水泥土搅拌桩方法

1.水泥搅拌桩概述

水泥土搅拌桩是一种加固处理饱和粘性土和粉土等地基的方法。它是利用水泥材料作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械…搅拌桩机，在地基深处就地将软土和水泥浆或粉体强制搅拌，通过水泥和软土之间所产生的一系列物理化学反应过程，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的良好复合地基，从而提高地基的承载能力，减少地基沉降量和增加土质边坡的稳定性，满足工程建设的不同需求。

水泥土搅拌桩研发早期称为深层搅拌桩，是美国在上世纪四十年代末首先研制成功的一种就地搅拌桩。五十年代后期在日本得到长足发展。我国于七十年代末开始进行深层搅拌桩的引进试验和机械研制工作，并于1980年初首先在上海某软土地基加固工程中正式采用并获得成功。冶金工业部率先制定了行业规范YB0225一g1《软土地基深层搅拌加固法技术规程》。建设部行业标准JGJ79—91《建筑地基处理技术规范》也把深层搅拌桩列入了地基处理方法之一。新颁布的JGJ79—2002《建筑地基处理技术规范》中称为水泥土搅拌桩，按固化剂和施工工法的不同，分为深层搅拌法(简称湿法)和粉体喷搅法(简称千法)。

2.加固机理

1.1水泥加固土的机理

水泥土搅拌桩加固地基的基本原理是利用水泥加固土的物理化学反应过程。与凝结速度较快的混凝土的硬化不同，水泥加固土中由于水泥的掺入量仅占被加固土的7％一20％，所以水泥的水解和水化反应完全是在具有一定活性介质即土的围绕下进行的，因此硬化速度缓慢且作用复杂，强度增长过程比混凝土缓慢。

当水泥的各种水化物生成后，有的自身继续硬化，形成水泥骨架：有的与周围有活性的粘土颗粒发生反应。如水化生成的氢氧化钙中的钙离子与表面带有钠或钾离子的硅酸胶体(由土中含量最多的二氧化硅遇水形成)微粒进行当量吸附交换，使较小的土颗粒形成较大的土团粒，从而使土体强度提高。同时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，并封闭各土之间的空隙，形成坚固的联结，宏观上看水泥土的强度大大提高。当水化反应中的钙离子数量超过离子交换的需要量后，则在碱性环境中，能使组成粘性土矿物的二氧化硅及三氧化二铝的一部分或大部分与之进行化学反应，并逐渐生成不溶于水的稳定的结晶化合物，在水中和空气中逐渐硬化，增大了水泥土的强度。而且由于其结构比较致密，水分不易侵人，从而使水泥土具有足够的水稳定性。另外水化物中游离的氢氧化钙能吸收水和空气中的二氧化碳，通过碳化反应生成不溶于水的碳酸钙，亦可小幅增加水泥土的强度，只是增长速度较慢。

从水泥加固土的原理不难看出，水泥和土之间的强制搅拌越充分，土块被粉碎的越小，水泥掺人土中越均匀，则水泥土结构强度的离散，性就越小，水泥土搅拌桩整体强度就越高。正是基于这一点的考虑，新发布的jGj79—2002《建筑地基处理技术规范》中要求必须确保全桩上下至少复搅一次。

1.2水泥土的物理力学性质

通过水泥土的室内试验和对水泥土搅拌桩的野外抽芯试验，随着水泥掺人量的增加，水泥土的容重仅比天然土的容重增加l％一3％，比重与天然土相比增加4％左右。无侧限抗压强度qu一般为500—40DOkPa，其值随水泥掺入比的增加而增加，随着水泥强度等级的增高而增大。在一定含水量范围内(20％一80％)，水泥土的无侧限抗压强度随含水量的增加而降低，含水量越低，含水量对强度的影响越明显。水泥土的抗拉强度约为无侧限抗压强度的0．15一0．20倍。其抗剪强度亦随无侧限抗压强度提高而提高，内摩擦角约20一30。，凝聚力100—1100kPa。其变形模量范围为40一600HPa。在桩身长度和强度满足设计要求的前提下，单桩承载力可达250KN。工程实践表明，单桩承载力还可更高一些。

试验研究表明，水泥土的强度随着龄期的增长而增长．90天龄期以前无侧限抗压强度增长较快，接近线性增长：90天龄期以后强度继续增长，但增长幅度不大。设计中宜利用90天龄期强度。新发布的JGJ7g一2002《建筑地基处理技术规范》规定：对竖向承载的水泥土强度宜取90d龄期试块的立方体抗

