和一定强度的水泥加固土,从而提高地基土强度和增大变形模量。而提高地基土强度和增大变形模量。11.1 11.1 概概 述述深层单轴搅拌机深层单轴搅拌机三轴水泥搅拌机三轴水泥搅拌机水泥粉喷机水泥粉喷机
2、水泥粉喷机水泥粉喷机水泥粉喷机底盘水泥粉喷机底盘水泥粉喷机底盘水泥粉喷机底盘贮灰罐贮灰罐贮灰罐贮灰罐水水水水泥泥泥泥粉粉粉粉喷喷喷喷机机机机的的的的搅搅搅搅拌拌拌拌叶叶叶叶片片片片 水泥土搅拌法分为深层搅拌法(水泥土搅拌法分为深层搅拌法(湿法湿法)和粉体(水泥或石灰)喷搅法(和粉体(水泥或石灰)喷搅法(干法干法)。)。适用范围:适用范围:水泥土搅拌法适用于处理正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、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散砂土等地基。当地
3、基土的天然含水量小于3030、大于、大于7070或地下水的或地下水的pHpH值小于值小于4 4时不时不宜采用干法。宜采用干法。发展概况:发展概况:(1 1 1 1)水泥浆液搅拌法:)水泥浆液搅拌法:)水泥浆液搅拌法:)水泥浆液搅拌法:由美国在第二次世界大战由美国在第二次世界大战由美国在第二次世界大战由美国在第二次世界大战后研制成功的,称为就地搅拌桩(后研制成功的,称为就地搅拌桩(后研制成功的,称为就地搅拌桩(后研制成功的,称为就地搅拌桩(MIPMIPMIPMIP)。国内)。国内)。国内)。国内1978197819781978年年年年研制出第一台搅拌机械。研制出第一台搅拌机械。研制出第一台搅拌机
4、械。研制出第一台搅拌机械。(2 2 2 2)粉体喷射搅拌法)粉体喷射搅拌法)粉体喷射搅拌法)粉体喷射搅拌法(Dry Jet Mixing MethodDry Jet Mixing MethodDry Jet Mixing MethodDry Jet Mixing Method,简称简称简称简称DJMDJMDJMDJM法):由瑞典人法):由瑞典人法):由瑞典人法):由瑞典人Kjeld PausKjeld PausKjeld PausKjeld Paus于于于于1967196719671967年提出设想,年提出设想,年提出设想,年提出设想,1971197119711971年制成第一根桩,年制成第一
5、根桩,年制成第一根桩,年制成第一根桩,1974197419741974年获得专利。铁四院年获得专利。铁四院年获得专利。铁四院年获得专利。铁四院1983198319831983年开始试验研究,并应用于实际工程中。年开始试验研究,并应用于实际工程中。年开始试验研究,并应用于实际工程中。年开始试验研究,并应用于实际工程中。特点:特点: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;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,合理选择固化剂及配方,可根据不同土质和工程设计要求,合理选择固化剂及配方,可根据不同土质
6、和工程设计要求,合理选择固化剂及配方,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;应用较为灵活;应用较为灵活;应用较为灵活;施工无振动,无噪音,污染小,可在市区和建筑物密集地施工无振动,无噪音,污染小,可在市区和建筑物密集地施工无振动,无噪音,污染小,可在市区和建筑物密集地施工无振动,无噪音,污染小,可在市区和建筑物密集地带施工;带施工;带施工;带施工;土体加固后,重度基本不变,软弱下卧层不致产生较大附土体加固后,重度基本不变,软弱下卧层不致产生较大附土体加固后,重度基本不变,软弱下卧层不致产生较大附土体加固后,重度基本不变,软弱下卧层不致产生较大附加沉降加沉降加沉降加沉
7、降 ;结构型式灵活多样,可根据工程需要,选用柱状、壁状、结构型式灵活多样,可根据工程需要,选用柱状、壁状、结构型式灵活多样,可根据工程需要,选用柱状、壁状、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。格栅状或块状。格栅状或块状。格栅状或块状。(6 6 6 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)在负温下制作的水泥土正温后强度可继续增长且接近标)在负温下制作的水泥土正温后强度可继续增长且接近标)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准值,因此只要地温不低于准值,因此只要地温不低于准值,因此只要地温不低于-10-10-10-10度
8、,就可进行深层搅拌法冬季施工。度,就可进行深层搅拌法冬季施工。度,就可进行深层搅拌法冬季施工。度,就可进行深层搅拌法冬季施工。地基加固地基加固支护结构支护结构水泥土墙水泥土墙11.2 11.2 加固机理加固机理一、加固机理一、加固机理 1.1.水泥的水解水化反应水泥的水解水化反应 2.2.土颗粒与水泥水化物的作用土颗粒与水泥水化物的作用 (1 1)离子交换和团粒化作用)离子交换和团粒化作用 (2 2)硬凝反应)硬凝反应 3.3.碳酸化作用碳酸化作用 硅酸三钙:硅酸三钙:硅酸三钙:硅酸三钙:在水泥中含量最高在水泥中含量最高在水泥中含量最高在水泥中含量最高(50(50(50(50),是决定,是决定
9、,是决定,是决定强度的主要因素。强度的主要因素。强度的主要因素。强度的主要因素。硅酸二钙:硅酸二钙:硅酸二钙:硅酸二钙:在水泥中含量较高在水泥中含量较高在水泥中含量较高在水泥中含量较高(25%)(25%)(25%)(25%),它主要,它主要,它主要,它主要产生后期强度。产生后期强度。产生后期强度。产生后期强度。铝酸三钙:铝酸三钙:铝酸三钙:铝酸三钙:占水泥总量的占水泥总量的占水泥总量的占水泥总量的10101010左右,水化速度左右,水化速度左右,水化速度左右,水化速度最快,促进早凝。最快,促进早凝。最快,促进早凝。最快,促进早凝。铁铝酸四钙:铁铝酸四钙:铁铝酸四钙:铁铝酸四钙:占水泥总量的占水
10、泥总量的占水泥总量的占水泥总量的10101010作用,能促进作用,能促进作用,能促进作用,能促进早期强度。早期强度。早期强度。早期强度。硫酸钙:硫酸钙:硫酸钙:硫酸钙:含量含量含量含量3 3 3 3左右,生成左右,生成左右,生成左右,生成“水泥杆菌水泥杆菌水泥杆菌水泥杆菌”状状状状的化合物,能将大量自由水一结晶水形式固定下来,的化合物,能将大量自由水一结晶水形式固定下来,的化合物,能将大量自由水一结晶水形式固定下来,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。使土中自由水减少。使土中自由水减少。使土中自由水减少。1.1.水泥的水解和水化反应水泥的水解和水化反应 (1 1)离
