第六章化学加固法

- 土体的泊松比;
B - 承压板的宽度; P P - S曲线直线段的斜率. S
3. 计算地基沉降量(sj)
b Sj S B
2 2
粘土
b B 30 S j S 砂土 B b 30 式中 : S - 在与基底压力相同压力作用下承 压板的沉降量 b - 设计基础宽度
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
2.地基的承载力可用下述方法确定
（1）以压力为依据
①P—s 曲线上的两个特征点
• 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: plate load test)，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 。
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) s0.1mm/h, s0.2mm/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。

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
地基处理
(第五章 化学加固）
席培胜
•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(Grouting)
•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：水泥浆+稳定剂+减水剂+早强剂 •加固目的：防渗、加固地基、地基托换。
• 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1000-5000cm2
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。
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；
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。
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。
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-Injection Method)[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。
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
E0 B 1

2


[R]= PU /F
P S
2. E0
圆形, 0.875 式中 : - 承压板的形状系数; 方形, 0.886
•
•
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：
E0 B 1

2

P s
2
•
当承压板位于地表以下时：
E0 BI1 1


P s
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 B45cm(5000cm2)时，沉降量随B的增加而增加
CSM工法和FMI工法
• CSM工法（Cutter Soil Mixing Method）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
• 由于基础宽度一般均超过30cm，所以B不宜太小 S (mm)
0
45
B(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 1000cm2A5000cm2。
2. 沉降稳定（源自文库间）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
加固机理
• 1、渗透灌浆（Permeation Grouting)
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（Fracturing Grouting)
• 施工控制标准
注浆量
Q K V n 1000
• 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。
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
• 4、电化学灌浆（Electrochemical Grouting)
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
FMI法施
CSM法施工机 工机械钻头
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
三、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：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
• 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。
• • • • • • • 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
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（Compaction Grouting)
是通过钻孔在土中灌入极浓的浆液，在注浆点使土体挤密。
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；
2. 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10kPa
• 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。
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
4. 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。