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1、 水泥土搅拌法主要内容主要内容1.1.概述概述 2.2.加固机理加固机理 3.3.水泥土的物理力学性水泥土的物理力学性质质 4.4.水泥土的应用水泥土的应用 5.5.水泥土搅拌桩地基的水泥土搅拌桩地基的设计设计 6.6.水泥土搅拌桩的施工水泥土搅拌桩的施工概述概述定义、分类定义、分类水泥土搅拌法的概念水泥土搅拌法的概念 o水泥上搅拌法是适用于水泥上搅拌法是适用于加固饱和粘性土和粉土加固饱和粘性土和粉土等地基的一等地基的一种方法，它是利用种方法，它是利用水泥（或石灰）水泥（或石灰）等材料作为等材料作为固化剂固化剂通过通过特制的搅拌机械，就地将软土和固化剂（浆液或粉体）特制的搅拌机械，就地将软土和
2、固化剂（浆液或粉体）强强制搅拌制搅拌，使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的，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水泥加固土水泥土水泥土，从而提高地基土强度和增大变模。从而提高地基土强度和增大变模。o根据固化剂掺入状态的不同，它可分为根据固化剂掺入状态的不同，它可分为浆液搅拌浆液搅拌和和粉体喷粉体喷射搅拌射搅拌两种。前者是用浆液和地基土搅拌，后者是用粉体两种。前者是用浆液和地基土搅拌，后者是用粉体或石灰和地基土搅拌。或石灰和地基土搅拌。水泥土搅拌法分为水泥土搅拌法分为深层搅拌法深层搅拌法(简称湿法简称湿法)和和粉体喷搅粉体喷搅法法(简称干法简称干法)。概述概述定义、分类定义
3、、分类深层搅拌法深层搅拌法：一般加固深度可大于：一般加固深度可大于5m5m，国外最大加固深，国外最大加固深度可达度可达60m60m早期的早期的“浅层搅拌法浅层搅拌法”：2020世纪世纪2020年代，美国及西欧年代，美国及西欧国家在软土地区修建公路和堤坝时，按照地基加固范国家在软土地区修建公路和堤坝时，按照地基加固范围从地表围从地表挖取挖取0.6-1.0m0.6-1.0m深的软土深的软土，在附近用，在附近用机械拌入机械拌入水泥或石灰，然后放回原处压实的方法。水泥或石灰，然后放回原处压实的方法。这种加固软土的方法这种加固软土的方法加固深度一般为加固深度一般为1-3m1-3m。概述概述技术发展技术发
4、展二战后，美国研制成功二战后，美国研制成功水泥浆搅拌法水泥浆搅拌法。简称。简称MIPMIP法。法。d=0.3-0.4md=0.3-0.4m，L=10-12mL=10-12m。19531953年，日本引入水泥浆搅拌法，并在年，日本引入水泥浆搅拌法，并在1973-19741973-1974年进行年进行该工法的研究和开发，简称该工法的研究和开发，简称CMCCMC工法。工法。目前，日本的施工机械：目前，日本的施工机械：陆上：陆上：双轴双轴成孔，成孔直径成孔，成孔直径d=1000mmd=1000mm，最大钻深，最大钻深L=40mL=40m海上：海上：多种成孔数量类型多种成孔数量类型，成孔最大直径，成孔最
5、大直径d=2000mmd=2000mm，最，最多一次成孔多一次成孔8 8个，最大钻孔深度为个，最大钻孔深度为70m70m（自水面向下算）（自水面向下算）概述概述技术发展技术发展概述概述技术发展技术发展国内：国内：19771977年由冶金部建筑研究总院和交通部水运规划设计院进年由冶金部建筑研究总院和交通部水运规划设计院进行室内试验和机械研制。行室内试验和机械研制。19781978年底制造出国内第一台年底制造出国内第一台SJB-1SJB-1型双搅拌轴中心管输浆的型双搅拌轴中心管输浆的搅拌机械。目前搅拌机械。目前SJB-2SJB-2型的加固深度可达型的加固深度可达18m18m。19941994年，上
6、海探矿机械厂生产的年，上海探矿机械厂生产的GDP-72GDP-72型双轴深层搅拌机。型双轴深层搅拌机。加固深度可达加固深度可达18m18m成孔直径成孔直径d=700mmd=700mm。20022002年，为配合土壤水泥土墙工法（简称年，为配合土壤水泥土墙工法（简称SMWSMW工法），又研工法），又研制生产出三轴钻孔搅拌机制生产出三轴钻孔搅拌机ZKD65-3ZKD65-3和和ZKD85-3.ZKD85-3.其钻孔深度达其钻孔深度达27-30m27-30m，钻孔直径，钻孔直径650-850mm650-850mm。概述概述技术发展技术发展19671967年，瑞典提出年，瑞典提出石灰浆搅拌桩法石灰浆搅
