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1、深基坑工程深基坑工程王志斌王志斌湖南科技大学城市地下工程系湖南科技大学城市地下工程系深深 基基 坑坑 工工 程程20112011年年8 8月月深基坑工程深基坑工程第三章第三章 水泥土搅拌桩围护水泥土搅拌桩围护3.1 3.1 概述概述1.概念：水泥土深层搅拌桩又称概念：水泥土深层搅拌桩又称搅拌桩搅拌桩挡墙，挡墙，是加固软土地基的一种新方法，是加固软土地基的一种新方法，它是利用水泥、石灰等材料作为固化它是利用水泥、石灰等材料作为固化剂，通过深层搅拌机械，将软土和固剂，通过深层搅拌机械，将软土和固化剂（浆液或粉体）强制搅拌，利用化剂（浆液或粉体）强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物固化剂和
2、软土之间所产生的一系列物理理-化学反应，使软土硬结成具有整体化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体。性、水稳定性和一定强度的桩体。深基坑工程深基坑工程2.发展发展Mixed-In-Place Method MIP(Mixed-In-Place Method MIP(美国美国)Deep Mixing Method(Deep Mixing Method(日本日本)固化剂固化剂采用水泥或石灰；采用水泥或石灰；支挡高度，国内最深支挡高度，国内最深9m9m。深基坑工程深基坑工程l3.3.适应条件及范围适应条件及范围特点：施工无震动、噪音、无废水泥浆；坑内无需支撑拉锚，优良的抗渗特点：
3、施工无震动、噪音、无废水泥浆；坑内无需支撑拉锚，优良的抗渗特性。特性。适应条件：深层搅拌桩最适宜于各种成因的饱和软粘土，包括淤泥、淤泥适应条件：深层搅拌桩最适宜于各种成因的饱和软粘土，包括淤泥、淤泥质土、粘土和粉质粘土等。一般认为含有高岭石、多水高岭石与蒙脱石等质土、粘土和粉质粘土等。一般认为含有高岭石、多水高岭石与蒙脱石等粘土矿物的软土加固效果较好；含有伊利石、氯化物等粘性土以及有机质粘土矿物的软土加固效果较好；含有伊利石、氯化物等粘性土以及有机质含量高、酸碱度（含量高、酸碱度（PHPH值）较低的粘性土的加固效果较差。值）较低的粘性土的加固效果较差。加固和支护深度：国外最大深度加固和支护深度
4、：国外最大深度60m 60m，国内一般最大加固深度，国内一般最大加固深度151518m18m。直。直径径500500600mm600mm。近年来广泛应用于近年来广泛应用于5 57m7m深基坑围护结构。深基坑围护结构。用于桩间止水。用于桩间止水。一般采用一般采用425425普通硅酸盐水泥或矿渣水泥作为固化剂普通硅酸盐水泥或矿渣水泥作为固化剂深基坑工程深基坑工程3.2 3.2 水泥土的加固机理与特性水泥土的加固机理与特性3.2.1 3.2.1 水泥土的加固机理水泥土的加固机理水泥土主要反应有：水泥土主要反应有：（1 1）水泥的水解和水化反应）水泥的水解和水化反应（2 2）粘土颗粒与水泥水化物的作用
5、）粘土颗粒与水泥水化物的作用（3 3）碳酸化作用）碳酸化作用深基坑工程深基坑工程3.2.2 3.2.2 水泥土的特性水泥土的特性1.物理力学特性物理力学特性p重度重度：比软土大：比软土大0.7%2.3%p无侧限抗压强度无侧限抗压强度qu=0.54.0MPap内聚力内聚力c=0.20.3qup内摩擦角内摩擦角=20302.水泥水泥搅搅拌拌桩桩的施工参数的施工参数p掺掺入比：水泥重量与被加固土体的重量之比，一般入比：水泥重量与被加固土体的重量之比，一般为为7%15%p搅搅拌次数：拌次数：搅搅拌拌头头从上到下或从下到上运从上到下或从下到上运动动的次数，三的次数，三搅搅三三喷喷、三、三搅搅一一喷喷等等
