《地基处理》化学加固PPT课件下载

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(第五章化学加固）席培胜地基处理•化学加固法化学加固法是采用化学浆液灌入或喷入土中，使土体固结（土粒胶结）的地基加固方法。一、灌浆法一、灌浆法(Grouting)(Grouting)•灌浆法灌浆法是利用液压、气压或电化法，通过灌浆管把化学浆液灌入土的孔隙中，以填充、渗透挤密等方式，替代土颗粒间孔隙，经一定时间硬化后将松散的土粒固结成整体。•化学浆液：化学浆液：水泥浆+稳定剂+减水剂+早强剂•加固目的：加固目的：防渗、加固地基、地基托换。加固机理•1、渗透灌浆（PermeationGrouting)在压力作用下使浆液充填土的孔隙和岩石的裂隙，排挤出孔隙中存在的自由水和气体，而基本上不改变原状土的结构或体积，所用的灌浆压力相对较小。该法适用于砂性土和有裂隙的岩石。理论有：球孔扩张理论和圆柱扩张理论。•2、劈裂灌浆（FracturingGrouting)在压力作用下,浆液克服地层的初始应力和抗拉强度，引起岩石和土体结构破坏和扰动，使其沿垂直于主应力的平面发生劈裂，使地层中原有的裂隙和孔隙张开，形成新的裂隙和孔隙，浆液的可灌性和扩散距离增大，而所用的灌浆压力相对较高。•3、挤密灌浆（CompactionGrouting)是通过钻孔在土中灌入极浓的浆液，在注浆点使土体挤密。•4、电化学灌浆（ElectrochemicalGrouting)在施工中将带浆液的注浆管作为阳极，用滤水管作为阴极，将浆液由阳极压入土中，并通过直流电，在电渗作用下，孔隙水由阳极向阴极移动，促使通电区域土体的含水量降低，并形成渗通路，化学浆液也随之进入土体孔隙，并在土中硬结。灌浆法的设计内容•灌浆标准•施工范围•灌浆材料•浆液的影响半径•钻孔布置•灌浆压力•质量检验灌浆法的材料选择•以提高地基承载力减少沉降为目的：水泥浆、水泥砂浆和水泥水玻璃浆等。•以防渗为目的：粘土水泥浆、粘土水泥玻璃浆、水泥粉煤灰混合物等。灌浆标准•强度和变形标准•防渗标准•施工控制标准注浆量•Q----浆液总用量/L；•V----加固土体体积/m3；•n----土的孔隙率；•K----经验系数。1000nVKQ软土、粘性土、细砂:K=0.3~0.5中砂、粗砂:K=0.5~0.7砾砂:K=0.7~1.0湿陷性黄土:K=0.5~0.8施工注意事项•注浆顺序按跳孔间隔注浆；对有地下水流动：从高水头一端开始注浆。•钻杆注浆必须进行泥浆封闭；•注浆压力：初始小压力，最终压力高，一般情况下每深1m压力增加20-50KPa；•灌浆流量7-10L/min;质量检验•统计灌浆量；•静力触探测试处理前后土体力学指标的变化；•抽水试验测试渗透系数；•静载荷试验（承载力和变形模量）•取芯进行室内试验；•弹性波测试土体的动弹性模量和剪切模量。载荷试验一、定义平板静力载荷试验(PLT:plateloadtest)，简称载荷试验，在保持地基土天然状态下，在一定面积的承压板上向地基土逐级施加荷载，并观测每级荷载下地基土的变形特性，是模拟建筑物基础工作条件的一种测试方法。•载荷试验按承压板的形状有平板与螺旋板之分按用途可分一般载荷和桩载荷•我们主要讲的是浅层平板静力载荷测试•优点：对地基土不产生扰动，结果最可靠、最具有代表性，可直接用于工程设计。是确定承载力的最主要方法。•缺点：价格昂贵、费时二、测试设备与方法（一）仪器设备1.承压板要有足够的刚度，面积一般为1000-5000cm22.加荷装置包括压力源、载荷台架或反力构架。加荷方式有重物加荷和油压千斤顶反力加荷3.沉降观测装置（二）试验方法1.载荷测试一般在方形坑中进行2.安装设备3.分级加荷加荷原则：第一级为坑底原有重力，后每级按：中低压缩性土50kPa，高压缩性土25kPa，特软土为10kPa4.观测每级荷载下的沉降观测时间间隔：加荷开始后，第一个30min内，每10min观测沉降1次；第二个30min内，每15min观测1次；以后每30min进行一次。•稳定的标准：连续4次观测的沉降量，每小时累计不大于0.1mm，对于软粘土最好观测24h以上，对于正常固结粘土要8h，对于老粘土、砂土、砾石等要4h。5.