7、拌桩法设想。设想。19711971年，现场制成一根年，现场制成一根石灰土搅拌桩。石灰土搅拌桩。19721972年，用年，用石灰粉喷桩石灰粉喷桩做路堤和基坑支护。做路堤和基坑支护。同一时期，日本在同一时期，日本在1973-19741973-1974年进行该工法的研究和开发。年进行该工法的研究和开发。DLMDLM法：颗粒状生石灰深层搅拌法法：颗粒状生石灰深层搅拌法DJMDJM法：使用生石灰粉末的粉体喷射法。法：使用生石灰粉末的粉体喷射法。目前，日本粉喷施工机械：目前，日本粉喷施工机械：单轴、双轴，成孔直径单轴、双轴，成孔直径d=800-1000mmd=800-1000mm，钻孔深度，钻孔深度L=1
8、5-33mL=15-33m。国内的粉喷机械：成孔直径国内的粉喷机械：成孔直径d=500-700mmd=500-700mm，钻孔深度，钻孔深度L=18mL=18m。概述概述适用范围适用范围适用范围适用范围 水泥土搅拌法适用于处理正常固结的水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥淤泥与与淤泥质土淤泥质土、粉土粉土、饱和黄土饱和黄土、素填土素填土、粘性土粘性土以及无流动地下水的以及无流动地下水的饱和松散砂饱和松散砂土土等地基。等地基。当地基土的当地基土的天然含水量小于天然含水量小于3030（黄土含水量小于（黄土含水量小于25%25%）、）、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
9、时不宜采用干法。不宜采用干法。冬期施工时，应注意冬期施工时，应注意负温负温对处理效果的影响。对处理效果的影响。湿法湿法的加固深度不宜大于的加固深度不宜大于20m20m；干法干法不宜大于不宜大于15m15m。水泥土搅拌桩的水泥土搅拌桩的桩径桩径不应小于不应小于500mm500mm。1.1.石灰石灰固化剂一般适用于固化剂一般适用于粘土颗粒含量粘土颗粒含量大于大于20%20%，粉粒及粉粒及粘粒含量之和粘粒含量之和大于大于35%35%，2.2.粘土的粘土的塑性指数塑性指数大于大于1010，液性指数液性指数大于大于0.70.7，3.3.土的土的pHpH值值为为4-84-8，4.4.有机质含量有机质含量小
10、于小于11%,11%,5.5.土的天然土的天然含水量含水量大于大于30%30%的偏酸性的土质加固。的偏酸性的土质加固。1.1.一般认为用一般认为用水泥水泥作固化剂，对含有作固化剂，对含有高岭石、多水高岭石、高岭石、多水高岭石、蒙脱石等粘土矿物的软土蒙脱石等粘土矿物的软土加固效果较好；加固效果较好；2.2.而对含有而对含有伊利石、氯化物和水铝石英等矿物的粘性伊利石、氯化物和水铝石英等矿物的粘性土以及有机质含量高，土以及有机质含量高，pHpH值较低的粘性土值较低的粘性土加固效果较差。加固效果较差。概述概述适用范围适用范围水泥土搅拌法加固软土其独特优点水泥土搅拌法加固软土其独特优点最大限度地利用了最
11、大限度地利用了原土原土；搅拌时施工，对搅拌时施工，对原有建筑物影响很小原有建筑物影响很小；根据地基土的不同性质和工程要求，可以合理选择根据地基土的不同性质和工程要求，可以合理选择固化固化剂的类型及其配方，设计灵活；剂的类型及其配方，设计灵活；搅拌时搅拌时无振动、无污染、无噪音，无振动、无污染、无噪音，可在市区内和密集建可在市区内和密集建筑群中施工；筑群中施工；加固后土体的重度基本不变，加固后土体的重度基本不变，不会产生附加沉降不会产生附加沉降；与与钢筋混凝土桩基钢筋混凝土桩基相比，相比，降低成本的幅度较大降低成本的幅度较大；可根据上部结构的需要，可根据上部结构的需要，灵活灵活地采用柱状、壁状、
12、格栅地采用柱状、壁状、格栅状和块状等状和块状等加固型式。加固型式。概述概述优点优点加固机理加固机理（一）水泥的水解和水化反应（一）水泥的水解和水化反应 普通硅酸盐水泥中的水泥矿物：普通硅酸盐水泥中的水泥矿物：硅酸三钙硅酸三钙（3CaOSiO3CaOSiO2 2）硅酸二钙硅酸二钙（2CaOSiO2CaOSiO2 2）铝酸三钙铝酸三钙（3CaOAl3CaOAl2 2OO3 3）铁铝酸四钙铁铝酸四钙（4CaOAl4CaOAl2 2OO3 3FeFe2 2OO3 3）硫酸钙硫酸钙（CaSOCaSO4 4）（石膏）（石膏）（石膏）（石膏）(1)(1)硅酸三钙（硅酸三钙（3CaOSiO3CaOSiO2 2
13、）：在水泥中）：在水泥中含量最高含量最高（约占全重（约占全重的的5050左右），是左右），是决定强度决定强度的主要因素。的主要因素。2(3CaOSiO2(3CaOSiO2 2)+6H)+6H2 2OO3CaO2SiO3CaO2SiO2 23H3H2 2O+3Ca(OH)O+3Ca(OH)2 2含水硅酸钙含水硅酸钙加固机理加固机理(2)(2)硅酸二钙（硅酸二钙（2CaOSiO2CaOSiO2 2）：在水泥中）：在水泥中含量较高含量较高（约占（约占全重的全重的2525左右），它主要产生左右），它主要产生后期强度后期强度。2(2CaOSiO2(2CaOSiO2 2)+4H)+4H2 2OO3CaO2