6、p水灰比：水灰比：规规范范为为0.40.6，实际实际0.60.7深基坑工程深基坑工程3.3.影响水泥搅拌质量的主要因素影响水泥搅拌质量的主要因素（1 1）固化剂和外加剂）固化剂和外加剂 （2 2）水泥的掺合量）水泥的掺合量 （3 3）龄期）龄期 （4 4）土的含水量）土的含水量 （5 5）土质的影响）土质的影响 （6 6）有机质含量和砂粒的含量）有机质含量和砂粒的含量 （7 7）搅拌的方法与时间）搅拌的方法与时间 深基坑工程深基坑工程3.3 3.3 水泥土搅拌桩围护的设计与计算水泥土搅拌桩围护的设计与计算1.1.设计原则设计原则（1 1）技术先进；（）技术先进；（2 2）施工可行；（）施工可行
7、；（3 3）安全可靠；（）安全可靠；（4 4）经济合理。）经济合理。2.2.进行设计时应综合考虑下列因素：进行设计时应综合考虑下列因素：（1 1）基坑的几何尺寸、形状、开挖深度；）基坑的几何尺寸、形状、开挖深度；（2 2）工程地质、水文地质条件：土层分布及其物理力学性质，地下水情况；）工程地质、水文地质条件：土层分布及其物理力学性质，地下水情况；（3 3）支护结构所受的荷载及大小；）支护结构所受的荷载及大小；（4 4）基坑周围的环境、建筑、道路及地下管线情况。）基坑周围的环境、建筑、道路及地下管线情况。深基坑工程深基坑工程3.水泥土搅拌桩的布置形式水泥土搅拌桩的布置形式 水泥土搅拌桩是一种具有
8、一定刚性的脆性材料所构成，抗压强度远水泥土搅拌桩是一种具有一定刚性的脆性材料所构成，抗压强度远大于抗拉强度。一般采用水泥土搅拌桩作围护结构以大于抗拉强度。一般采用水泥土搅拌桩作围护结构以“重力式重力式”挡墙挡墙为宜。为宜。深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程4.4.构造要求构造要求格栅布置格栅布置时，水泥土的时，水泥土的置换率置换率对于淤泥不宜小于对于淤泥不宜小于0.8，淤泥质土不宜小，淤泥质土不宜小于于0.7，一般粘性土及砂土不宜小于，一般粘性土及砂土不宜小于0.6；格栅长宽比不宜大于；格栅长宽比不宜大于2；桩与桩之间的桩与桩之间的搭接宽度搭接宽度
9、：考虑截水作用时，桩的有效搭接宽度不宜小：考虑截水作用时，桩的有效搭接宽度不宜小于于150mm；当不考虑截水作用时，搭接宽度不宜小于；当不考虑截水作用时，搭接宽度不宜小于100mm。不能满足要求不能满足要求时，宜采用基坑内侧土体时，宜采用基坑内侧土体加固加固或水泥土墙或水泥土墙插筋插筋、加混凝土、加混凝土面板及面板及加大嵌固深度加大嵌固深度等措施。等措施。深基坑工程深基坑工程5.5.水泥土挡墙的破坏模式水泥土挡墙的破坏模式（1 1）倾覆破坏；）倾覆破坏；（2 2）地基整体破坏；）地基整体破坏；（3 3）墙趾外移破坏；）墙趾外移破坏；（4 4）因墙体强度不足引起的破坏。因墙体强度不足引起的破坏。
10、深基坑工程深基坑工程6.6.水泥土挡墙的计算水泥土挡墙的计算墙体尺寸的确定墙体尺寸的确定抗倾覆稳定计算抗倾覆稳定计算抗滑移稳定计算抗滑移稳定计算整体稳定验算整体稳定验算抗渗验算抗渗验算墙体应力验算墙体应力验算基底地基承载力验算基底地基承载力验算格仓压力验算格仓压力验算水泥土挡墙水平位移的计算水泥土挡墙水平位移的计算 一般情况下，墙体强度不成为设计的控制条件，而以结构和边坡一般情况下，墙体强度不成为设计的控制条件，而以结构和边坡的整体稳定控制设计。的整体稳定控制设计。深基坑工程深基坑工程（1 1）墙体尺寸确定）墙体尺寸确定先按经验确定挡墙宽度和插入深度：先按经验确定挡墙宽度和插入深度：B=B=（
