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1、深层搅拌法加固地基处理0.前言第二次世界大战后，美国首先研制成功水泥深层搅拌法，所制成的水泥土桩称为就地搅拌桩。1953年，日本从美国引进水泥深层搅拌法。1967年日本和瑞典分别开始研制喷石灰粉的深层搅拌施工方法，并获得成功，并于20世纪70年代应用于实践。我国于1977年由原冶金部建筑研究总院和交通部水运规划设计院引进，开发水泥深层搅拌法，并很快在全国得到推广使用，成为软土地基处理的一种重要手段。深层搅拌加固法处理软土技术发展至今已成为软土地基处理中应用最为普遍的一种地基处理方法,并具有广阔的发展前景。深层搅拌技术的发展主要得益于如下特
2、点:施工工艺简单,机械化程度高,处理效果显著;与其他桩基相比,人员设备简单,耗用材料单一,施工速度快,且处理后很快投入使用,综合造价低;施工现场无噪音,无振动,对环境无污染,成为城市建筑地基处理的首选方案;施工质量易于保证,处理效果易于检测,如出现不合格桩,补救措施简单易行。1.应用特点和适用范围深层搅拌法加固软土技术是利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂,通过特制的深层搅拌机械,在地基深处直接将软土和固化剂强制拌和,使软土硬结而形成强度较高的补强桩体,使补强桩体和桩间天然地基共同组成承载力较高、压缩性较低的复合地基。目前常用的深层搅拌桩
3、桩径多数为500mm,加固深度从数米到数十米不等。可用于增加软土地基承载力,减少沉降量和提高边坡的稳定性。常用于建(构)筑物地基、大面积的码头、公路和坝基加固及地下防渗墙等工程,处理后的复合地基承载力可达200kPa,甚至更高。2.加固原理及影响因素2.1软土与水泥采用机械搅拌加固的基本原理是基于水泥加固土的物理化学反应。主要表现为:2.1.1水泥的水解水化反应,形成凝胶体和水泥杆菌结晶体。2.1.2粘土颗粒与水泥水化物的作用。当水泥的各种水化物生成后,有的自身硬化,形成水泥骨架,有的则与周围具一定活性的粘土颗粒发生离子交换、团粒化作用、
4、硬凝反应等,生成新的化合物,从而提高水泥土的强度。2.1.3水泥水化物中游离的氢氧化钙吸收水及空气中的二氧化碳,形成不溶于水的碳酸钙,也使土的强度增加。2.2从工程应用的观点,水泥土的强度主要受下面因素影响:2.2.1 水泥掺入比的影响当其他条件相同时,在同一土层中水泥土的强度随水泥掺入比的增加而增加。但因场地土质与施工条件的差异,水泥掺入比的提高与水泥土强度的增加并非成正比。实际工程中水泥掺入比一般使用7%~15%为宜。掺入比αw用下式表示:αw=(掺入的水泥量÷被加固的粘土重量)×100%2.2.2 水泥土龄期的影响水泥土的强度随龄期
5、增加而增大,一般情况下水泥土强度7d时可达标准强度的30%~50%,30d可达标准强度的60%~70%,龄期3个月后,水泥土的标准强度基本达到要求。因此,工程上取龄期3个月的强度作为水泥搅拌桩的标准强度。2.2.3 水泥标号的影响水泥土的强度随水泥标号增加而增加,一般当水泥标号每增加100#,水泥土的无侧限抗压强度可提高20%~30%。2.2.4 外掺剂的影响针对具体工程,选用合适的外掺剂(如粉煤灰等),即可以改善水泥土的性能,又可以提高其强度。2.2.5 含水率的影响当水泥土配方相同时,其强度随土样的天然含水率的降低而增大。2.2.6
6、有机质含量的影响水泥土的强度随土样中有机质含量的增高而降低。2.2.7 其他因素的影响此外,地基土及地下水的成分对水泥土的强度也有着不同程度的影响。因此,在深层搅拌复合地基设计和施工中,应充分考虑上述因素的影响。3.设计3.1深层搅拌法处理软土的固化剂可选用水泥，也可选用其它有效的固化材料。固化剂的掺入量宜为被加固土重的7%～15%。外掺剂可根据工程需要选用具有早强、缓凝、减水、节约水泥等性能的材料，但应避免污染环境。3.2搅拌桩复合地基承载力标准值应通过现场复合地基荷载试验确定，也可按下式计算：fsp,k=m·Rkd/Ap+β·(1-m
7、)fs,k(2.1-1)式中fsp,k——复合地基的承载力标准值；m——面积置换率；Ap——桩的截面积；fs,k——桩间天然地基土承载力标准值；β——桩间土承载力折减系数，当桩端土为软土时，可取0.5～1.0，当桩端土为硬土时，可取0.1～0.4，当不考虑桩间土的作用时，可取0；Rkd——单桩竖向承载力标准值，应通过现场单桩荷载试验确定。单桩竖向承载力标准值也可按下列二式计算，取其中较小值：Rkd=ηfcu,kAp(2.1-2)Rkd=qsUpl+αApqp(2.1-3)式中fcu,k——与搅拌桩身加固土配比相同的室内加固土试块（边长为7
8、0.7mm的立方体，也可采用边长为50mm的立方体）的无侧限抗压强度平均值；η——强度折减系数，可取0.35～0.50；qs——桩周土的平均摩擦力，对淤泥可取5～8KPa，对淤泥质土可取8～1
