第11讲 水泥土搅拌法
10.地基处理技术——水泥土搅拌法
10.3.1 水泥土的室内配合比试验
四、固化剂
1.水泥品种：
采用不同等级和品种的水泥，水泥出厂期不应超 过3 个月，并且在试验前进行原材料检验。
2.水泥掺入比：
符合设计要求，目前水泥产量一般采用 180~250kg/m3。水泥掺入比：
掺加的水泥重量
w 被加固软土的湿重度 100 % (10 1)
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。
用于处理泥炭土、有机质土、塑性指数大于25 的粘土、地下水具有腐蚀性时以及无工程经验 的地区，必须通过现场试验确定其适用性。
适用范围
一般认为含有高岭石、多水高岭石、蒙脱 石等粘土矿物的软土加固效果较好，而含 有伊里石、氯化物和水铝英石等矿物的粘 性土以及有机质含量高、酸碱度(pH值)较 低的粘性土的加固效果较差。
一、无侧限抗压强度及其影响因素
7. 养护方法
养护方法对水泥土的强度影响主要表现在养 护环境的湿度和温度。
国内外试验资料都说明，养护方法对短龄期 水泥土强度的影响很大，随着时间的增长， 不同养护方法下的水泥土无侧限抗压强度趋 于一致，说明养护方法对水泥土后期强度的 影响较小。
二、抗拉强度
随无侧限抗压强度的增长而提高。 回归分析结果：
粉体喷搅法(干法)：用水泥粉或石灰粉和地 基土搅拌。
发展概述
水泥浆搅拌法是美国在第二次世界大战后 研制成功的，称（Mixed－in－Place Pile(简称MIP法）。国内1978年研制出第 一台搅拌机械。
粉体喷射搅拌法（Dry Jet Mixing Method， 简称DJM法）由瑞典人Kjeld Paus于1967年 提出设想，1971年制成第一根桩，1974年 获得专利。铁四院1983年开始试验研究， 并应用于过程中。
水泥土搅拌法
4、基坑支护方案
根据场区地质条件及周边环境，结合本工程实际，选用 格栅式水泥土搅拌桩重力式挡墙；桩长分为二种，其中， ZH1的桩长为9.0 m，ZH2的桩长为11.0 m，见剖面图， 搅拌桩桩径为双头Φ700 mm，桩间搭接为200 mm。
3.6施工效果 在水泥土挡土墙施工完成28
这种方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。
水泥土搅拌法的优点
将固化剂和原地基软土就地搅拌混合，最大限度利用了 原土。 搅拌时无振动、无噪音和无污染，可在市区内和密集建 筑群中进行施工。 搅拌时不会使地基侧向挤出，对周围建筑物和管线影响 较小。 水泥土搅拌法形成的水泥土加固体，可作为竖向承载的 复合地基、基坑围护挡墙等。 根据上部结构要求，可灵活采用各种加固形式。 与钢筋混凝土桩基相比，可节约大量钢材，降低造价。
采用425#普通硅酸盐水泥，水泥掺入比15%，
水灰比为0.5，在试模内装入1/2水泥土搅拌 物，在振动台上振动1 min后，再装入其余水 泥土，振动1 min，振捣完毕后，在表面盖上 塑料布，编号后放入标准养护室养护；使用 材料压力机分别测试水泥土在7d和28d时的 抗压强度，最终试验数据表明，水泥土的无 侧限抗压强度能满足工程要求
水泥土搅拌法
2008环境工程 郭冠群
一、概述
水泥土搅拌法是把水泥浆（粉）与被
切碎了的地基土强行原位搅拌均匀, 通过水泥浆（粉）与土颗粒间的一系 列物理化学作用和一定的时间过程, 逐渐固化硬结成水泥土桩柱体, 桩与 土组成复合地基。
11-深层搅拌桩法解析
