2019岩土工程师基础知识点：水泥土搅拌法

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水泥土搅拌法

水泥土搅拌法是用于加固饱和粘性土地基的一种新方法。它是利用水泥(或石灰)等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂(浆液或粉体)强制搅拌，由固化剂和软土间所产生的一系列物理-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水泥加固土，从而提高地基强度和增大变形模量。根据施工方法的不同，水泥土搅拌法分为水泥浆搅拌和粉体喷射搅拌两种。前者是用水泥浆和地基土搅拌，后者是用水泥粉或石灰粉和地基土搅拌。

国外使用水泥土搅拌法加固的土质有新吹填的超软土、泥炭土和淤泥质土等饱和软土。加固场所从陆地软土到海底软土，加固深度达六十米。国内目前采用水泥土搅拌法加固的土质有正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散砂土等。当用于处理泥炭土或地下水具有侵蚀性的土时，应通过试验确定其适用性。加固局限于陆上，加固深度可达20m。当地基土的天然含水量小于30%(黄土含水量小于25%)、大于70%或地下水的pH值小于4时不宜采用干法。

(一)加固机理

1.水泥的水解和水化反应

2.土颗粒与水泥水化物的作用(1)离子交换和团粒化作用;(2)硬凝反应。

3.碳酸化作用

(二)设计计算

1.水泥土搅拌桩的设计

(1)对地质勘察的要求：应特别重视：①土质分析;②水质分析。

(2)加固型式的选择搅拌桩可布置成柱状、壁状和块状三种型式。

(3)加固范围的确定可仅在上部结构基础范围内布桩。

2.水泥土搅拌桩的计算

(1)柱状加固地基

1)单桩竖向承载力的设计计算单桩竖向承载力特征值应通过现场单桩载荷试验确定，也可按下式(17-5-19)和(17—5—20)进行计算，取其中较小值。

在单桩设计时，承受垂直荷载的搅拌桩一般应使土对桩的支承力与桩身强度所确定的承载力相近，并使后者略大于前者最为经济。因此，搅拌桩的设计主要是确定桩长和选择水泥掺入比。

2)复合地基的设计计算 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

3)水泥土搅拌桩沉降验算 水泥土搅拌桩复合地基变形s的计算，包括搅拌桩群体的压缩变形s1和桩端下未加固土层的压缩变形s2之和。

4)复合地基设计软土地区的建筑物，都是在满足强度要求的条件下以沉降进行控制的，应采用以下设计思路：

①根据地层结构采用适当的方法进行沉降计算，由建筑物对变形的要求确定加固深度，即选择施工桩长;

②根据土质条件、固化剂掺量、室内配比试验资料和现场工程经验选择桩身强度和水泥掺入量及有关施工参数;

③根据桩身强度的大小及桩的断面尺寸，由(17—5-19)式计算单桩承载力;

④根据单桩承载力及土质条件，由(17-5-20)式计算有效桩长;

⑤根据单桩承载力、有效桩长和上部结构要求达到的复合地基承载力，由(17-5-21)式计算桩土面积置换率;

⑥根据桩土面积置换率和基础形式进行布桩，桩可只在基础平面范围内布置。

(2)壁状加固地基

基本施工方法是采用深层搅拌机，将相邻桩连续搭接施工，一般布置数排搅拌桩在平面上组成格栅形。原则上按重力式挡土墙设计。要进行抗滑、抗倾覆、抗渗、抗隆起和整体滑动计算。根据上海地区经验，墙宽B=(0.6～0.8)倍开挖深度，桩插入基坑底深度h=(0.8～1.2)倍开挖深度。

(三)施工工艺

1.水泥浆搅拌法

2.粉体喷射搅拌法

控制水泥土搅拌桩施工质量的主要指标为：水泥用量、提升速度、喷浆(粉)的均匀性和连续性和施工机械性能。

(四)质量检验

1.施工期质量检验

2.工程竣工后的质量检验：

1)标准贯人试验或轻便触探等动力试验;

2)静力触探试验;

3)取芯检验;

4)截取桩段作抗压强度试验;

5)静载荷试验;

6)开挖检验;

7)沉降观测。

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