尽可能使最终荷载达到地基土的极限承载力，以评价承载力的安全度。结束试验的标准：当下述情况出现时即可停止实验•a)承压板周围的土体出现裂缝或隆起，沉降的很快；•b)在荷载不变的情况下，沉降速率加速发展或接近一个常数。压力——沉降曲线出现明显拐点；•c)总沉降量超过承压板宽度（或直径）的1/10。6.当需要卸载观测回弹时，每级卸荷量可为加荷量的2倍，历时1h，每隔15min观测一次。荷载完全卸除后，继续观测3h。三、测试数据整理1.压力——沉降量关系曲线P-s曲线的特征：I段直线段II段曲线段III段直线段（1）以压力为依据①P—s曲线上的两个特征点比例极限P0(临塑荷载Pcr)：P-s曲线上第一直线段的终点对应的荷载，可以作为砂土、超固结粘土、砾石土的承载力。极限承载力PU：P-s曲线上的第二个拐点对应的荷载2.地基的承载力可用下述方法确定②确定地基的容许承载力[R]•[R]=Pcr•[R]=PU/F，安全系数F=2~3（2）以相对沉降量为依据•对于中、高压缩性土，地基受压破坏形式为局部剪切破坏或冲剪破坏，P-s曲线无明显拐点。•这时用P-s曲线上沉降量s与承压板的宽度B之比为0.02所对应的压力为地基容许承载力。•对砂土和新近沉积的粘性土则采用s/B=0.01-0.015所对应的压力3．计算变形模量E0•土的变形模量是指土在单轴受力，无侧限情况下的应力与应变之比。•可由P-s曲线的直线变形段，按弹性理论公式求得，下式适用于同一层位的均匀地基。•当承压板位于地表时：•当承压板位于地表以下时： sPBE201sPBIE2101四、测试精度影响因素1.承压板的尺寸B<45cm(5000cm2)时，沉降量随B的增加而降低B45cm(5000cm2)时，沉降量随B的增加而增加•是基础宽度一般均超过30cm，所以B不宜太小S(mm)045B(cm)一般来说，大的比小的好，最好与实际基础面积相同；但太大则需大的压力，有时难以达到。所以承压板的面积应适中1000cm2A5000cm2。2.沉降稳定（时间）标准每级压力下的沉降稳定标准不同，则所观测的沉降量就不同，那么所得出压力——沉降量曲线就不一样，从而得出的变形模量或承载力就不同。采用统一的标准，消除这种影响。每施加一级荷载，待沉降速率达到稳定后再加下一级荷载。(1)s0.1mm/h,s0.2mm/h很慢(2)快速方法：每级持续2h，然后根据标准方法的外推，基本原理自学教材P140-142。3.承压板埋深载荷测试的影响深度一般为1.5-2倍承压板宽度（或直径）；在影响深度范围内土性应保持一致，否则测试成果就不能反映出土层的真实性质；如果场地土层多，且都是重要的持力层，应分层做载荷试验；如果土层较薄，达不到2倍承压板的宽度，就应采用小的承压板或螺旋板载荷试验4.地基土的均匀性五、测试成果的应用（一）PLT可以确定地基的承载力(fk),变形模量(E0),沉降量(s)。1.fk[R]=Pcr[R]=PU/F2.E0.S-P;-B;-0.886,0.875,;-:120曲线直线段的斜率承压板的宽度土体的泊松比方形圆形承压板的形状系数式中SPSPBE3.计算地基沉降量(sj)设计基础宽度压板的沉降量作用下承在与基底压力相同压力式中砂土粘土-b-S:30b30B22BbSSBbSSjj三、深层搅拌法三、深层搅拌法•深层搅拌法深层搅拌法是利用水泥作固化剂，通过深层搅拌机械，在加固深度内将软土和水泥强制拌合，硬结成具有整体性和足够强度的水泥土桩或地下连续墙。适用范围：适用范围：淤泥、淤泥质土、粉土、含水量较高且承载力较低（≤120kPa）的粘性土。•水泥土搅拌桩是美国在二次世界大战后研制成功,称之为就地搅拌桩（MIP），桩径0.3~0.4m，长度10~12m。1953年日本清水建设株式会社从美国引进此法，1967年日本港湾技术研究所土工部开始研制石灰搅拌施工机械。1974年由日本港湾技术研究所等单位又成功合作开发研制水泥搅拌固化法（CMC），用于加固钢铁厂矿石堆场地基，加固深度达32m。接着日本各大施工企业接连开发研究出加固机理、机械规格和施工工效各异的搅拌桩机，例如DCM法、DMIC法、DCCM法等。该法常在港工建筑中的防波堤、码头岸壁及高速公路高填方下深厚软土地基加固工程中应用。