该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上等地基。当地基土的天然含 水量小于30%、大于70%或地下水的pH值小于4时不宜采用干法。
水泥土搅拌法用于处理泥炭土、有机质土、塑性指数I p大于25的粘土、 地下水具有腐蚀性时以及无工程经验的地区，通过现场试验确定其适用性。
石灰固化剂适用于粘土颗粒含量大于20%，粉粒及粘粒含量之和大于 35%，粘土的塑性指数大于10，液性指数大于0.7，土的pH值为4～8，有 机质含量小于11%，土的天然含水量大于30%的偏酸性的土质加固。
水泥土加固体的形状可分为柱状、壁状、格栅状或块状等。 水泥土加固体可以与加固体之间的土体共同构成具有较高竖向承载力 的复合地基，也可以用于基坑工程围护挡墙、被动区加固、防渗帷幕。
（3）水泥土抗冻性能 自然冰冻不会造成水泥土深部结构的破坏。只要地温不低于-100C，就
可进行水泥土搅拌法的冬季施工。
三、水泥加固土的现场试验 1）试验目的
①根据水泥土室内配比试验最佳配方，进行现场成桩工艺试验。 ②在相同的水泥掺入比条件下，求出室内石块与现场桩身强度关系。 ③比较不同桩长于不同桩身强度的单桩承载力。 ④确定桩土共同作用的复合地基承载力。
①风干土样 ②烘干土样 ③原状土样 aw
（4）固化剂：不同品种 、不同标号水泥。水泥出厂日期≤3个月。 （5）水泥掺入比：7%、10%、12%、14%、15%、18%、20%、等。
aw （%）=（掺加的水泥量/被加固软土的天然湿重） 100%
目前水泥掺量一般为180～250kg/m3。常用的掺入比为7%～20%。
④土体加固后重度基本不变，对软弱下卧层不致产生附加沉降。
⑤根据上部结构的需要，可灵活地采用柱状、壁状、格栅状和块状等 加固型式。
第11讲 水泥土搅拌法
第11讲 水泥土搅拌法§11.1 概 述 §11.2 加固机理 §11.3 水泥土的基本性质 §11.4 设计计算 §11.5 施工工艺示例 作业§11.1 概 述¾定 义 ¾分 类 ¾ 加固直径和深度 ¾ 适用条件水泥土搅拌法定义又称“就地搅拌法”（MIP），利用水泥材料 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强制搅拌，在产生一系 列的物理、化学反应后形成具有整体性、水稳 定性和一定强度的水泥土桩或墙，从而或者形 成桩体复合地基，或者形成水泥土桩墙支挡结 构。
9 按注入固化剂的状态分（1）粉喷法：w≥60％； （2）浆喷法：w＝40～60％。
9 按搅拌头的数目分（1）单头：圆形； （2）双头：∞字型； （3）多头。
9 按是否配加劲材料（1）加劲搅拌桩：SMW法； （2）不加劲搅拌桩。
水泥土搅拌法分类加固直径和深度9国内 直径：d单轴＝500～600mm，d双轴＝700mm； 深度：一般 h = 30 m以内，有效18m以内。
9国外 如日本：dmax＝1.8m，Amax＝9.5m2， hmax＝60m以上。
适用条件9 适 用： 正常固结的淤泥、淤泥质土、素填土、黏性土 （软塑、可塑）、粉土（稍密、中密）、粉细砂 （松散、中密）、中粗砂（松散、稍密）、饱和 黄土等土层。
9 不适用： 含大孤石或障碍物较多且不易清除的杂填土、欠 固结的淤泥和淤泥质土、硬塑及坚硬的黏性土、 密实的砂类土，以及地下水渗流影响成桩质量的 土层。
