地基处理搅拌桩.pptx
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地基处理技术TechnicalofSoilImprovement浆液固化法浆液固化法?
浆液固化法?
指利用水泥浆液、粘土浆液或其他化学浆液,通过机械搅拌、高压喷射或灌注压入,使浆液与土颗粒胶结起来,以改善地基土的物理和力学性质的地基处理方法。
该方法主要有以下三类:
灌浆法,水泥土搅拌法、高压喷射注浆法。
7.27.2水泥土搅拌法水泥土搅拌法1.概述2.加固机理3.水泥土的物理力学特性4.设计计算5.施工方法6.质量检验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。
1)概述水泥土搅拌法分为水泥浆搅拌(湿法)和粉体喷射搅拌(干法)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。
一、湿法湿法常称为浆喷搅拌法,将一定配比的水泥浆注人土中搅拌成桩,国内于1977年由冶金部建筑研究总院和交通部水运规划设计院研制,1978年生产出第一台深层搅拌机,并于1980年在上海宝山钢铁总厂软基加固中获得成功。
该工艺利用水泥浆作固化剂,通过特制的深层搅拌机械,在加固深度内就地将软土和水泥浆充分拌和,使软土硬结成具有整体性、水稳定性和足够强度的水泥土的一种地基处理方法。
搅拌桩机的搅拌叶片水泥土搅拌桩二、干法(DryJetMiximg)工法常称为粉喷搅拌法,于1974年日本研制出另一类粉体搅拌桩即DJM法,自1983年铁四院应用该技术首先成功地用于铁路涵洞软土地基加固以来,经过多年的试验、研究和工程实践,国内粉体喷搅法已在港口、石油化工、市政和工业与民用建筑工程中得到大量应用,并取得了良好的技术经济效果。
喷粉桩施工(DJM工法)该工艺利用压缩空气通过固化材料供给机的特殊装置,携带着粉体固化材料,经过高压软管和搅拌轴输送到搅拌叶片的喷嘴喷出,借助搅拌叶片旋转,在叶片的背面产生空隙,安装在叶片背面的喷嘴将压缩空气连同粉体固化材料一起喷出,喷出的混合气体在空隙中压力急剧降低,促使固化材料就地粘附在旋转产生空隙的土中,旋转到半周,另一搅拌叶片把土与粉体固化材料搅拌混合在一起,与此同时,这只叶片背后的喷嘴将混合气体喷出,这样周而复始地搅拌、喷射、提升,与固化材料分离后的空气传递到搅拌轴的周围,上升到地面释放。
两种方法的差别两种方法的差别1、使用的干燥状态的固化材料可以吸收软土地基中的水分,对加固含水量高的软土、极软土以及泥炭化土地基效果更为显著。
2、固化材料全面地被喷射到靠搅拌叶片旋转过程中产生的空隙中,同时又靠土的水分把它粘附到空隙内部,随着搅拌叶片的搅拌,固化剂均匀地分布在土中,不会产生不均匀散乱现象,有利于提高地基土的加固强度。
3、与浆喷深层搅拌或高压旋喷相比,输入地基土中的固化材料要少得多,无浆液排出,地面无拱起现象。
同时固化材料是干燥状态的0.5mm以下的粉状体,如水泥、生石灰、消石灰等,材料来源广泛,并可使用两种以上的混合材料。
因此,对地基土加固适应性强,不同的土质要求都可以找出与之相适应的固化材料,其适应的工程对象较广。
4、固化材料从施工现场的供给机的贮仓一直到喷入地基土中,成为连贯的密闭系统,中途不会发生粉尘外溢、污染环境的现象。
5、湿法水泥配比较直观,材料的量化较容易,有利于质量控制。
水泥搅拌法的优点1)水泥土搅拌法由于固化剂和原地基软土搅拌结合,因而最大限度地利用了原土。
2)搅拌时无振动,无噪声,可在市区和密集建筑群进行施工。
3)可作为竖向承载复合地基,基坑工程挡土墙,基坑被动去加固,防渗帷幕,大体积水泥稳定土等4)根据上部结构需要,可灵活采用柱状,壁状,格栅状和块状等形式。
5)与钢筋混凝土桩基相比,节约钢材,降低成本。
水泥土搅拌法适用范围水泥土搅拌法适用范围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。
(1)处理建筑物(构筑物)地基、厂房内具有地面荷载的地坪、高填方路堤下基层等;
(2)进行大面积地基加固,防止码头岸壁的滑动、深基坑开挖时坍塌、坑底隆起,减少软土中地下构筑物的沉降.(3)作为地下防渗墙以阻止地下渗透水流(止水帷幕止水帷幕)。
下列哪些地基土适合于采用水泥土搅拌法加固?