14、SiO3CaO2SiO2 23H3H2 2O+Ca(OH)O+Ca(OH)2 2(3)(3)铝酸三钙（铝酸三钙（3CaOAl3CaOAl2 2O O3 3）：占水泥重量的）：占水泥重量的1010，水化速度水化速度最快，促进早凝。最快，促进早凝。3CaOAl3CaOAl2 2O O3 3+12H+12H2 2O+Ca(OH)O+Ca(OH)2 23CaOAl3CaOAl2 2O O3 3Ca(OH)Ca(OH)2 2 12H 12H2 2O O(4)(4)铁铝酸四钙（铁铝酸四钙（4CaOAl4CaOAl2 2O O3 3FeFe2 2O O3 3）：占水泥重量的）：占水泥重量的1010，能能促进
15、早期强度促进早期强度。4CaOAl4CaOAl2 2O O3 3FeFe2 2O O3 3+2Ca(OH)+2Ca(OH)2 2+10H+10H2 2OO3CaOAl3CaOAl2 2O O3 36H6H2 2O+O+3CaOFe3CaOFe2 2O O3 36H6H2 2O O（5 5）硫酸钙（）硫酸钙（CaSOCaSO4 4）占水泥重量的）占水泥重量的3 33CaSO3CaSO4 4+3CaOA1+3CaOA12 2O O3 3+32H+32H2 2OO3CaOAl3CaOAl2 2O O3 33CaSO3CaSO4 432H32H2 2O O 加固机理加固机理水泥杆菌（钙矾石）水泥杆菌（
16、钙矾石）这种这种反应很迅速反应很迅速，可把大量的，可把大量的自由水自由水以以结晶水结晶水形式固定下来，形式固定下来，这种这种结晶结晶会会产生膨胀产生膨胀，掺量过多掺量过多会使会使水泥发生膨胀破坏。水泥发生膨胀破坏。某种特定条件下可利用这种某种特定条件下可利用这种膨胀作用增强地基加固效果。膨胀作用增强地基加固效果。水化速度水化速度水泥矿物的水化强度水泥矿物的水化强度加固机理加固机理（二）粘土颗粒与水泥水化物的作用（二）粘土颗粒与水泥水化物的作用加固机理加固机理1、离子交换和团粒化作用、离子交换和团粒化作用粘土粘土与与水水结合即表现结合即表现胶体特征胶体特征，如土中含量最多的二氧，如土中含量最多的
17、二氧化硅与水形成硅酸胶体，其表面带有化硅与水形成硅酸胶体，其表面带有NaNa+或或K K+，和水泥水，和水泥水化生成的化生成的氢氧化钙氢氧化钙中的中的CaCa2+2+进行进行当量吸附交换当量吸附交换。使较小的土颗粒形成较大的土团粒使较小的土颗粒形成较大的土团粒；由于其产生了很大的比表面能，可使由于其产生了很大的比表面能，可使较大的土粒进一步较大的土粒进一步联合，形成水泥土团粒结构联合，形成水泥土团粒结构，并，并封闭各土团的空隙封闭各土团的空隙，形，形成坚固的联结，从而使土体强度提高。成坚固的联结，从而使土体强度提高。2、硬凝反应、硬凝反应加固机理加固机理随着水泥水化反应的深入，溶液中析出大量的
18、随着水泥水化反应的深入，溶液中析出大量的CaCa2+2+，当其，当其数量超过离子交换需要量后数量超过离子交换需要量后，则在，则在碱性环境碱性环境中，与组成粘中，与组成粘土矿物的土矿物的二氧化硅和三氧化二铝二氧化硅和三氧化二铝的一部分或大部分进行化的一部分或大部分进行化学反应：学反应：逐渐生成了逐渐生成了不溶于水的稳定结晶化合物不溶于水的稳定结晶化合物，其在水中和空气中逐渐硬化，增大了其在水中和空气中逐渐硬化，增大了水泥土的强度水泥土的强度。其结构致密，水分不易侵入，从而使水泥土具有足够的其结构致密，水分不易侵入，从而使水泥土具有足够的水稳定性水稳定性。（三）碳酸化作用（三）碳酸化作用加固机理加
19、固机理水泥水化物中水泥水化物中游离的氢氧化钙游离的氢氧化钙能吸收水中和空气中的能吸收水中和空气中的二氧化碳二氧化碳，发生碳酸化反应：，发生碳酸化反应：生成生成不溶于水的碳酸钙不溶于水的碳酸钙，能使，能使水泥土的强度增长水泥土的强度增长，但但速度较慢，幅度较小速度较慢，幅度较小。水泥和软土水泥和软土搅拌越充分，混合越均匀搅拌越充分，混合越均匀，则水泥土强，则水泥土强度的离散性越小，宏观的度的离散性越小，宏观的总体强度也越高总体强度也越高。水泥水泥水泥系材料水泥系材料（一）、水泥土的物理性质（一）、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%-20%8%-20%之间，水泥土