11、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,形成胶体分散体系。表面带粘土颗粒带负电,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,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。产生凝聚,形成较大的团粒,提高土体强度。(2 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,与二氧化硅或三在碱性环境下,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
12、硬化,提高水泥强度,使水泥具有足够的水稳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。定性。2.2.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3.3.碳酸化作用碳酸化作用 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。钙,发生碳酸化作用,生成不溶于水的碳酸钙。水水 泥泥 土土 1.1.水泥土的物理性质水泥土的物理性质 (1 1)重度重度 当水泥掺入比在当水泥掺入比在8%8%20%20%之间,水泥土重度比之间,水泥土重度比原状土增加约原状土增加约3%3%6%6%。(2 2)含
13、水量)含水量 随水泥掺合量的增大而降低,一般比原状土降随水泥掺合量的增大而降低,一般比原状土降低低151518%18%。(3 3)抗渗性抗渗性 渗透系数渗透系数k k一般在一般在1010-8-81010-9-9cm/scm/s。二、水泥土的工程特性二、水泥土的工程特性 2.2.水泥土的力学性质水泥土的力学性质 (1 1)无侧限抗压强度)无侧限抗压强度 水泥土的无侧限抗压强度水泥土的无侧限抗压强度q qu u在在0.30.34.0MPa4.0MPa之间,比原状土之间,比原状土提高几十倍乃至几百倍。提高几十倍乃至几百倍。(2 2)抗拉强度)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,
14、抗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(拉强度在(0.150.150.250.25)q qu u之间。之间。(3 3)抗剪强度)抗剪强度 当水泥土当水泥土q qu u=0.5=0.54MPa4MPa时,其粘聚力时,其粘聚力C C在在1001001000KPa1000KPa之间,之间,其摩擦角其摩擦角 在在2020 3030 之间。之间。(4 4)变形特性)变形特性 当当q qu u=0.5=0.54.0MPa4.0MPa时,其时,其50d50d后的变形模量相当于(后的变形模量相当于(120120150150)q qu u。1.1.1.1.水泥掺入比水泥掺入比水泥掺入比水泥
15、掺入比w w w w 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。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。水泥土的强度随掺入比的增加呈增大的趋势。2.2.龄期龄期龄期龄期 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28d28d后仍有后仍有明显增长,明显增长,90d90d后,强度增长才减慢。后,强度增长才减慢。3.3.3.3.水泥标号水泥标号水泥标号水泥标号 水泥土强度随水泥标号的提高而增加。水泥标号提高水泥土强度随水泥标号的提高而增加。水泥标号提高100100号,号,水
16、泥强度约增大水泥强度约增大50509090。三、影响水泥土力学性质的主要因素三、影响水泥土力学性质的主要因素 水泥土的强度随地基含水量增大而降低。如图水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泥掺入比小于2020时,水泥土无侧限抗压强度随土中时,水泥土无侧限抗压强度随土中含水量降低而增加;大于含水量降低而增加;大于2020时,存在一个峰值。时,存在一个峰值。4.4.4.4.含水量含水量含水量含水量 5.5.天然地基土中的有机质含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、膨胀性及低渗透有机质可使土具有较大的水容量
17、和塑性、膨胀性及低渗透有机质可使土具有较大的水容量和塑性、膨胀性及低渗透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。有机质性,并使土的酸性增加,使水泥的水化反应受到抑制。有机质性,并使土的酸性增加,使水泥的水化反应受到抑制。有机质性,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。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。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。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。6.6.6.6.外加剂外加剂外加剂外加剂 外掺剂对水泥
18、土强度有不同的影响。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。外掺剂对水泥土强度有不同的影响。7.7.7.7.搅拌的均匀程度搅拌的均匀程度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大。施工时搅拌的均匀程度对水泥土强度的影响很大。施工时搅拌的均匀程度对水泥土强度的影响很大。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,在搅拌时间相同的情况下,塑性指数越大,土的粘性越大,在搅拌时间相同的情况下,塑性指数越大,土的粘性越大,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
19、数过低,易产生抱土现象,影响越难搅均匀;含水量和液性指数过低,易产生抱土现象,影响越难搅均匀;含水量和液性指数过低,易产生抱土现象,影响越难搅均匀;含水量和液性指数过低,易产生抱土现象,影响搅拌效果。搅拌效果。搅拌效果。搅拌效果。(1 1)固化剂)固化剂 宜选用强度等级为宜选用强度等级为32.532.5级以上的普通硅酸盐级以上的普通硅酸盐水泥,水泥掺量宜为水泥,水泥掺量宜为12122020。(2 2)桩长)桩长 宜穿透软弱土层到达承载力相对较高的土层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。湿法加固深度不宜大于20m20m,干法加固深度不,干法加固深度不宜大于宜大于15m1
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