•国内1977年由冶金建筑研究总院和交通部水运规划设计院进行了室内试验和施工机械的研制工作，1978年底制造出国内第一台SJB-1型双轴、中心输浆管、陆上型的深层搅拌机。1980年初，上海宝山钢铁总厂在三座卷管设备基础软土地基加固工程中得到首次成功应用。1984年国内开始生产SJB型成套深层搅拌桩施工机械。此后，水泥土深层搅拌桩在我国各领域软土地基处理中得到广泛应用。整体加固技术•整体加固技术主要是针对在地基场地范围内全部采用水泥土搅拌桩进行处理，形成实体基础。该技术主要是将常规水泥土搅拌施工机械改造成多头钻机，目前主要有四头、六头和八头钻机。该技术的优点是施工连续、工效高、桩体之间连接可靠，且施工工艺和常规水泥土搅拌桩施工工艺基本相同，图1.2多头水泥土搅拌桩机钻头图。CSM工法和FMI工法•CSM工法（CutterSoilMixingMethod）主要用于地下连续墙、边坡和基坑支护工程，该设备的最大特点钻头为两组对称垂直旋转搅拌齿轮，搅拌齿轮围绕水平轴垂直对称旋转，水平轴通过竖向钻杆和动力系统连接，在双重垂直对称旋转搅拌齿轮之间设置喷浆口。在施工过程中，旋转搅拌齿轮对称内向旋转切割、搅拌土体，同时通过搅拌齿轮之间的喷浆口向土体喷浆，形成板式墙体。该工法的最大优点是通过钻头搅拌叶片的对称内向旋转，阻止浆液上行途径，能够保证墙体质量，且施工连续，墙体之间连接可靠。该工法的施工墙板厚度可达500mm~1200mm，一次施工墙板宽度可达2200mm~2800mm，最大施工深度可达40m。•FMI工法(Cut-Mix-InjectionMethod)[10]於1994年在德国最早研制成功，主要用于铁路地基处理和基坑支护工程。该工法的施工机械特点是具有一个机械臂，在机械臂上设置两条履带，在履带上安装连续搅拌叶片和多个喷浆口，机械臂的最大倾角达到80°。施工时，通过安装在机械臂上的履带转动，带动搅拌叶片旋转、切割土体，多个喷浆口同时向土体喷浆。该工法的优点是基础（或墙板）一次成型，不存在桩体之间的连接处理，工效高，但该工法的施工深度有限。CSM法施工机械钻头FMI法施工机械钻头CDM-LODIC工法•CDM-LODIC工法解决现有大直径水泥土搅拌桩施工对桩周土体产生的扰动。Kazuyoshi等通过分析认为大直径水泥土搅拌桩施工引起附近场地位移的原因主要为钻机下沉阶段贯入的钻杆、钻头的体积和喷入地基固化浆液的体积。CDM-LODIC工法对传统水泥土搅拌桩的钻杆和喷浆口进行改进，将传统钻杆改进为螺纹式钻杆，螺纹分为连续螺纹、不连续螺纹和螺旋式螺纹，利用螺纹式钻杆的排土效应，平衡加固体体积，减小对相邻场地的影响；在钻头的上、下搅拌叶片外侧分别设置喷浆口。现场原位试验验证CDM-LODIC工法基本可以消除是大直径水泥土搅拌桩施工引起的附近场地的水平位移。该工法的施工直径为1.2m~1.3m，最大施工深度可达35m。MDM工法•MDM工法[16]介于浆喷桩与粉喷桩之间的一种工法。当地基土的天然含水量小于30％（黄土含水量小于25％）、或者具有较薄的硬土层等情况时，粉体喷射搅拌工法难以施工，且水泥不能充分水化，因此不能取得理想的加固效果。基于此，Johan.Gunther和BennyLindrtröm（2004）提出了改进的粉体喷射搅拌工法（MDM）。SDCM（StiffenedDeepCementMixed）工法•SDCM工法是为了解决水泥土搅拌桩桩身强度较低问题，在水泥土搅拌桩桩芯植入强度较高的增强体，如预制混凝土桩、型钢等，也可在水泥土搅拌桩施工结束后成孔浇筑混凝土等，增加桩体竖向和水平向承载能力。SDCM工法实际上是一种复合桩基，利用强度较高的芯桩承担大部分上部结构荷载，通过水泥土搅拌桩与芯桩的接触面将部分荷载传递给水泥土搅拌桩，再通过水泥土搅拌桩来增加复合桩体与桩周土体的接触面，从而将更大比例的桩体荷载传递给桩周土体，增加复合桩基的承载力。该工法主要用于建筑物基础和深基坑支护工程等。该工法的缺点是水泥土搅拌桩与芯桩需前后衔接施工，相互干扰，难以相互协调。2D工法•2D工法是在充分考虑粉喷桩与竖向排水体的各自优缺点基础上，把粉喷桩与竖向排水体处理技术的优点充分体现出来，克服各自的不足。