适用条件9 不宜用： 地基土的含水量小于30%（黄土含水量小于25%）9 需要注意：冬期施工时，负温对处理地基效果的影响9 需试验确定适用性： 泥炭土、有机质土、PH值小于4的酸性土、塑性 指数大于25的黏土，或在腐蚀性环境中以及无工 程经验的地区§11.2 加固机理¾ 水泥的水解和水化反应¾ 水泥水化物与土颗粒的作用• 离子交换和团粒化作用 • 硬凝反应¾ 碳酸化作用水泥的水解和水化反应普通硅酸盐水泥由CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等组 成，由这些不同的氧化物分别组成了不同的水泥矿物 ： 3CaO⋅SiO2、2CaO⋅SiO2、3CaO⋅Al2O3、4CaO⋅Al2O3 ⋅FeO3等。
水泥土搅拌法的施工工艺流程
水泥土搅拌法的施工工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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第11章--水泥土搅拌法课件
20% 等。水泥掺入比a w 是指水泥重量与被加固的
软土重量之比, 即
水泥掺入量α为
( 5) 外掺剂。
为改善水泥土的性能和提高其强度, 可选用木质素 磺酸钙、天然石膏、三乙醇胺等外掺剂。
结合工业废料处理, 还可掺入不同比例的粉煤灰。
( 6) 试件的制作和养护。
按照拟订的试验计划, 根据配方分别称量土、 水泥、外掺剂和水, 放在容器内搅拌均匀。然后在 选定的试模内装入一半试料, 放在振动台上振动1 分钟。再装入其余的试料后振动1 分钟。
水泥与地基土拌合后经上述的化学反应形成 坚硬桩体，同时桩间土也有少量的改善，从而构 成桩与土复合地基，提高地基承载力，减少了地 基的沉降。
11.3 室内试验 11.3 Laboratory Test
软土地基深层搅拌加固法是基于水泥 对软土的作用，而目前这项技术的发展仅 经过二十余年，无论从加固机理到设计计 算方法或者施工工艺均有不完善的地方， 有些还处于半理论半经验的状态，因此应 该特别重视水泥土的室内外试验。
充分完成。因此选用3 个月龄期强度作为水泥土的
标准强度较为适宜。
③水泥标号对强度的影响
水泥土的强度随水泥标号的提高而增加。水泥标
号提高100号，水泥土的强度fcu约增大(50～90)%。 如要求达到相同强度，水泥标号提高100号，可降
低水泥掺入比(2～3)%。
④土样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。一般情况下，土样含水量每降低10％， 则强度可增加(10～50)%。（粉喷桩含水量过低强度 下降）
（6）土体加固后，重度基本不变，软弱下卧层 不致产生较大附加沉降 ；
水 泥 土 的 形 成
水泥土搅拌法
水泥土搅拌法
水泥土搅拌法是一种常用的土壤处理方法，用于改善土壤的力学性能和工程用途。
以下是水泥土搅拌法的步骤：
1. 准备工作：首先，需要确定搅拌区域，并对该区域进行清理和平整。
清理掉任何垃圾、杂草等，并确保地面平整平坦。
2. 施工准备：将所需的水泥和水泥土原料准备好。
确保水泥和土壤按照设计比例进行混合。
根据需要，还可以加入一些外加剂，如增强剂、掺合剂等。
3. 搅拌：将水泥和土壤放入一个混合设备（如搅拌机、混凝土搅拌车等），按照一定的比例进行搅拌。
具体搅拌时间和速度可以根据土壤的类型和需求进行调整。
4. 检查：在搅拌过程中，需要不断检查土体的湿度和均匀性。
如土体过干，可适量加水；如土体不均匀，应继续搅拌直到均匀。