(A)淤泥(B)淤泥质土(C)粉土(D)泥炭土(E)饱和黄土(F)粘性土a)柱状布置;b)壁状布置;c)格栅状布置;d)块状布置地基加固支护结构支护结构:
水泥土墙水泥土墙支护结构:
水泥土墙支护结构:
水泥土墙22)水泥土搅拌法的加固机理)水泥土搅拌法的加固机理一、加固机理一、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有所不同,混凝土的硬化主要是水泥在粗填充料(即比表面不大、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。
在水泥土中,水泥的掺量小(7%-15%),水泥的水解和水化反应是在具有一定活性的介质土的围绕下进行,所以硬化速度缓慢且作用复杂,因此水泥加固土强度增长的过程也比混凝土缓慢。
水泥土中的主要反应过程:
1)水泥的水解和水化反应:
减少了软土中的含水量,增加土粒间的粘结,水泥与土拌合后,水泥中的硅酸二钙、硅酸三钙、铝酸三钙以及铁铝四钙等矿物与土中水发生水解反应,在水中形成各种硅、铁、铝质的水溶胶,土中的CaSO4大量吸水,水解后形成针状结晶体。
2)粘土颗粒与水泥水化物的作用:
水泥水解后,溶液中的Ca+含量增加,与土粒发生阳离子交换作用,等当量置换出K+、Na+,形成软土大的土团粒和水泥土的团粒结构,使水泥土的强度大为提高。
3)硬凝反应:
阳离子交换后,过剩的Ca+在碱性环境中与SIO2-、AI2O3发生化学反应,形成水稳性的结晶水化物,增大了水泥土的强度。
4)碳酸化作用:
水泥土中的Ca(OH)2与土中或水中CO2化合生成不溶于水的CaCO3,增加了水泥土的强度。
搅拌机械的切削搅拌作用,实际上不可避免地会留下一些未被粉碎的大小土团。
在拌入水泥后将出现水泥浆包裹土团的现象,而土团间的大孔隙基本上已被水泥颗粒填满。
所以,加固后的水泥土中形成一些水泥较多的微区,而在大小土团内部则没有水泥。
只有经过较长的时间,土团内的土颗粒在水泥水解产物渗透作用下,才逐渐改变其性质。
因此,在水泥土中不可避免地会产生强度较大和水稳性较好的水泥石区和强度较低的土块区。
两者在空间相互交替,从而形成一种独特的水泥土结构。
可见,搅拌越充分,土块被粉碎得越小,水泥分布到土中越均匀,则水泥土结构强度的离散性越小,其宏观的总体强度也越高。
水泥土的加固机理分析加固机理分析:
1)物理性质
(1)含水量:
由于水泥水化等反应,部分自由水成为结晶水。
故水泥土的含水量略低于原土样的含水量(0.5-7.0%)
(2)重度:
与天然软土重度相差不大。
故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。
3)相对密度:
又由于水泥的相对密度为3,比一般软土的相对密度2.65-2.75要大,故水泥土的相对密度比天然软土的相对密度稍大,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10-810-5cm/s数量级。
三、水泥土的物理力学特性水泥土是通过机械强力将水泥与土搅拌形成具有较好物理力学性质的水泥加固土。
2)力学性质
(1)无侧限抗压强度:
水泥土的无侧限抗压强度一般为300-4000kPa,比天然软土大几十倍至数百倍。
其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
(2)抗拉强度:
水泥土的抗拉强度随抗压强度的增加而提高。
为抗压强度的1/10-1/15。
(3)抗剪强度:
水泥土的抗剪强度随抗压强度的增加而提高。
当fcu0.304.0MPa时,其粘聚力c=0.101.0MPa,一般约为fcu的(2030)%,其内摩擦角变化在2030之间。
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=0.31.0MPa时,其变形模量E5040600MPa,即E50(120150)fcu。
5)压缩系数和压缩模量:
试件的压缩系数为a1-2=(2.0-3.5)10-5(kPa)-1,其相应的压缩模量为60-100MPa。