粉喷桩施工时的喷粉压力对桩周土体产生超静孔隙水压力，而塑料排水体的存在，对桩周土体超静孔隙水压力的消散起着积极作用。同时，由于塑料排水板的排水、通气作用，使粉喷桩施工时喷粉更为顺畅，特别是深部桩身质量会比常规粉喷桩桩身质量好。2D工法施工深度可达20m。二、高压喷射注浆法二、高压喷射注浆法•高压喷射注浆法高压喷射注浆法是利用钻机把带有特殊喷嘴的注浆管钻进至设计的土层深度，以高压设备使浆液形成20~40MPa左右的射流喷出，冲击破坏土体，并使土粒剥下与浆液搅拌混合，经凝结固化后形成加固体。喷射注浆方法：喷射注浆方法：旋喷法（形成柱状加固体），摆喷法（形成扇形状加固体），定喷法（形成墙板状加固体）。适用范围：适用范围：淤泥、淤泥质土、素填土、粉土、塑态黏土、砂土、碎石土等。•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。•水泥土搅拌法分为水泥浆搅拌和粉体喷射搅拌两种.适用条件•水泥土搅拌法适用于处理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地基。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。冬期施工时，应注意负温对处理效果的影响。湿法的加固深度不宜大于20m；干法不宜大于15m。水泥土搅拌桩的桩径不应小于500mm。•一般认为含有高岭石、多水高岭石、蒙脱石等粘土矿物的软土加固效果较好，而含有伊里石、氯化物和水铝英石等矿物的粘性土以及有机质含量高、酸碱度(pH值)较低的粘性土的加固效果较差。加固机理•　水泥加固土的物理化学反应过程与混凝土的硬化机理不同，混凝土的硬化主要是在粗填充料(比表面不大、活性很弱的介质）中进行水解和水化作用，所以凝结速度较快。而在水泥加固土中，是水泥掺量很小，水泥的水解和水化反应完全是在具有一定活性的介质─土的围绕下进行，所以水泥加固土的强度增长过程比混凝土为缓慢。•水泥的加固机理一般认为有两个化学过程primarycementingreactions和secondcementingreactions,水泥中的四种主要的增强成分为[(CaO)2(SiO)2],[(CaO)3(SiO2)],[(CaO)3(Al2O3)],[(CaO)4(Al2O3)(Fe2O3)]，水泥的水解和水化反应•普通硅酸盐水泥主要是氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁及三氧化硫等组成，由这些不同的氧化物分别组成了不同的水泥矿物：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙、硫酸钙等.•用水泥加固软土时，水泥颗粒表面的矿物很快与软土中的水发生水解和水化反应，生成氢氧化钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙及含水铁酸钙等化合物。•所生成的氢氧化钙、含水硅酸钙能迅速溶于水中，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。土颗粒与水泥水化物的作用当水泥的各种水化物生成后，有的自身继续硬化，形成水泥石骨架;有的则与其周围具有一定活性的粘土颗粒发生反应。•　(1)离子交换和团粒化作用水泥水化生成的凝胶粒子的比表面积约比原水泥颗粒大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，从宏观上看也就使水泥土的强度大大提高。　•(2)硬凝反应　随着水泥水化反应的深入，溶液中析出大量的钙离子，当其数量超过离子交换的需要量后，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.碳酸化作用水泥水化物中游离的氢氧化钙能吸收水中和空气中的二氧化碳，发生碳酸化反应，生成不溶于水的碳酸钙，这种反应也能使水泥土增加强度，但增长的速度较慢，幅度也较小。水泥加固土工程性能•水泥掺入比为•或%100被加固土的体积掺入水泥重量wa)/(3mkgaw被加固土的体积掺入水泥重量水泥土的物理性质•1)含水量　•水泥土在硬凝过程中，是水泥水化等反应，使部分自由水以结晶水的形式固定下来，故水泥土的含水量略低于原土样的含水量，水泥土含水量比原土样含水量减少0.5%～7.0%，且随着水泥掺入比的增加而减小。