20、重度比原状土之间，水泥土重度比原状土增加约增加约3%-6%3%-6%，不会产生较大的附加沉降。，不会产生较大的附加沉降。2.2.相对密度相对密度 l由由于于水水泥泥的的相相对对密密度度为为3.13.1，比比一一般般软软土土的的相相对对密密度度2.65-2.65-2.752.75为为大大，故故水水泥泥土土的的相相对对密密度度比比天天然然软软土土的的相相对对密密度度稍稍大。水泥土大。水泥土相对密度比天然软土的相对密度增加相对密度比天然软土的相对密度增加0.7%-2.5%0.7%-2.5%。3.3.含水量含水量 l水水泥泥土土的的含含水水量量一一般般比比原原状状土土降降低低0.5-7%0.5-7%，
21、且且随随着着水水泥泥掺掺入比的增加而减小。入比的增加而减小。4.4.抗渗性抗渗性 l渗透系数渗透系数K K一般在一般在1010-7-7-10-10-8-8cm/scm/s水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质（二）水泥土的力学性质（二）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0.3-4.0MPa0.3-4.0MPa之间，比原之间，比原状土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，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
22、（抗拉强度在（0.15-0.250.15-0.25）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=0.5-4MPa=0.5-4MPa时，其粘聚力时，其粘聚力C C在在100-1000kPa100-1000kPa之间，其摩擦角之间，其摩擦角 在在2020-30-30 之间。之间。4 4、变形特性变形特性 当当q qu u=0.5-4.0MPa=0.5-4.0MPa时，其时，其50d50d后后的的变形模量变形模量相当于相当于（120-150120-150）q qu u。水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质（三）影响水泥
23、土的无侧限抗压强度的因素（三）影响水泥土的无侧限抗压强度的因素 影响因素主要有：影响因素主要有：1.1.水泥掺入比水泥掺入比 2.2.水泥标号水泥标号 3.3.龄期龄期 4.4.含水量含水量 5.5.有机质含量有机质含量 6.6.外掺剂外掺剂 7.7.养护条件等养护条件等 1.1.水泥掺入比水泥掺入比水泥土的强度随着水泥水泥土的强度随着水泥掺入比的增加而增大掺入比的增加而增大，当，当 5%5%时，时，由于水泥与土的反应过弱，水泥土固化程度低，强度离散由于水泥与土的反应过弱，水泥土固化程度低，强度离散性也较大，故在水泥土搅拌法的性也较大，故在水泥土搅拌法的实际施工中实际施工中，选用的水泥选用的水
24、泥掺入比必须大于掺入比必须大于7%7%。水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质2 2、水泥标号、水泥标号水泥土的水泥土的强度强度随随水泥标号的提高而增加水泥标号的提高而增加。一般说来，。一般说来，水泥水泥标号提高标号提高100100号，水泥土的强度号，水泥土的强度f fcucu约增大约增大50%50%-90%90%。如要求达到如要求达到相同强度相同强度，水泥标号提高水泥标号提高100100号号，可，可降低水泥掺降低水泥掺入比入比2%2%-3%3%。表。表2-62-6为水泥标号对水泥土的影响试验结果。为水泥标号对水泥土的影响试验结果。水泥标号对水泥土强度的影响（引自刘建军，水泥标号对水泥土强度
25、的影响（引自刘建军，19921992）水泥掺入比水泥掺入比a aww(%)(%)7 710101515水泥标号水泥标号425425#525525#425425#525525#425425#525525#无侧限抗压强度无侧限抗压强度(90d)(90d)f fcucu(MPa)(MPa)0.560.560 01.0961.096 1.1241.124 1.7901.7902.272.270 03.483.485 5f fcu,525cu,525/f fcu,425cu,4251.951.951.591.591.531.53水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质水泥种类水泥种类核工业部第四勘察院与