5. 散布：将搅拌后的水泥土均匀地散布在施工区域。
可以使用推土机、铲车等设备进行整地。
6. 压实：使用轮胎压路机、震动压路机等设备对散布的水泥土进行压实，以提高其密实度和强度。
7. 养护：完成施工后，需要对新施工的水泥土进行养护，防止干裂和开裂。
常见的养护方法包括覆盖保护层、喷水保湿等。
水泥土搅拌法适用于土壤改良、路基加固、地基处理等工程中，通过混合水泥和土壤，可以提高土壤的强度、稳定性和耐久性。
水泥土搅拌法
计规范》计算确定。
3.9 水泥土搅拌法
1.工艺流程：
3.9 水泥土搅拌法
3.9.4 施工要点
2. 深层搅拌施工前应先整平场地，清除 桩位处地上、地下一切障碍物(包括大块 石、树根和生活垃圾等)，场地低洼处用 粘性土料回填夯实，不得用杂填土回填。
3.9 水泥土搅拌法
3.9.4 施工要点
3.施工前应标定搅拌机械的灰浆泵输浆量、 灰浆经输浆管到达搅拌机喷浆口的时间和 起吊设备提升速度等施工参数，并根据设 计要求通过成桩试验，确定搅拌桩的配合
多层砖混结构房屋条形基础下的地基加固。
用于地下临时挡土结构时，可按重力式挡
土墙设计。
5.1.3 构造及材料
3.9 水泥土搅拌法
3.9.3 构造及材料
4.深层搅拌桩的布置： （3）格栅状或块状 将纵横两个方向的相邻桩搭接而形成格栅 状或块状。荷载大，不均匀下沉控制严格
的地基进行加固时采用。软土地区开挖深
水泥土搅拌法
1 特点和适用范围
2.适用范围： 淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且地基 承载力标准值不大于120kPa的粘性土地基， 对超软土效果更为显著。当用于处理泥炭土 或地下水具有侵蚀性时，宜通过试验确定其 适用性。冬季施工时应注意负温对处理效果 的影响。在深基坑开挖时用于防止坑壁及边 坡塌滑、坑底隆起等，以及作地下防渗墙等 工程上。
比。
3.9 水泥土搅拌法
3.9.4 施工要点
4.施工使用的固化剂和外掺剂必须通过加 固土室内试验检验才能使用。固化剂浆液 应严格按预定的配合比拌制，并应有防离 析措施。泵送必须连续，拌制浆液、固化
剂与外掺剂的用量以及泵送浆液的时间等
应有专人记录。
3.9 水泥土搅拌法
11.水泥土搅拌法
由于墙前、墙后有显著的地下水位差，墙后又有地表面超载， 故整体稳定性计算是设计中的一个主要内容，计算时采用圆弧滑 动法；渗流力的作用采用替代法，稳定安全系数采用总应力法计 算：
c i li ( q i bi W i ) co s
i 1 n n
K
i 1
。
设计计算
(3) 抗滑移计算
按重力式挡墙计算墙体沿底面滑动的安全系数
Kc
W tg c 0 B Ea E
p
c0
——墙底土层的粘聚力和内摩擦角，由于搅拌成桩 时水泥浆液和墙底土层拌和，可取该层土试验 指标的上限值； K c ——抗滑移安全系数, K 1 .3 。 c
0
设计计算
3
3
施工工艺
水泥浆搅拌法施工工艺 粉体喷射搅拌法施工工艺
施工工艺
水泥土搅拌法施工工艺流程
质量检验
1.标准贯入试验 2.静力触探试验
3.取芯检验
4.截取桩段作抗压强度试验
5.静载荷试验
6.开挖检验
设计计算
2.壁状加固地基
沿海软土地基在密集建筑群中深基坑开挖施工时， 常使临近建筑物产生不均匀沉降或地下各种管线设施损 坏而影响安全。 上海迄今所进行的水泥土搅拌桩(喷浆)工程多数是 侧向支护工程，其基本施工方法是采用深层搅拌机，将 相邻桩连续搭接施工，一般布置数排搅拌桩在平面上组 成格栅形。 采用格栅形布板优点是：①限制了格栅中软土的变 形，也就大大减少了其竖向沉降；②增加支护的整体刚 度，保证复合地基在横向力作用下共同工作。