•2)重度　由于拌入软土中的水泥浆的重度与软土的重度相近，所以水泥土的重度与天然软土的重度相差不大，水泥土的重度仅比天然软上重度增如0.5%～3.0%，所以采用水泥土搅拌法加固厚层软土地基时，其加固部分对于下部未加固部分不致产生过大的附加荷重，也不会产生较大的附加沉降。•3)相对密度　•由于水泥的相对密度为3.1，比一般软土的相对密度2.65～2.75为大，故水泥土的相对密度比天然软土的相对密度稍大。水泥土相对密度比天然软土的相对密度增加0.7%～2.5%。•4)渗透系数　•水泥土的渗透系数随水泥掺入比的增大和养护龄期的增长而减小，一般可达10-5～10-8cm/s数量级。对于上海地区的淤泥质粘土，垂直向渗透系数也能达到10-8cm/s数量级，但这层土常局部夹有薄层粉砂，水平向渗透系数往往高于垂直向渗透系数，一般为10-4cm/s数量级。因此，水泥加固淤泥质粘土能减小原天然土层的水平向渗透系数，而对垂直向渗透性的改善，效果不显著。水泥土减小了天然软土的水平向渗透性，这对深基坑施工是有利的，可利用它作为防渗帷幕。水泥土的力学性质•　1)无侧限抗压强度及其影响因素　水泥土的无侧限抗压强度一般为300～4000kPa，即比天然软土大几十倍至数百倍。其变形特征随强度不同而介于脆性体与弹塑体之间。影响水泥土的无侧限抗压强度的因素有：水泥掺入比、水泥标号、龄期、含水量、有机质含量、外掺剂、养护条件及土性等。下面根据试验结果来分析影响水泥土抗压强度的一些主要因素。•　①水泥掺入比对强度的影响•根据试验结果分析，发现当其它条件相同时，某水泥掺入比αw的强度与水泥掺入比αw=12%的强度的比值/与水泥掺入比的关系有较好的归一化性质。由回归分析得到:fcuc/fcu12与呈幂函数关系，其关系式如下:ffacuccuw/..121769541582ffaacucuww121217736/(/).•②龄期对强度的影响　　水泥土的强度随着龄期的增长而提高，一般在龄期超过28d后仍有明显增长，根据试验结果的回归分析,得到在其它条件相同时，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，这些关系式如下:　　　　　　　　　　　　2870.63)(0.47cucuff28140.80)(0.62cucuff28601.46)1.15cucuff（28901.80)(1.43cucuff7903.73)(2.37cucuff14902.82)(1.73cucuff•某个龄期(T)的无侧限抗压强度与28天龄期的无侧限抗压强度的比值与龄期的关系具有较好的归一化性质,且大致呈幂函数关系。其关系式如下:ffTcuTcu/..280419702414ffTTcucu121204182/(/).•　③水泥标号对强度的影响•　　水泥土的强度随水泥标号的提高而增加。通常水泥标号每提高100号，在同一掺入比时，水泥土强度增大20%-30%。如要求达到相同强度，水泥标号提高100号，可降低水泥掺入比(2～3)%。•　④土样含水量对强度的影响•　　水泥土的无侧限抗压强度随着土样含水量的降低而增大，一般情况下，土样含水量每降低10％，则强度可增加(10～50)%。•⑤土样中有机质含量对强度影响•　　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。是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，并使土具有酸性，这些因素都阻碍水泥水化反应的进行。因此，有机质含量高的软土，单纯用水泥加固的效果较差。•　⑥外掺剂对强度的影响•　　不同的外掺剂对水泥土强度有着不同的影响。如木质素磺酸钙对水泥土强度的增长影响不大，主要起减水作用。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。