6)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。
四四.水泥土搅拌法的设计计算水泥土搅拌法的设计计算1.水泥土搅拌设计前的一般要求a)勘察要求:
确定处理方案前收集处理区域内详尽的岩土工程资料。
尤其是填土层的厚度和组成;软土层的分布范围,分层情况;地下水及pH;土的含水量,塑性指数和有机质含量等。
b)试验要求:
设计前进行拟处理土的室内配合比试验。
针对现场最软弱软土的性质,选择合适的固化剂,外掺剂及掺量,为设计提供各种龄期,配比的强度参数。
c)加固形式选择:
搅拌桩可布置成柱状,壁状和块状。
2.2.柱状水泥土搅拌桩复合地基的设计计算柱状水泥土搅拌桩复合地基的设计计算1)固化剂:
宜选用强度等级32.5级以上的普通硅酸盐水泥。
块状加固时,湿土质量的7%-12%,其余宜为12%-20%。
湿法的水泥浆水灰比为0.45-0.55.(180-250kg)2)桩长:
竖向承载水泥搅拌桩长度应根据上部结构对承载力变形的要求,并宜穿透软弱土层到达承载力相对高的土层。
3)桩径:
不应小于500mm4)竖向承载水泥搅拌桩复合地基承载力特征值:
5)垫层:
基础和桩之间设置200-300mm褥垫层。
6)桩位布置:
柱状,壁状,块状等形式。
7)沉降计算:
水泥土桩群体的压缩变形和桩端下未加固土层的压缩变形之和。
桩群体的压缩变形值可根据上部结构,桩长,桩身强度等因素按经验取20-40mm。
桩端以下未加固土层的压缩变形值可按分层总和法计算。
布桩:
主要有柱状、壁状和块状三种形式。
块状布桩块状布桩壁状布桩壁状布桩柱状布桩柱状布桩3)竖向承载水泥搅拌桩复合地基承载力特征值:
复合地基容许承载力特征值(kPa):
桩间天然地基土容许承载力(kPa);:
桩土面积置换率;:
桩间土承载力折减系数。
当桩端为软土时可取0.5-1.0;当桩端为硬土时,可取0.1-0.4:
单桩竖向承载力特征值(kPa):
桩的截面积(m2)单桩容许承载力单桩容许承载力:
单桩容许承载力(kN);:
水泥土90d龄期的抗压强度平均值(kPa);:
桩的截面积(m2):
桩身强度折减系数,可取0.3-0.4;:
桩的周长(m);:
桩周第i层土的容许摩阻力。
对淤泥可取5-8kPa;对淤泥质土可取8-12kPa;对粘性土可取12-15kPa:
桩周第i层土的厚度(m);:
桩端天然地基土的承载力(kPa);:
桩端天然地基土的承载力折减系数,可取0.4-0.6沿海某软土地基拟建一幢六层住宅楼,天然地基土承载力特征值为70kPa,采用搅拌桩处理。
根据地层分布情况,设计桩长10m,桩径0.5m,正方形布桩,桩距1.1m。
依据建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002),这种布桩形式复合地基承载力特征值最接近于下列那一个数值?
(桩周土的平均摩擦力=15kPa,桩端天然地基土承载力特征值=60kPa,桩端天然地基土的承载力折减系数取0.5,桩间土承载力折减系数取0.85,水泥搅拌桩试块的无侧限抗压强度平均值取1.5MPa,强度折减系数取0.3)(A)105kPa(B)123kPa(C)146kPa(D)150kPa复合地基承载力特征值4.沉降计算S1:
复合地基的平均压缩变形(mm);Pz:
搅拌桩复合土层顶面的附加压力值(kPa)Pz1:
搅拌桩复合土层底面的附加压力值(kPa)L:
复合土层的厚度(m)Esp:
搅拌桩复合土层的压缩模量(kPa)Ep:
水泥土搅拌桩的压缩模量(kPa)Es:
桩间土的压缩模量(kPa)在水泥土搅拌桩的单桩承载力计算公式中,的意义为:
(A)桩端地基土的端阻力(B)桩端地基土经修正后的承载力特征值(C)桩端地基土未经修正后的承载力特征值某工程采用水泥土搅拌桩处理地基,桩径为500mm,桩长为6m,间距为1.2m的正方形布置,桩间土压缩模量为3.5MPa,搅拌桩桩身强度为1.5MPa,则搅拌桩复合土层的压缩模量最接近下列哪个值?
