水泥土搅拌桩在软弱地基处理中运用

水泥土搅拌桩在软弱地基处理中运用【摘要】:水泥搅拌桩地基处理,由于提高了地基承载力,减少地基沉降,满足了工程要求,得到了广泛应用。

文章从水泥土搅拌桩的概念出发,分析了水泥土搅拌桩加固软基的机理,探讨了水泥土搅拌桩的设计与施工注意事项。

【关键词】:水泥土搅拌桩;软基处理;施工技术;质量检验中图分类号： tu471.8 文献标识码： a 文章编号：引言民用和工业建筑、市政、交通、水利、电力等工施工中常遇到软弱土地基。

这种地基土不能满足工程建设的需要，导致建筑物在建成后很久仍在沉降，有的地方甚至还产生不均匀沉降，影响建筑物的正常使用。

而水泥土搅拌桩复合地基的造价低廉、施工简单、质量容易控制，现已普遍应用于软弱土地基处理中。

笔者根据水泥土搅拌桩在厚度较大的软土中采用悬桩和长短桩相结合的施工经验谈了几点自己的看法。

一、水泥土搅拌桩相关概述1、水泥土搅拌桩的概念水泥土搅拌法按照施工工艺,可将其分为浆液喷射法和粉体喷射法两种,前者形成的加固体称为深层搅拌桩,后者形成的加固体称为粉喷桩,二者统称为水泥土搅拌桩。

水泥土搅拌法是用于加固饱和软粘土地基的一种新颖方法,它是利用水泥作为固化剂的主剂,通过特制的深层搅拌机械,在地基深处就地将软土和固化剂(浆液状或粉体状)强制搅拌,利用固化剂和软土之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优质地基。

其所形成的加固体与桩间土共同承担上部结构的荷载,从而提高地基的承载能力,减少沉降变形。

2、水泥土搅拌桩复合地基机理水泥搅拌桩加固软土地基。

水泥土搅拌桩复合地基是诸多复合地基中具有代表性的一种,一般具有工期短、污染少、震动小、经济效益显著等特点,是国内、外目前进行地基处理的主流技术之一。

水泥搅拌桩加固的基本原理。

水泥的水解和水化反应;粘土颗粒与水泥水化物的作用,碳酸化作用。

其作用机理一般包括以下几点:水泥的水解和水化反应;粘土颗粒与水泥水化物的作用;碳酸化作用。

以下分别作一简述。

(1)水泥的水解和水化反应。

这一反应离不开水,如果天然土的含水量过低而又采用干法(喷粉)施工,不但施工难度大,而且水泥不能得到充分的水解和水化反应,势必会影响水泥土的加固效果; 水泥遇水后，其颗粒表面的矿物很快与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。

其中前二种化合物溶于水，使水泥颗粒表面暴露出来，再与水作用，逐渐使溶液达到饱和，新生成物便以胶体析出，悬浮于溶液形成凝胶体。

粘土与水结合即表现胶体特征，如土中含量最多的二氧化硅与水形成硅酸胶体，其表面带有na+或k+，和水泥水化生成的氢氧化钙中的ca2+进行当量吸附交换。

使较小的土颗粒形成较大的土团粒；由于其产生了很大的比表面能，可使较大的土粒进一步联合，形成水泥土团粒结构，并封闭各土团的空隙，形成坚固的联结，从而使土体强度提高。

(2)粘土颗粒与水泥水化物的作用。

包括凝硬作用和离子交换作用,这一反应过程也取决于水泥水化反应的程度,与适当的含水量有关;(3)碳酸化作用。

从水泥加固土的作用机理分析来看,水泥加固土的强度主要来自于水泥水化物的胶结作用。

从施工工艺来看,水泥搅拌桩中不可避免会存在原状土块和水泥团块,其大小与强制搅拌的程度有关。

强制搅拌越充分,土块被粉碎得越小,水泥分布到土中越均匀,则水泥土的结构强度离散性就越小,其宏观的总体强度也就越高。

二、采用悬桩处理厚度较大软弱地基的必要性1、软弱土和软弱地基软弱土包括淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土及饱和松散粉细砂与粉土，这类土的工程特性为天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、渗透性差、抗剪强度低等不利的工程性质。

我国《建筑地基基础设计规范》（gb50007—2002）中规定，软弱地基系指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土层构成的地基。

它是指基本上未受过地形及地质变动，未受过荷载及地震动力等物理作用或土颗粒间的化学作用的软粘土、有机质土、饱和松砂和淤泥质土等地层构成的地基。

2、悬桩的特点悬桩（水泥土搅拌桩）地基的建筑物沉降量大且不均匀，可采取有效的措施控制沉降量。

而不均匀沉降则是很多建筑物开裂等安全事故的主因，也因此在厚度较大的软土区建设项目时，大多数设计人员不愿采用悬桩而修改为长桩，甚至于改为预制砼桩等，这对于修建1～3层普通工业与民用建筑来说，不仅给建设方增加了巨额的工程造价，同时也造成了巨大的人力、物力、财力等社会资源和财富的浪费。