压强度平均值：对承受水平荷载的水泥土强度宜取28d龄期立方体抗压强度平均值。

3.适用范围、优点及布桩方式

1.3适用范围及优点

水泥土搅拌桩最适宜于加固各种成因的饱和软粘土。国内目前采用此法加固的土质有淤泥、淤泥质土、粘土和亚粘土等，一般认为含有高岭土、蒙脱石等粘土矿物的土质加固效果较好。近年来，水泥土搅拌桩在黄土、杂填土、粉细砂层中也逐步开始应用。表1列举了西安地区采用这种方法加固地基的三个工程实例，实践证明，加固效果良好。适用的工程对象有：工业与民用建筑地基、公路路基处理、火电厂冷却塔地基、防止码头岸壁滑动、深基坑开挖时边坡支挡、减少软土中地下构筑物的沉降、水利工程河堤防渗及形成地下防渗墙以阻止渗流等。

水泥土搅拌桩加固地基具有施工速度快、效益好，技术性能可靠，工艺合理，对环境无污染．施工噪声小等优点。有资料显示，同一建筑物用水泥土搅拌桩处理地基比用混凝土灌注桩约节省造价20％，比预制静压桩约节省造价40％。喷入土体中的粉体或浆液与原位土搅拌成桩。不需取土，桩位也不拱起，避免了大量挖土、弃土及运输，加固过程中不会造成软土侧向挤出，大大减轻了对周围已有建筑物的影响。

1.4布桩型式

根据工程地质特点和上部结构的要求，水泥土搅拌桩可采用柱状、壁状、格棚状及块状等不同的布桩加固型式。其中柱状加固适合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：壁状和格栅状形式适用于深基坑开挖时的软土边坡加固及地下防渗墙：块状加固形式主要用于上部结构单位面积荷载大，且须严格控制不均匀下沉的构筑物地基加固和软土地区深基坑开挖时防止坑底隆起时所采取的加固措施。

4.水泥品种的选择

作为水泥土搅拌桩的固化剂，设计前应查明拟处理的土质条件和水质条件，应根据现场土层的·性质，选择合适的水泥品种。通过室内配方试验及现场试桩施工，确定水泥的渗入量。通常情况下选用强度等级不低于32．5级的普通硅酸盐水泥作为固化剂．并可根据工程需要和土质条件选用外加剂。

这里举两个实例说明固化剂选择的重要性。河南南阳市第四橡胶坝防渗铺盖前沿采用水泥土搅拌桩(喷浆)施工悬挂式防渗抗冲帷幂，由于河道地层受污染．土层呈酸性，先采用普通硅酸盐水泥，水泥水解和水化反应、硬凝反应等失去作用，不能成桩．后改用32．5级火山灰质硅酸盐水泥，桩身土能够凝结。天津市织物厂新建的后整理车间位于两座老厂房中间，场地属于海相沉积土层，土质极不均匀。为减轻施工对老厂房的震动影响，采用水泥土搅拌法加固地基，选用强度等级为32．5级的矿渣水泥．外加剂选NCI早强剂(掺水泥重量的O．2％)和三乙醇胺(掺水泥重量的O．05％)，地基加固质量较好。

5.工程应用

水泥土搅拌法起初用于加固处理饱和的软土地基．广泛应用于江苏、浙江、广东、天津、福建、云南、湖北、上海等沿海(湖)地区的建筑物或构筑物、市政挡土设施工程地基处理，取得了成熟的经验。现列举几例见下表表水泥搅拌桩地基加固处理案例

工程名称上海浦东金桥

新村A-V街坊

6层砖混住宅

楼

天津纺织厂2

层框架结构

南京南湖新村

住宅小区六、

七层住宅楼

上海宝钢纬三路水泥

挡土墙

场地工程地质条件回填土、粘土、

淤泥质粘土天然

地基承载力

（80KPa）

海相沉积土层、

土质分布及不均

匀

高压缩性淤泥质

粘土、表层人工

回填土下部为厚

层淤泥质粘土，

允许承载力仅为

60KPa

饱和软粘土、上部为淤泥

质亚粘土，下层为滨海相

沉积土，C=20KPa，法向应

力为100KPa时抗剪强度为

56KPa。

水泥掺入量50Kg/m 12% 10% 20%

无侧限抗压强

度（KPa）

1500 >1600 >1300 >1700

加固后复合地161.5 200 150.35 法向应力100KPa时最