26、同济大学在核工业部第四勘察院与同济大学在同一种同一种淤泥质粉质粘淤泥质粉质粘土土(w w36.436.4，e e1.03)1.03)中选用中选用同一水泥掺入比同一水泥掺入比(21(21)，对，对32.532.5级矿渣级矿渣水泥、水泥、32.532.5级钢渣水泥、级钢渣水泥、42.542.5级普通硅酸盐水泥、级普通硅酸盐水泥、52.552.5级波特兰级波特兰水泥作为对比试验。从图中可以看出水泥作为对比试验。从图中可以看出32.532.5级矿渣水泥和钢渣水泥级矿渣水泥和钢渣水泥的水泥土无侧限抗压强度的水泥土无侧限抗压强度f fcucu要大于后两者，要大于后两者，其原因可能是其原因可能是水泥中水泥中
27、的矿渣、钢渣和粘粒水化反应的缘故。的矿渣、钢渣和粘粒水化反应的缘故。水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质3 3、龄期、龄期水泥土的水泥土的强度随着龄期的增长而提高强度随着龄期的增长而提高，一般在龄期超过，一般在龄期超过28d28d后后仍有明显增长仍有明显增长见图见图根据试验及上海地区水泥加固饱和软粘土的无侧限抗压强度根据试验及上海地区水泥加固饱和软粘土的无侧限抗压强度试验结果的回归分析，得到在试验结果的回归分析，得到在其它条件相同时，不同龄期的其它条件相同时，不同龄期的水泥土无侧限抗压强度间关系大致呈线性关系水
28、泥土无侧限抗压强度间关系大致呈线性关系见图；这些关见图；这些关系如下：系如下：当龄期超过当龄期超过3 3个月后，水泥土的强度增长才减缓个月后，水泥土的强度增长才减缓。同样，据电子显微镜观察，同样，据电子显微镜观察，水泥和土的硬凝反应约需水泥和土的硬凝反应约需3 3个月个月才才能充分完成。能充分完成。因此水泥土选用因此水泥土选用3 3个月龄期强度作为水泥土的标准强度个月龄期强度作为水泥土的标准强度较为适较为适宜。一般情况下，龄期少于宜。一般情况下，龄期少于3d3d的水泥土强度与标准强度间关系的水泥土强度与标准强度间关系其线性较差，离散性较大。其线性较差，离散性较大。水泥土的物理力学性质水泥土的物
29、理力学性质4.4.含水量含水量o水泥土的无侧限抗压强度随着土样水泥土的无侧限抗压强度随着土样含水量的降低而增含水量的降低而增大，大，当土的含水量从当土的含水量从157%157%降低至降低至47%47%时，无侧限抗压时，无侧限抗压强度则从强度则从260kPa260kPa增加到增加到2320kPa2320kPa。o一般情况下，土样一般情况下，土样含水量每降低含水量每降低1010，则强度可增加，则强度可增加(10-50)%(10-50)%。水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质5.5.地基土中有机质含量地基土中有机质含量水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质o有机质含量少的水泥土强度比有机质含量
30、高的水泥土有机质含量少的水泥土强度比有机质含量高的水泥土强度大得多。强度大得多。由于有机质使土体具有较大的水溶性和塑性，较大的膨由于有机质使土体具有较大的水溶性和塑性，较大的膨胀性和低渗透性，并使胀性和低渗透性，并使土具有酸性土具有酸性，这些因素都，这些因素都阻碍水阻碍水泥水化反应的进行泥水化反应的进行。因此，有机质含量高的软土，单纯。因此，有机质含量高的软土，单纯用水泥加固的效果较差。用水泥加固的效果较差。6 6、外掺剂、外掺剂水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质o不同的外掺剂不同的外掺剂对水泥土强度有着对水泥土强度有着不同的影响。不同的影响。如木质素磺酸钙对水泥土强度的增长影响不大，主
31、要起如木质素磺酸钙对水泥土强度的增长影响不大，主要起减减水作用水作用。石膏、三乙醇胺对水泥土强度有增强作用，石膏、三乙醇胺对水泥土强度有增强作用，而其增强效果而其增强效果对不同土样和不同水泥掺入比又有所不同，所以选择合对不同土样和不同水泥掺入比又有所不同，所以选择合适的外掺剂可提高水泥土强度和节约水泥用量。适的外掺剂可提高水泥土强度和节约水泥用量。o掺加掺加粉煤灰粉煤灰的水泥土，其强度一般都的水泥土，其强度一般都比不掺粉煤灰的有比不掺粉煤灰的有所增长所增长。不同水泥掺入比的水泥土，当不同水泥掺入比的水泥土，当掺入与水泥等量掺入与水泥等量的的粉煤灰粉煤灰后，后，强度均比不掺粉煤灰的提高强度均比不