搅拌时间对强度影响•Terashi（1977）等人通过对室内试验，对其它条件相同、仅搅拌时间不同的水泥土，进行室内无侧限抗压强度，得到21天龄期水泥土的无侧限抗压强度与搅拌时间成正相关关系，搅拌时间在10分钟以内，水泥土的强度随搅拌时间增长较快，当搅拌时间超过10分钟以后，水泥土的强度增长较慢（见图3.1）。图3.1的y轴为某一搅拌时间下21天龄期无侧限抗压强度与搅拌时间为10分钟21天龄期试样无侧限抗压强度的比值，x轴为搅拌时间。同样证实了水泥土的强度随搅拌均匀程度的提高而提高。钻进速度对强度影响•Enami等人（1986）通过现场试验，对水泥掺入量为300kg/m3、水灰比0.6、钻机提升速度为1m/s的水泥土搅拌桩施工过程中，改变钻机下沉速度，得到桩体水泥土无侧限抗压强度与钻机下沉速度之间的关系曲线。由图3.3可以发现钻机下沉速度对桩体水泥土强度影响很大，随钻机下沉速度的增大，桩身水泥土强度迅速降低。究其原因：主要是在钻机转速一定的情况下，增大钻机下沉速度等于减小对桩身微段水泥土的搅拌次数和搅拌时间，从而导致搅拌不均匀，桩身水泥土强度降低。Mizuno等人(1988）通过现场试验，得到的桩身水泥土强度的变异系数与搅拌叶片转速之间的关系曲线。钻机旋转速度对强度影响•Nishibayashi（1988通过室内模拟试验，对钻机不同旋转速度对桩体强度及均匀性进行试验研究。得出钻机转速的增加有益于提高桩体搅拌均匀性的结论。并建议在施工中，第一次下沉取相对较低的旋转速度，其它过程取较高的旋转速度，这样既满足第一次下沉过程中切土所消耗较高的能量，又能够提高对桩体水泥土搅拌均匀性，详见图3.5。供浆方式对强度影响•　2)抗拉强度　水泥土的抗拉强度随无侧限抗压强度的增长而提高。当水泥土的抗压强度fcu＝0.500～4.00MPa时，其抗拉强度σt＝0.05～0.70MPa，即σt＝(0.06～0.30)fcu。　抗压与抗拉这两类强度有密切关系，根据试验结果的回归分析，得到水泥土抗拉强度与其无侧限抗压强度有幂函数关系:tcuf0078708111..•抗剪强度　水泥土的抗剪强度随抗压强度的增加而提高。当fcu＝0.30～4.0MPa时，其粘聚力c=0.10～1.0MPa，一般约为的(20～30)%fcu，其内摩擦角φ变化在20°～30°之间。cfcu0281307078..•4)变形模量　当垂直应力达50％无侧限抗压强度时，水泥土的应力与应变的比值，称之为水泥土的变形模量E50。当fcu＝0.1～3.5MPa时，其变形模量E50＝10～550MPa，即E50＝(80～150)fcu。•5)压缩系数和压缩模量　水泥土的压缩系数约为(2.0～3.5)×10-5(kPa)-1，其相应的压缩模量Es＝(60～100)MPa。•　(3)水泥土抗冻性能　水泥土试件在自然负温下进行抗冻试验表明，其外观无显著变化，仅少数试块表面出现裂缝，并有局部微膨胀或出现片状剥落及边角脱落，但深度及面积均不大，可见自然冰冻不会造成水泥土深部的结构破坏。设计计算材料选择桩长桩位布置•　(1)单桩竖向承载力的设计计算ppinisipaAqlquR1pcuaAfR单桩承载力•fcu——与搅拌桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块(边长为70.7mm的立方体，也可采用边长为50mm的立方体)在标准养护条件下90d龄期的立方体抗压强度平均值(kPa)；•η——桩身强度折减系数，干法可取0.20～0.30；湿法可取0.25～0.33；•up——桩的周长(m)；•n——桩长范围内所划分的土层数；•qsi——桩周第i层土的侧阻力特征值。对淤泥可取4～7kPa；对淤泥质土可取6～12kPa；对软塑状态的粘性土可取10～15kPa；对可塑状态的粘性土可以取12～18kPa；•qsi——桩周第i层土的侧阻力特征值。对淤泥可取4～7kPa；对淤泥质土可取6～12kPa；对软塑状态的粘性土可取10～15kPa；对可塑状态的粘性土可以取12～18kPa；•li——桩长范围内第i层土的厚度(m)；•qp——桩端地基土未经修正的承载力特征值(kPa)，可按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）的有关规定确定；•α——桩端天然地基土的承载力折减系数，可取0.4~0.6，承载力高时取低值。