(A)19.5MPa(B)21.5MPa(C)23.5MPa(D)27.5MPa4.4.壁状水泥土搅拌桩的设计计算壁状水泥土搅拌桩的设计计算壁状加固体是有相邻搅拌桩搭接而成,可用于防止码头滑动,保护基坑边坡的稳定工程中。
水泥土挡土墙可参照重力式挡土墙的设计计算方法设计。
水泥挡土墙的计算主要包括:
抗滑移稳定性验算,抗倾覆稳定性验算,抗渗验算,抗隆起验算等内容。
五五.施工方法施工方法1)施工机具2)施工前准备3)施工步骤4)施工要点粉体搅拌桩(DJM法)粉喷桩施工设备国外以日本的DJM施工设备为代表,日本的粉喷机主要有五种型号,最大施工深度可达33m。
国内的粉喷机以上海探矿机械厂及铁道部武汉工程机械研究所生产的GPP型和PH为代表。
我国的粉喷桩机比较轻便,整机重量为1015t,功率小,桩径多为500mm,最大施工深度为22m。
这些粉喷机基本上均采用步履式,移位灵活;均采用转盘式,重心低,较稳定;减速机用载重汽车的变速箱,产品定型,便于更换。
1.施工机具深层搅拌机按固化剂的状态不同分为浆液深层搅拌机和粉体喷射深层搅拌机,根据搅拌轴数分为单轴和多轴深层搅拌机。
水泥土搅拌桩CDMCDM工法工法施工工艺施工工艺重复如图步骤
(1)-(6),进行下一根桩的施工。
1)施工前准备1.场地平整:
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。
2.工艺性试桩:
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。
3.设备检查调试:
2)施工步骤水泥土搅拌法施工步骤由于湿法和干法的施工设备不同而略有差异。
其主要步骤应为:
1.搅拌机械就位、调平;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。
2.预搅下沉至设计加固深度;3)边喷浆(粉)、边搅拌提升直至预定的停浆(灰)面;4)重复搅拌下沉至设计加固深度;5)根据设计要求,喷浆(粉)或仅搅拌提升直至预定的停浆(灰)面;6)关闭搅拌机械。
在预(复)搅下沉时,也可采用喷浆(粉)的施工工艺,但必须确保全桩长上下至少再重复搅拌一次。
3)施工要点1)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。
2)竖向承载搅拌桩施工时,停浆(灰)面应高于桩顶设计标高300500mm。
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。
3)湿法和干法
(1)水泥浆搅拌法施工注意事项:
a)所用的水泥都应过筛,制备好的浆液不得离析,泵送必须连续。
拌制浆液的罐数、固化剂和外掺剂的用量以及泵送浆液的时间等应有专人记录。
b)搅拌机提升的速度和次数必须符合施工工艺的要求,并应有专人记录。
c)当浆液达到出浆口后,应喷浆座底30s,使浆液完全到达桩端。
特别是设计中考虑桩端承载力时,该点尤为重要。
d)搅拌机预搅下沉时不宜冲水,当遇到较硬土层下沉太慢时,方可适量冲水,但应考虑冲水成桩对桩身强度的影响。
9)施工时因故停浆,宜将搅拌机下沉至停浆点以下0.5m,待恢复供浆时再喷浆提升。
若停机超过3h,为防止浆液硬结堵管,宜先拆卸输浆管路,妥为清洗。
10)壁状加固时,桩与桩的搭接时间不应大于24h,如果时间过长,与相邻的桩无法搭接时,应采取局部补桩或注浆措施。
(2)粉体喷射搅拌法施工中须注意的事项:
a)喷粉施工机械必须配置经国家计量部门确认的具有能瞬时检测并记录出粉量的粉体计量装置及搅拌深度自动记录仪。
b)搅拌头每旋转一周,其提升高度不得超过16mm。
c)成桩过程中若因故停止喷粉,则应该将搅拌头下沉至停灰面以下1m处,待恢复喷粉时在喷粉搅拌提升。
d)需在地基土天然含水量小于30%土层中喷粉成桩时,应采用地面注水搅拌工艺。
五.质量检验u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。
u水泥土搅拌桩的施工质量检验可采用以下方法:
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(N10)检查每米桩身的均匀性。
检验数量为施工总桩数的1%,且个少于3根。
u竖向承载水泥上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。
u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。
u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%l%,且每项单体工程不应少于3点。
u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。
u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。
u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。
水泥土搅拌桩载荷试验宜于在成桩多少天后进行,对相邻桩搭接要求严格的工程,应在成桩多少天后进行质量检验?
(A)7(B)15(C)28(D)90某水泥土搅拌桩处理地基工程,桩径为500mm,采用1.2m间距的等边三角形布置,需进行单桩复合地基载荷试验,其载荷板面积应为:
(A)1m2(B)1.2m2(C)1.25m2(D)1.44m2
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