32、掺粉煤灰的提高10%10%，故在加固软土时掺入故在加固软土时掺入粉煤灰，不仅可消耗工业废料，还可稍微提高水泥土的粉煤灰，不仅可消耗工业废料，还可稍微提高水泥土的强度。强度。水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质7 7、养护温度、养护温度国内外试验资料都说明，国内外试验资料都说明，温度对短龄期水泥土强度的影响温度对短龄期水泥土强度的影响很大很大，KawasakiKawasaki等研究了温度在等研究了温度在10-5010-50变化时，温度对水泥变化时，温度对水泥含量分别为含量分别为2020和和3030的水泥土加固强度的影响，见图。的水泥土加固强度的影响，见图。水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学
33、性质从图中可以看出，温度高时，水泥与土从图中可以看出，温度高时，水泥与土的反应加快，故前期强度增长率大。的反应加快，故前期强度增长率大。但是日本的试验研究也表明，但是日本的试验研究也表明，温度温度对水对水泥土强度的影响泥土强度的影响随着时间的增长而减小随着时间的增长而减小，如图所示，不同养护温度下的无侧限抗如图所示，不同养护温度下的无侧限抗压强度与压强度与20(标准养护室温度标准养护室温度)的无侧的无侧限抗压强度之比值随着时间的增长而逐限抗压强度之比值随着时间的增长而逐渐趋近于渐趋近于1，说明温度对水泥土后期强，说明温度对水泥土后期强度的影响较小。度的影响较小。8 8、pHpH值值研究表明，水
34、泥在研究表明，水泥在pHpH值较高的条件值较高的条件下，有利于下，有利于土壤颗粒中的硅酸盐和铝酸盐的溶解性，土壤颗粒中的硅酸盐和铝酸盐的溶解性，加快了水化加快了水化反应的进行。反应的进行。但是当加固土的但是当加固土的pH12.6pH12.6时时，水化反应的主要生成物，水化反应的主要生成物水化硅酸三钙会产生逆向反应水化硅酸三钙会产生逆向反应见下式见下式,这样这样大大降低大大降低水泥土的强度。水泥土的强度。3CaO2SiO2xH2O3CaO2SiO2xH2O +Ca(OH)2 (C3S2HX)(Hydrated gel)水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质9 9、粘粒含量、粘粒含量Masaak
35、i Masaaki GotohGotoh研究了土性即含水量、研究了土性即含水量、pHpH值、烧值、烧失量、粘粒含量对水泥土强度的影响，得到了失量、粘粒含量对水泥土强度的影响，得到了粘粒含量粘粒含量越高，其加固强度越低。越高，其加固强度越低。WooWoo认为土的塑限增大或者粘粒含量增大，水泥的加固认为土的塑限增大或者粘粒含量增大，水泥的加固效果也越差。效果也越差。图为某一水泥掺量时，细粒土含量对抗压图为某一水泥掺量时，细粒土含量对抗压强度的影响。强度的影响。水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质1010、有机质含量及含盐量、有机质含量及含盐量MiuraMiura等通过大量的试验，得到等通过大量
36、的试验，得到有机质含量小于有机质含量小于6 6时，时，用用石灰加固效果优于水泥加固石灰加固效果优于水泥加固，但当，但当有机质含量超过有机质含量超过8 8时，时，水泥加固比用石灰加固效果好水泥加固比用石灰加固效果好，见图。，见图。为了克服有机质对强度提高的影响，需要使用大量的石为了克服有机质对强度提高的影响，需要使用大量的石灰和水泥进行加固，也会出现灰和水泥进行加固，也会出现过剩的未参加反应的石灰和水过剩的未参加反应的石灰和水泥，泥，并且得到它们在并且得到它们在短期内对水泥土的强度影响不大短期内对水泥土的强度影响不大。BromsBroms指出在含盐量较高的海相软土进行水泥加固时，指出在含盐量较高
37、的海相软土进行水泥加固时，由于絮凝作用其强度大大降低。由于絮凝作用其强度大大降低。Miura Miura等通过对土中加入盐配制不同含盐量的试料土，等通过对土中加入盐配制不同含盐量的试料土，然后进行水泥或者石灰加固试验，试验结果见图。从图形中然后进行水泥或者石灰加固试验，试验结果见图。从图形中可以看到，可以看到，当含盐量增加到一定时，强度随含盐量增大而增当含盐量增加到一定时，强度随含盐量增大而增大。但是，当土中含有大。但是，当土中含有SOSO4 42-2-时，对水泥的水化将起到阻碍时，对水泥的水化将起到阻碍作用。作用。水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质（一）（一）.支护结构支护结构 重力式