复合地基承载力　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：skpaspkfmARmf)1(•fspk──复合地基承载力特征值(kPa);•fsk──桩间天然地基土承载力特征值(kPa)，可取天然地基承载力特征值；•β──桩间土承载力折减系数，当桩端土未经修正的承载力特征值大于桩周土的承载力特征值的平均值时，可取0.1～0.4，差值大时取低值；当桩端土未经修正的承载力特征值小于或等于桩周土的承载力特征值的平均值时，可取0.5～0.9，差值大时或设置褥垫层时均取高值。•Ra──单桩竖向承载力特征值(kN)。•根据设计要求的单桩竖向承载力特征值Ra和复合地基承载力特征值fspk计算搅拌桩的置换率m和总桩数n：•A──地基加固的面积(m2)。skpaskspkfARffmnmAAp•竖向承载搅拌桩复合地基应在基础和桩之间设置褥垫层。褥垫层厚度可取200—300mm。其材料可选用中砂、粗砂、级配砂石等，最大粒径不宜大于20mm。•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《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）的有关规定进行下卧层承载力验算。•水泥土搅拌桩沉降验算竖向承载搅拌桩复合地基的变形包括搅拌桩复合土层的平均压缩变形s1与桩端下未加固土层的压缩变形s2:•1)搅拌桩复合土层的压缩变形可按下式计算：spzlzElpps21spspEmmEE)1(•PZ——搅拌桩复合土层顶面的附加压力值(kPa)；•PZL——搅拌桩复合土层底面的附加压力值(kPa)；•Esp——搅拌桩复合土层的压缩模量(kPa)；•Ep——搅拌桩的压缩模量，可取(100～120)(kPa)。对桩较短或桩身强度较低者可取低值，反之可取高值；•Es——桩间土的压缩模量(kPa)。•2)桩端以下未加固土层的压缩变形s2可按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）的有关规定进行计算。基坑支护设计复合地基设计•　　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。根据工程经验，当水泥掺入比为12%左右时，桩身强度一般可达1.0～1.5MPa;•　　③根据桩身强度的大小及桩的断面尺寸，计算单桩承载力;•　复合地基设计•　　④根据单桩承载力及土质条件，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，计算桩土面积置换率;•　　⑥根据桩土面积置换率和基础型式进行布桩，桩可只在基础平面范围内布置。施工工艺•水泥土搅拌法施工现场事先应予以平整，必须清除地上和地下的障碍物。遇有明浜、池塘及洼地时应抽水和清淤，回填粘性土料并予以压实，不得回填杂填土或生活垃圾。•水泥土搅拌桩施工前应根据设计进行工艺性试桩，数量不得少于2根。当桩周为成层土时，应对相对软弱土层增加搅拌次数或增加水泥掺量。•搅拌头翼片的枚数、宽度、与搅拌轴的垂直夹角、搅拌头的回转数、提升速度应相互匹配，以确保加固深度范围内土体的任何一点均能经过20次以上的搅拌。•竖向承载搅拌桩施工时，停浆(灰)面应高于桩顶设计标高300～500mm。在开挖基坑时，应将搅拌桩顶端施工质量较差的桩段用人工挖除。•施工中应保持搅拌桩机底盘的水平和导向架的竖直，搅拌桩的垂直偏差不得超过1％；桩位的偏差不得大于50mm；成桩直径和桩长不得小于设计值。质量检验•水泥土搅拌桩的质量控制应贯穿在施工的全过程，并应坚持全程的施工监理。施工过程中必须随时检查施工记录和计量记录，并对照规定的施工工艺对每根桩进行质量评定。检查重点是：水泥用量、桩长、搅拌头转数和提升速度、复搅次数和复搅深度、停浆处理方法等。•(1)成桩7d后，采用浅部开挖桩头(深度宜超过停浆(灰)面下0.5m)，目测检查搅拌的均匀性，量测成桩直径。检查量为总桩数的5％。•(2)成桩后3d内，可用轻型动力触探(Nlo)检查每米桩身的均匀性。检验数量为施工总桩数的1％，且不少于3根。