11、0.60.60.80.8）h h D=D=（0.80.81.21.2）h h（2 2）土压力计算）土压力计算深基坑工程深基坑工程墙后主动土压力 深基坑工程深基坑工程墙前被动土压力墙前被动土压力 深基坑工程深基坑工程(3)(3)抗倾覆计算抗倾覆计算按重力式挡墙计算墙体绕前趾按重力式挡墙计算墙体绕前趾A A的抗倾覆安全系数的抗倾覆安全系数 ，不小于，不小于(1.0(1.01.1).1.1).深基坑工程深基坑工程(4)(4)抗滑移计算抗滑移计算按重力式挡墙计算墙体沿底面滑动的安全系数：按重力式挡墙计算墙体沿底面滑动的安全系数：(5)(5)墙身应力验算墙身应力验算 墙体所验算截面处的法向应力、剪应力按
12、下式进行墙体所验算截面处的法向应力、剪应力按下式进行 ：深基坑工程深基坑工程（6 6）整体稳定验算）整体稳定验算深基坑工程深基坑工程7.7.减小水泥土挡墙位移的措施减小水泥土挡墙位移的措施墙体加墩或墙体起拱墙体加墩或墙体起拱墙顶插筋墙顶插筋坑底加固坑底加固深基坑工程深基坑工程3.4 3.4 水泥土搅拌桩围护的施工要点水泥土搅拌桩围护的施工要点水泥土的配方设计水泥土的配方设计 1 1）根据设计工程荷载大小的要求，确定需用的水泥土标准强度）根据设计工程荷载大小的要求，确定需用的水泥土标准强度 2 2）根据地基土的性质，选用水泥土的配方。）根据地基土的性质，选用水泥土的配方。对于一般粘性土地基，可按
13、含水量的大小，初步选择水泥系固化剂和对于一般粘性土地基，可按含水量的大小，初步选择水泥系固化剂和外加剂的品种及掺合量外加剂的品种及掺合量 。对于含水量大于对于含水量大于70%70%或有机质含量较高的地基土，则应根据地基土对或有机质含量较高的地基土，则应根据地基土对Ca(OH)Ca(OH)2 2吸收量的不同，选择合适的水泥系固化剂。吸收量的不同，选择合适的水泥系固化剂。深基坑工程深基坑工程1.施工机械施工机械深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程2.2.搅
14、拌工艺搅拌工艺合适的配方还需采用合适的机具和工艺流程才能保证水泥土达到设计合适的配方还需采用合适的机具和工艺流程才能保证水泥土达到设计强度。如果机具和工艺不适用，或重心不稳，或搅拌的功率和喷浆力强度。如果机具和工艺不适用，或重心不稳，或搅拌的功率和喷浆力不足，常常造成只搅拌不喷浆，只转动不搅拌，土体呈同心圆转动或不足，常常造成只搅拌不喷浆，只转动不搅拌，土体呈同心圆转动或摆动，其后果是泥浆、泥块、水泥浆分离，拌和不匀，上下不均一，摆动，其后果是泥浆、泥块、水泥浆分离，拌和不匀，上下不均一，强度差异悬殊，总强度很低。因此，对不同土类、不同深度的加固体强度差异悬殊，总强度很低。因此，对不同土类、不
15、同深度的加固体应分别采用不同的机具和工艺流程，包括：搅拌机的功率，搅拌头的应分别采用不同的机具和工艺流程，包括：搅拌机的功率，搅拌头的类型，喷浆的压力和搅拌的流程等。类型，喷浆的压力和搅拌的流程等。深基坑工程深基坑工程对于打入深度在对于打入深度在812m812m的搅拌桩，搅拌机的功率可用的搅拌桩，搅拌机的功率可用3545kW3545kW和轴杆直和轴杆直径径mmmm的单轴和双轴搅拌头。对于深度超过的单轴和双轴搅拌头。对于深度超过20m20m的搅拌桩，搅拌机的功的搅拌桩，搅拌机的功率应增大至率应增大至5560kW5560kW，搅拌头的直径，喷射压力也相应增大。一般采，搅拌头的直径，喷射压力也相应增大。一般采用的工艺流程如图所示。用的工艺流程如图所示。如打入深度较大的搅拌体，应采取自上而下，或自下而上分段搅拌，如打入深度较大的搅拌体，应采取自上而下，或自下而上分段搅拌，先贯入下沉喷浆搅拌第一段，再下沉提升搅拌第二段，这样有利于搅先贯入下沉喷浆搅拌第一段，再下沉提升搅拌第二段，这样有利于搅拌均匀。其中要注意控制提升的速度和转速，一般每分钟提升拌均匀。其中要注意控制提升的速度和转速，一般每分钟提升0.61.0m0.61.0m，每分钟转速为，每分钟转速为20402040转。转。深基坑工程深基坑工程深基坑工程深基坑工程