38、支护结构；止水帷幕；重力式支护结构；止水帷幕；SMWSMW工法工法 （二）（二）.地基加固地基加固 提高地基强度；控制沉降；防止液化提高地基强度；控制沉降；防止液化水泥土的应用水泥土的应用水泥土的应用水泥土的应用（一）、支护结构（一）、支护结构水泥土墙水泥土墙水泥土的应用水泥土的应用水泥土的应用水泥土的应用水泥土的应用水泥土的应用止水帷幕 水泥土的应用水泥土的应用SMW工法承承 受受 荷荷 载载与与 防防 渗渗 挡挡水水 结结 合合 起起来来,使使 之之 成成为为 同同 时时 具具有有 受受 力力 与与抗抗 渗渗 两两 种种功功 能能 的的 支支护护 结结 构构 的的围围护护墙墙 水泥土的应用
39、水泥土的应用水泥土的应用水泥土的应用导沟开挖导沟开挖 水泥土的应用水泥土的应用置放导轨置放导轨 水泥土的应用水泥土的应用SMW钻拌钻拌 水泥土的应用水泥土的应用置放应力补强材（置放应力补强材（H型钢）型钢）水泥土的应用水泥土的应用水泥土的应用水泥土的应用施工完成施工完成SMW 水泥土的应用水泥土的应用（二）、地基加固（二）、地基加固a)a)柱状布置；柱状布置；b)b)壁状布置；壁状布置；c)c)格栅状布置；格栅状布置；d)d)块状布置块状布置 水泥土的应用水泥土的应用水泥土搅拌桩地基的设计水泥土搅拌桩地基的设计（一）（一）.设计原理设计原理 （二）（二）.布桩型式布桩型式 （三）（三）.单桩容
40、许承载力单桩容许承载力 （四）（四）.复合地基承载力复合地基承载力 （五）（五）.下卧层地基强度验算下卧层地基强度验算 （六）（六）.沉降计算沉降计算 水泥土搅拌桩地基的设计水泥土搅拌桩地基的设计（一）、设计原理（一）、设计原理桩土共同承载桩土共同承载 承载承载 桩的承载力桩的承载力 +桩间土承载力（折减）桩间土承载力（折减）沉降沉降 桩范围的压缩桩范围的压缩 +桩端以下土的沉降桩端以下土的沉降（二）（二）.布桩型式布桩型式水泥土搅拌桩地基的设计水泥土搅拌桩地基的设计o水泥土桩的布置形式对加固效果很有影响，一般根据工水泥土桩的布置形式对加固效果很有影响，一般根据工程地质特点和上部结构要求可采用
41、程地质特点和上部结构要求可采用柱状、壁状、格栅状、柱状、壁状、格栅状、块状以及长短桩相结合等不同加固型式块状以及长短桩相结合等不同加固型式。1.1.柱状柱状o每隔一定距离打设一根水泥土桩，形成柱状加固型每隔一定距离打设一根水泥土桩，形成柱状加固型式，适用于式，适用于单层工业厂房独立柱基础和多层房屋条形单层工业厂房独立柱基础和多层房屋条形基础下的地基加固基础下的地基加固，它可充分发挥桩身强度与桩周侧，它可充分发挥桩身强度与桩周侧阻力。阻力。水泥土搅拌桩地基的设计水泥土搅拌桩地基的设计2.2.壁状壁状o将相邻桩体部分重叠搭接成为壁状加固型式，适用于将相邻桩体部分重叠搭接成为壁状加固型式，适用于深深
42、基坑开挖时的边坡加固基坑开挖时的边坡加固以及以及建筑物长高比大、刚度小、对建筑物长高比大、刚度小、对不均匀沉降比较敏感的多层房屋条形基础下的地基加固不均匀沉降比较敏感的多层房屋条形基础下的地基加固。3.3.格栅状格栅状o它是纵横两个方向的相邻桩体搭接而形成的加固型式。它是纵横两个方向的相邻桩体搭接而形成的加固型式。适用于适用于对上部结构单位面积荷载大和对不均匀沉降要求控对上部结构单位面积荷载大和对不均匀沉降要求控制严格的建（构）筑物的地基加固。制严格的建（构）筑物的地基加固。4.4.长短桩相结合长短桩相结合o当地质条件复杂，当地质条件复杂，同一建筑物坐落在两类不同性质的地同一建筑物坐落在两类不
43、同性质的地基土上基土上时，可用时，可用3m左右的短桩左右的短桩将将相邻长桩连成壁状或格相邻长桩连成壁状或格栅状栅状，藉以调整和减小不均匀沉降量。，藉以调整和减小不均匀沉降量。o水泥土桩的强度和刚度是介于柔性桩（砂桩、碎石桩等）和水泥土桩的强度和刚度是介于柔性桩（砂桩、碎石桩等）和刚性桩（钢管桩、混凝土桩等）间的一种半刚性桩，刚性桩（钢管桩、混凝土桩等）间的一种半刚性桩，o它所形成的桩体在无侧限情况下可保持直立，在轴向力作用它所形成的桩体在无侧限情况下可保持直立，在轴向力作用下又有一定的压缩性，但其承载性能又与刚性桩相似，下又有一定的压缩性，但其承载性能又与刚性桩相似，o因此在设计时可仅在上部结
44、构基础范围内布桩，不必像柔性因此在设计时可仅在上部结构基础范围内布桩，不必像柔性桩一样需在基础外设置护桩。桩一样需在基础外设置护桩。水泥土搅拌桩地基的设计水泥土搅拌桩地基的设计l单桩竖向承载力特征值应通过现场载荷试验确定。单桩竖向承载力特征值应通过现场载荷试验确定。l初步设计时也可按（初步设计时也可按（I I式），并应同时满足（式），并应同时满足（IIII式）的要求，式）的要求，应应使由桩身材料强度确定的单桩承载力大于（或等于）由桩使由桩身材料强度确定的单桩承载力大于（或等于）由桩周土和桩端土的抗力所提供的单桩承载力周土和桩端土的抗力所提供的单桩承载力：(I(I式式)(II(II式式)水泥土搅