•竖向承载水泥土搅拌桩地基竣工验收时，承载力检验应采用复合地基载荷试验和单桩载荷试验。•载荷试验必须在桩身强度满足试验荷载条件时，并宜在成桩28d后进行。检验数量为桩总数的0.5％～1％，且每项单体工程不应少于3点。•经触探和载荷试验检验后对桩身质量有怀疑时，应在成桩28d后，用双管单动取样器钻取芯样作抗压强度检验，检验数量为施工总桩数的0.5％，且不少于3根。•对相邻桩搭接要求严格的工程，应在成桩15d后，选取数根桩进行开挖，检查搭接情况。•基槽开挖后，应检验桩位、桩数与桩顶质量，如不符合设计要求，应采取有效补强措施。•场地位于江苏省苏州吴江市境内，所经区域位于长江三角洲太湖湖积平原区，地势低平，属于典型的湖荡水网平原区，被第四系松散堆积层所覆盖。根据初勘资料，第四纪地层主要为全新统、晚更新统地层组成，自上而下分述如下：•表层粘性土层（Q4a1-1）：分布于地表，呈褐色、灰黄色，软~硬塑状，层厚0.60~2.00m；•冲湖积亚粘土、淤泥质土（Q4a1-1）：灰色~深灰色，含腐殖质，流塑；•冲湖积粘性土（亚粘土、粘土、亚砂土）（Q4a1-1）：黄色、灰黄色，局部呈灰黑色，具层理，夹粉砂，软~硬塑；•粉砂（Q4a1-1）：灰黄色为主，多呈透镜体分布，饱和，中密；•冲湖积粘性土（亚粘土、粘土、亚砂土）（Q4a1-1）：以灰色为主，含贝壳碎片，具层理，间夹薄层粉砂，软~流塑；•上更新统冲湖积相（Q4mc-1）：由粘性土及粉砂组成，一般粘性土以亚砂土或亚粘土为主，呈灰绿色或绿黄色，含钙质结核，软~硬塑，且以硬塑状为主，粉砂多呈灰绿色或灰色，含贝壳碎片及钙质结核，饱和，多呈中密状。•该段所在区域为滨湖平原区，表层为2.0~3.0米厚的软塑状亚粘土，其下沉积着约13米厚的淤泥质亚粘土，平均含水量约50.1%，天然平均孔隙比1.427，试验段土层分布见下图，淤泥～淤泥质土层典型物理力学性质指标见表•根据现场的补充钻探显示，场地的地层自上而下分述分为四大层•①表层粘性耕织土：分布于地表，浅黄色，中密，为灰～灰褐色亚粘土，夹根茎，属中等压缩性土，约在0～1.0m、1.2～2.0m；中间夹泥炭层，黑色，软塑，颗粒较细，约在1.0～1.2m；•②冲湖积淤泥质亚粘土：灰褐色，冲积，软流塑，很湿～饱和，颗粒较细，粘性较大，下部略含贝壳碎片，约在2.0～14.0m，厚度约12.0m；•③冲湖积亚粘土：灰绿色，可～硬塑，稍湿，颗粒较细，粘性较大，下部略带粉性，含贝壳、钙质铁等结核，多呈中密状，约在14.0～16.5m，厚度约2.5m；•④上更新统冲湖积相亚粘土：绿黄～黄色，硬塑，稍湿，颗粒较细，粘性较大，含铁锰等结核，16.5m以下（未揭穿）。•场地地下水为潜水，埋深约0.4m。上部耕织土层为隔水层，C、D两区地下水位皆为0.0m。土层编号qc(MPa)fs(kPa)Rf(%)①0.7517.5327.50②0.387.5318.75③2.1656.9426.26④8.08100.5718.43BBB/2路基宽度边坡宽/2处理宽度100m100m立面图软基处理平面大样图路基填料路面高压喷射注浆法•高压喷射注浆法（HighPressureJetＧｒｏｕｔｉｎｇ）是２０世纪６０年代后期在日本发明的一种地基处理方法。它是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻到土层预定深度后，用以高压设备是浆液或水成为２０－４０ＭＰａ的高压射流从喷嘴喷射出来，冲击破坏土体，同时钻杆以一定速度渐渐向上提升，将浆液与土颗粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成一个固结体。•旋转喷射,定向喷射,摆动喷射加固机理•1、高压喷射流对土体的破坏作用破坏力：P---破坏力（kg·m/s2）；ρ---浆液密度（kg/m3）；Q----流量（m3/s）；A----喷嘴断面积（m2）。mvQPmvAQ•2、水（浆液）、气同轴喷射流对土的破坏作用减少单射流的在土体重传递过程中的能量衰减，增大影响范围。3、水泥与土的固结机理4、加固土的基本现状适用范围收集资料加固范围设计计算承载力确定防渗工程设计浆量设计材料要求施工质量检验