3、必要性我国南方沿海及沿江一带多为淤泥、淤泥质土、冲填土及饱和的粉土等组成的软弱地基，一部分建筑物只能座落在软弱地基等不良的场地。

必须要对这种地基做加固和改良。

但软土较厚区采用悬桩和长短桩相结合的复合地基沉降变形和承载力的理论研究滞后，尤其对沉降变形控制还没有统一的认知，使这种地基在实际施工中的应用收到限制。

因此，采用悬桩和长短桩相结合的水泥土搅拌桩对厚度较大的软弱地基进行处理的方法是必要的。

三、采用悬桩处理厚度较大软弱地基的可行性分析在地基处理中，我们所遵循的原则是：技术先进、经济合理、安全适用、确保质量。

本着这条原则分析如下：1、水泥土搅拌法水泥搅拌桩技术以其经济、适用，无污染，无振动，加固效果好等诸多优点经常被运用于地基基础处理，特别适用于软土地基的处理。

2、水泥土搅拌桩的优缺点优点：工艺成熟，进度快，工期较短，造价低，可有效消除主、次固结沉降，且能彻底改变地基土的颗粒组成和成份，进而达到消除液化的目的；缺点：对于泥炭土、有机质土、塑性指数较大的粘性土处理效果不好；且处理深度通常小于18 m。

3、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。

一般认为用水泥作加固料，对含有高岭石、多水高岭石、蒙脱石等粘土矿物的软土加固效果较好；而对含有伊利石、氯化物和水铝石英等矿物的粘性土以及有机质含量高，ph值较低的粘性土加固效果较差。

4、悬桩式水泥土搅拌桩复合地基的可行性（1）悬桩式水泥土搅拌桩的理论依据水泥土桩的强度和刚度是介于柔性桩（砂桩、碎石桩）和刚性桩（钢管桩、混凝上桩等）间的一种半刚性桩，它所形成的桩体在无侧限情况下可保持直立，在轴向力作用下又有一定的压缩性，但其承载性能又与刚性桩相似，因此，设计时仅可在上部结构基础范围内布桩。

由此看出，只要悬桩式水泥土搅拌桩复合地基的承载力特征值满足建筑物对地基承载力的要求，则悬桩的方案就是可行的。

（2）长短桩相结合式的水泥土搅拌桩的理论依据《建筑地基基础设计规范》（gb50007—2002）条文说明第11.2.7条中对长短桩相结合具有如下的定义和说明。

“长短桩相结合：当地质条件复杂，同一建筑物座落在两类不同性质的地基土上时，可用3 m左右的短桩将相邻长桩连成壁状或格栅状，藉以调整和减少不均匀沉降量。

”由此说明，对于软土较厚的软弱地基处理时，完全可以根据拟建物上部结构及荷载特点来设计悬桩式水泥土搅拌桩复合地基。

短桩设计的目的主要是满足对地基承载力的要求，长桩设计的目的则主要是满足沉降变形的要求，不论是长桩短桩，皆可设计为悬桩。

四、影响强度的因素分析1、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，当土的含水量从157%降低至47%时，无侧限抗压强度则从260kpa增加到2320kpa。

一般情况下，土样含水量每降低10％，则强度可增加(10～50)%。

2、地基土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。

由于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。

3、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。

掺加粉煤灰的水泥土，其强度一般都比不掺粉煤灰的有所增长。

不同水泥掺入比的水泥土，当掺入与水泥等量的粉煤灰后，强度均比不掺粉煤灰的提高10%，故在加固软土时掺入粉煤灰，不仅可消耗工业废料，还可稍微提高水泥土的强度。

五、水泥土搅拌桩的施工质量控制1、施工流程定位:使用起重机(或塔架)悬吊深层搅拌机到达指定桩位,对中。

预搅下沉:待深层搅拌机的冷却水循环正常后,启动搅拌机电机,放松起重机钢丝绳,使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉。

制备水泥浆:待深层搅拌机下沉到一定深度时,即开始按设计确定的配合比搅拌水泥浆,待压浆前将水泥浆倒入集料斗中。

提升喷浆搅拌:待深层搅拌机下沉到达设计深度后,开启灰浆泵将水泥浆压入地基中,并且边喷浆、边旋转,同时严格按照设计确定的提升速度提升深层搅拌机。

重复上、下搅拌(一般为2喷4搅):深层搅拌机提升到设计加固深度的顶面标高时,为使水泥浆和软土充分搅拌,可再次将搅拌机边旋转边沉入土中,至设计加固深度后,边喷浆、边旋转,将搅拌机提升出地面,集料斗中水泥浆应正好排空。

清洗:向集料斗中注入适量清水,开启灰浆泵,清洗全部管路中残层的水泥浆,直至基本干净。

同时将粘附在搅拌头的软土清洗干净。

移位:重复上述操作,进行下一根桩的施工。

2、施工过程质量控制在预搅工程中,要使软土完全预搅破碎,以利于同水泥浆均匀搅拌。

在水泥浆搅拌时,要严格按设计的配合比配置,要预先筛除水泥中的结块,同时要防止水泥浆发生离析,要在水泥浆搅拌机中充分搅动,在压浆前才缓慢地倒入集料斗中。

为确保加固的强度和连续性,在压浆阶段不允许发生断浆现象,输浆管道要保持畅通,不能发生堵塞现象;要严格按设计确定的数据,控制喷浆和搅拌提升速度,误差不得大于±10cm/min;要控制重复搅拌时的下沉和提升速度,以保证加固范围内每一深度均得到充分搅拌。

为使搅拌桩垂直于地面,要保证起重机的平整度和导向架对地面的垂直。

对于采用水泥土搅拌桩作为支护和隔水结构时,要确保壁状加固体的连续性,原则上每一施工段宜连续施工,相邻柱体施工间隔不得超过24小时。

3、成桩后的质量检验为保证水泥土搅拌桩的施工质量,首先应根据施工的原始记录,查看是否符合规范,从源头上确保施工的质量。

开挖检验:根据工程设计要求,选取一定数量的桩体进行开挖,可以直接检查加固桩体的外观,从而对水泥浆与软土的拌和状态、均匀性、整体性有较感性的认识。