45、拌桩地基的设计水泥土搅拌桩地基的设计（三）（三）.单桩容许承载力单桩容许承载力单桩容许承载力单桩容许承载力(kN)(kN)；水泥土水泥土90d90d龄期的抗压强度平均值龄期的抗压强度平均值(kPa)(kPa)；桩的截面积桩的截面积(m(m2 2)桩身强度折减系数，可取：干法桩身强度折减系数，可取：干法0.20.30.20.3，湿法湿法0.250.330.250.33；桩的周长桩的周长(m)(m)；桩周第桩周第i i层土的容许摩阻力。对淤泥可取层土的容许摩阻力。对淤泥可取58kPa58kPa；对淤泥质土可取对淤泥质土可取812kPa812kPa；对粘性土可取对粘性土可取1215kPa1215kP
46、a；桩周第桩周第i i层土的厚度层土的厚度(m)(m)；桩端天然地基土的承载力桩端天然地基土的承载力(kPa)(kPa)；桩端天然地基土的承载力折减系数，可取桩端天然地基土的承载力折减系数，可取0.40.60.40.6。(I(I式式)(II(II式式)水泥土搅拌桩地基的设计水泥土搅拌桩地基的设计(四）、复合地基的设计计算四）、复合地基的设计计算 o加固后搅拌桩复合地基承载力特征值应通过现场复合地加固后搅拌桩复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定，也可按下式计算：基载荷试验确定，也可按下式计算：复合地基承载力特征值复合地基承载力特征值(kPakPa)；桩间天然地基土承载力桩间天然地基
47、土承载力特征值特征值(kPakPa)；桩土面积置换率；桩土面积置换率；桩间土承载力折减系数。当桩端为软土时，可桩间土承载力折减系数。当桩端为软土时，可 取取0.5-1.00.5-1.0；当桩端为硬土时，可取；当桩端为硬土时，可取0.1-0.40.1-0.4。水泥土搅拌桩地基的设计水泥土搅拌桩地基的设计水泥土搅拌桩地基的设计水泥土搅拌桩地基的设计(五五)、下卧层地基强度验算、下卧层地基强度验算o当搅拌桩处理范围以下存在软弱下卧层时，应按现行国家当搅拌桩处理范围以下存在软弱下卧层时，应按现行国家标准标准建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范GB-50007GB-50007的有关规定进行的有关规定
48、进行下层承载力验算。下层承载力验算。假想实体基础底面压力假想实体基础底面压力(kPakPa)；基础底面积基础底面积(m(m2 2)；假想实体基础的自重假想实体基础的自重(kNkN)；假想实体基础侧表面积假想实体基础侧表面积(m(m2 2)；假想实体基础侧表面平均摩阻力假想实体基础侧表面平均摩阻力(kPakPa)；假想实体基础边缘地基土的容许承载力假想实体基础边缘地基土的容许承载力(kPakPa)；假想实体基础底面积假想实体基础底面积(m(m2 2)；假想实体基础底面经修正后的地基容许承载力假想实体基础底面经修正后的地基容许承载力(kPakPa)。(六）、沉降计算六）、沉降计算水泥土桩复合地基的
49、变形包括：水泥土桩复合地基的变形包括：l搅拌桩复合土层的平均压缩变形搅拌桩复合土层的平均压缩变形S S1 1 l桩端下未加固土层的压缩变形桩端下未加固土层的压缩变形S S2 2 水泥土搅拌桩地基的设计水泥土搅拌桩地基的设计 1.1.搅拌桩复合土层的压缩变形搅拌桩复合土层的压缩变形S S1 1可按下式计算可按下式计算 P P 桩群顶面的模量桩群顶面的模量(kPakPa)A A1 1假想实体基础的底面积假想实体基础的底面积(m(m2 2)L L 搅拌桩平均压力搅拌桩平均压力(kpakpa)P P0 0桩群底面土的附加压力桩群底面土的附加压力(kPakPa)E Espsp桩群体的压缩模量桩群体的压缩
50、模量(kPakPa)E Ep p水泥土搅拌桩的压缩模量水泥土搅拌桩的压缩模量(kPakPa)E Es s 桩间土的压缩桩长桩间土的压缩桩长(m)(m)p p桩群底面以上土的加权平均桩群底面以上土的加权平均重度重度(kN/m(kN/m3 3)f f 水泥土搅拌桩地基的设计水泥土搅拌桩地基的设计2.2.桩端下未加固土层的压缩变形桩端下未加固土层的压缩变形S S2 2o桩端以下未加固土层的压缩变形可按现行国家标准桩端以下未加固土层的压缩变形可按现行国家标准建筑建筑地基基础设计规范地基基础设计规范GB50007GB50007的有关规定进行计算。的有关规定进行计算。水泥土搅拌桩地基的设计水泥土搅拌桩地基