水泥深层搅拌法在船闸软基加固中的应用

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1、水泥深层搅拌法在船闸软基加固中的应用一、工程概况杭甬运河杭州段新坝船闸工程位于杭州市萧山区义桥镇南K31+681～K33+546处，船闸主体工程由宁波交通工程建设集团承建，主要工程量包括500T级船闸、上下游翼墙和闸首公路桥一座。船闸包括上下闸首、闸室和上下翼墙三部分，其中闸首采用钢筋混凝土空箱式结构，平面尺寸16.0m×22.1m，闸室采用钢筋混凝土扶壁式结构，平面尺寸12.0m×200m，分14个结构段。根据地质钻探资料显示，船闸区域包括上、下游引航道的深度范围内的地层分为五大层24个工程地质层，上闸首基底层为Ⅲ2或Ⅲ3层可塑状态的粉质粘土（容许承载力为

2、130～180kPa）。下闸首、闸室基底土层为Ⅱ4或Ⅱ5层流塑淤质粉制质粘土（容许际载力50～75kPa）和Ⅲ1或Ⅲ2层可塑粉质粘土（容许承载力为100～180kPa）。按照设计要求，闸首、闸室和翼墙基础均采用8字形水泥搅拌桩，直径为φ70cm，中心距离51.4cm，桩身设计强度有800Kpa、900Kpa、1200Kpa三种。二、水泥搅拌桩加固机理1、水泥的水解和水化反应。普通硅酸盐水泥主要由氧化钙、二氧化钙、三氧化二铝、三氧化二铁及三氧化硫等组成，用水泥加固软土时，上述物质与软土中的水发生水解和水化反应，生成氢氧化钙、硅酸二钙、硅酸三钙、铝酸三钙、铁铝酸

3、四钙等化合物，生成的化合物能迅速溶于水中，使水泥颗粒表面重新暴露出来，再与水发生反应，这样周围的水溶液就逐渐达到饱和。当溶液达到饱和后，水分子虽然继续深入颗粒内部，但新生成物已不能再溶解，只能以细分散状态的胶体析出，悬浮于溶液中，形成胶体。其反应如下：2（3CaO.SiO2）+6H2O3CaO.2SiO2.3H2O+3Ca（OH）22（2CaO.SiO2）+4H2O3CaO.2SiO2.3H2O+Ca（OH）23CaO.Al2O3+6H203CaO.Al2O3.6H2O4CaO.Al2O3.Fe2O3+2Ca（OH）2+10H2O3CaO.Al2O3.6H2

4、O+3CaO.Fe2O3.6H2O1、粘土颗粒与水泥化合物的作用2.1、离子交换和团粒化作用。粘土和水结合时表现出一种胶体特征，如土中含量最多的二氧化硅遇水后，形成硅酸胶体颗粒，其表面带有钠离子Na+和钾K+离子，他们能和水泥水化生成的氢氧化钙中的钙离子Ca+进行当量吸附交换，使较小的土颗粒形成较大的土团粒，从而使土强度提高。另外，水泥水化生成的凝胶粒子的比表面积约比原来水泥颗粒大1000倍，因而产生很大的表面能，有强烈的吸附活性。能使较大的土团粒进一步结合起来，形成水泥土的团粒结构，并封闭各土团的空隙，形成坚固的联结，使水泥土的强度大大提高。2.2、硬凝反

5、应随着水泥水化反应的深入，溶液中析出大量的钙离子Ca+，当其数量超过离子交换的需要量时，在碱性环境中，能使组成粘土矿物的二氧化硅及三氧化二铝的一部分或大部分与钙离子进行化学反应，逐渐生成不溶于水的稳定结晶化合物，增大了水泥土的强度。其反应如下：SiO2+Ca（OH）2+nH2OCaO.SiO2.（n+1）H2OAl2O3+Ca（OH）2+nH2OCaO.Al2O3.（n+1）H2O2.3、碳酸化作用水泥水化物中游历的氢氧化钙能吸收水中的二氧化碳，发生碳酸化反应，生成不溶于水的碳酸钙，其反应如下：Ca（OH）2+CO2CaCO3+H2O这种反应也能使水泥土的强

6、度增加，但增长的速度较慢，幅度也较小。二、配比试验在施工场地现取土样，采取实地、相应原则，按地基加固区域和土层深度，用挖掘机挖取原状土，用厚聚乙烯塑料袋密封封袋。根据土质、水泥等级等条件，结合以往的施工经验，拟定3种水泥掺入比进行配合比试验，其中桩身强度800KP。本次试验委托宁波高等专科学校建工试验室实施，试验结果如下：选用“金首”牌32.5普通硅酸盐水泥水泥掺量9%时7天无侧限抗压强度：1.40Mpa；28天无侧限抗压强度：1.77Mpa；水泥掺量11%时7天无侧限抗压强度：1.50Mpa；28天无侧限抗压强度：2.13Mpa；水泥掺量13%时7天无侧限

7、抗压强度：1.67Mpa；28天无侧限抗压强度：2.43Mpa；从试验结果看，按照拟定的水泥掺量制成的水泥土强度符合设计要求。一般来说，水泥土以3个月龄期的强度作为标准强度，考虑到工程工期紧张，在28天强度符合设计要求后，就将配合比应用于实际施工中。为了进一步了解水泥掺入比、水泥标号、龄期等参数对水泥土强度的影响，项目部试验室进行了多组平行试验，试验方法如下：在施工场地现取土样，用厚聚乙烯塑料袋封袋，运到试验室后按拟定的配合比搅拌均匀，先在试模（边长为70.7mm的立方体）装入一半试料，击振50下，紧接填入其余试料再击50下，最后将试块表面刮平盖上塑料布，以

8、防止水分蒸发。试块成型1~2天拆模，拆模后用天平称重