浅谈水泥土搅拌法

摘要：水泥土搅拌法是我国在20世纪年代发展起来的地基处理新技术，它是通过特制的深层搅拌机械在地层深部就地将软土和水泥强制拌和，使软土硬结而提高地基强度。这种方法适用于软弱地基的处理，对于淤泥质土、粉质粘土及饱和性土等软土地基的处理效果显著，处理后可以很快投入使用，施工速度快；在施工中无噪音、无振动，对环境无污染；投资省。关键词：水泥土搅拌法地基处理复合地基

一、水泥土搅拌法简介

水泥土搅拌法是适用于加固饱和粘性土和粉土等地基的一种方法。它是利用水泥等材料作为固化剂通过特制的搅拌机械，就地将软土和固化剂（浆液或粉体）强制搅拌，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，从而提高地基土强度和增大变形模量。根据固化剂掺入状态的不同，它可分为浆液搅拌和粉体喷射搅拌两种。前者是用浆液和地基土搅拌，后者是用粉体和地基土搅拌。

二、水泥土搅拌法的加固原理

软土与水泥采用机械深层搅拌加固的基本原理是基于水泥土的物理化学反应过程。当水泥浆或水泥粉与软粘土拌和后，水泥颗粒表面的矿物很快与粘土中的水发生水解和水化反应，在颗粒间生成各种水化物，这是决定水泥土强度的主要因素。这些水化物有的继续硬化，形成水泥石骨料；有的则与周围具有一定活性的粘土颗粒发生反应，通过离子交换和团粒化作用使较小的土颗粒形成较大的土团粒。通过凝硬反应，逐渐生成不溶于水的稳定的结晶化合物，从而使水泥土的强度提高。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，这种碳酸化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。

三、水泥土搅拌法的适用范围及常用加固形式

根据我国目前深层搅拌机械制造情况，大致可分为单搅拌轴和双搅拌轴两大类，因此制成的水泥土搅拌桩也有单柱型和双柱并联型两类。按地基加固的不同要求，可以灵活地采用如下加固形式：

1)柱状，每隔一定距离打设一根水泥土桩，形成柱状加固形式，适用于单层工业

厂房独立柱基础和多层房屋条形基础下的地基加固，它可以充分发挥桩身强度与桩

周侧阻力。

2)壁状，将相邻桩体部分重叠搭接成为壁状加固形式，适用于深基坑开挖时的边

坡加固以及建筑物长高比大、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。

3) 格栅状，它是纵横两个方向的相邻桩体搭接而形成的加固形式。适用于上部结

构单位面积荷载大和对不均匀沉降控制严格的建、构筑物的地基加固。

4) 块状加固，将纵横两个方向相邻的搅拌桩都搭接，形成大块整体的加固形式。

对于上部结构单位面积荷载大，不均匀沉降控制严格的结构物地基，当其软土地基厚度小于10m 时，可采用块状加固。此外在软土地区开挖基坑时，为了防止坑底隆起和阻断地下水的渗透，也可采用块状加固。

由于水泥土搅拌桩的强度和刚度介于刚性桩和散粒桩之间，其承载能力和变形性状又与刚性桩相似。因此在布置水泥土搅拌桩时，可仅在上部结构基础范围内布桩，不必象散粒桩那样在基础以外再设置保护桩。

四、影响水泥土强度的主要因素

1) 龄期

根据前面谈到的水泥土硬化机理不难看出，其强度随龄期的增长而增大，且

强度增长规律不同于混凝土，龄期超过28d ，强度还有较大的增长，但增长幅度随龄期的增长有所减弱。

2) 水泥掺合比

水泥掺合比a ω（%）是指水泥重量与被增强的软粘土重量之比，即

%100(%)a ⨯=被拌和的软粘土重量掺加的水泥重量ω

水泥土强度随水泥掺合量的增加而增大。水泥掺合比小于5%时，固化反应

很弱，水泥土比原状土强度增强甚微。用于加固目的的水泥土最小水泥掺合比取（a ω）min=10，一般取a ω=10～20。

3) 土的含水量

水泥土的水泥掺合比相同时,其强度随天然土样的含水量提高而降低。天然

土的含水量高，土和水泥形成的水泥土含水量也高，水泥土含水量高，水泥土的密度小，其强度也小。

4) 水泥强度等级

水泥土的强度随掺入的水泥强度等级的提高而提高。水泥标号直接影响水泥

土的强度，水泥强度等级提高10级，水泥土强度fcu约增大20%～30%。如果要求

达到相同强度，水泥强度等级提高10级可降低水泥掺入比2%～3%。

5)土中有机质含量

原状土中的有机质会阻碍水泥的水化反应，影响水泥土固化，降低水泥土强度。有机质含量越高，其阻碍水泥水化作用越大，水泥土强度降低越多。因此，

当地基土中有机质含量较高时，应先做试验以确定是否适合采用水泥土搅拌法加固。

6)围压大小

水泥土强度与作用于水泥土体上的围压有关。水泥土体上的围压增加，水泥土强度提高。水泥土体上围压对强度的影响随水泥掺合比的增加而减小。

7)外加剂

在深层搅拌法中，为了改善水泥土的性能，常选用木质素黄酸钙、石膏、三乙醇胺等外加剂。不同的外加剂对水泥土的影响不同，通过掺入合适的添加剂可

以达到降低水泥掺量，提高水泥土强度的目的。

8)土体中的pH值

土体中pH值的高低表征了土体酸碱性的强弱。研究表明酸性环境会对水泥水化产物的生成及其稳定性产生不良影响，因此，土体pH值越低水泥土强度越低。

9)温度

温度与水泥水化反应速度有密切关系。在一定的温度范围内，其他条件相同的情况下，水泥土的强度会随温度升高而增加。

五、设计参数的选取

1)桩侧土的摩阻力qsi和桩端土的阻力qp

桩侧土的摩阻力和桩端土的阻力是搅拌桩单桩设计中的主要参数，通过搅拌桩工作机理的分析和现场不同类型桩的载荷试验实测资料表明，搅拌桩的桩侧摩

阻力和桩端土的阻力与钻孔灌注桩的数值十分接近。因此本工程设计中采用勘察报

告提供的，该场地钻孔灌注桩桩周土摩擦力特征值和桩端土承载力特征值。

2)桩身水泥土抗压强度fcu

由于影响水泥土强度的因素比较复杂，搅拌桩设计前必须进行室内配比实验选择合理的水泥品种、掺入比和适宜的外掺剂，以确定桩身水泥土抗压强度fcu。

3)桩间土承载力折减系数β