设计计算
(2) 抗倾覆计算
按重力式挡墙绕前趾A点的抗倾覆安全系数
1 K0 M M
第11章--水泥土搅拌法
地基加固
支护结构
——水泥土墙11.2 Nhomakorabea固机理一、加固机理
1.水泥的水解水化反应 2.土颗粒与水泥水化物的作用
（1）离子交换和团粒化作用 （2）硬凝反应 3.碳酸化作用
1. 水泥的水解和水化反应
⑴硅酸三钙：在水泥中含量最高(50％)，是决定 强度的主要因素。
⑵硅酸二钙：在水泥中含量较高(25%)，它主要 产生后期强度。
盐水泥，水泥掺量宜为12％～20％。 （2）桩长 宜穿透软弱土层到达承载力相对较高的土
层。湿法加固深度不宜大于20m，干法加固深度 不宜大于15m。
（3）加固范围和平面布置 加固范围：水泥搅拌桩既与钢筋混凝土桩
不一样，也与散体材料桩不一样，其刚度介于 两者之间，因此其加固范围可仅布置在基础范 围内，而不必像散体材料一样，在基础以外设 置保护桩。
（2）硬凝反应
在碱性环境下，溶液中析出大量的钙离子，与二氧化硅或三 氧化铝产生化学反应，生成不溶于水的铝酸钙等结晶水化物。在 水中和空气中逐渐硬化，提高水泥强度，使水泥具有足够的水稳 定性。
3. 碳酸化作用
水泥水化物中游离的氢氧化钙吸收水中和空气中的二氧化 钙，发生碳酸化作用，生成不溶于水的碳酸钙。
⑶铝酸三钙：占水泥总量的10％左右，水化速度 最快，促进早凝。
⑷铁铝酸四钙：占水泥总量的10％作用，能促进 早期强度。
⑸硫酸钙：含量3％左右，生成“水泥杆菌”状 的化合物，能将大量自由水一结晶水形式固定下来， 使土中自由水减少。
2. 粘土颗粒与水泥水化物的作用
（1）离子交换和团粒化作用
粘土颗粒带负电，吸附阳离子，形成胶体分散体系。表面带 有钾离子或钠离子，可与水泥水化反应的钙离子进行离子交换， 产生凝聚，形成较大的团粒，提高土体强度。
水泥土深层搅拌法[精]
![水泥土深层搅拌法[精]](https://img.taocdn.com/s3/m/e401eaddaeaad1f347933f00.png)
1、水泥的水解和水化反应 2、离子交换和团粒化作用 3、硬凝反应 4、碳酸化作用
（五）水泥搅拌法施工工艺
地基处 理技术
1、施工机械
• 国外搅拌机械于七十年代中期才正式应用于工程实践，有陆上和 水上专用的，也有深层和浅层搅拌的，有多轴和单轴的，还有单 轴叶片喷浆和双轴中心管喷浆等各种形式。
• 我国第一台专用的SJB—1型搅拌机是双搅拌头、中心管输浆方 式的中型机械，它包括电机、减速器、搅拌轴、搅拌头、中心管、 输浆管等部件。其动力是采用两台30kW的潜水电机。固化剂是 通过灰浆泵从中心管下端管口压开单向球阀而注入被加固土中的。 搅拌机与吊装机是由导向系统配合使用。搅拌头直接影响水泥浆 和软土的拌和均匀程度，决定着地基的加固效果。
（7）移位。钻头提升至地面后，钻机移位对准另一个桩孔，重复上述步骤 进行下一根桩的施工
3、质量检验
（1）开挖检验 （2）取芯检验和室内试验 （3）静载荷试验 （4）沉降观测
地基处 理技术
地基处 理技术
1—节流阀； 2—流量计； 3－气水分离器； 4—安全阀； 5—管道压力表； 6—灰罐压力表； 7—发送器转鼓； 8—灰罐
2．施工工艺
地基处 理技术
（1）放样定位。
（2）桩体对位。移动钻机，使钻头对准设计桩位。
（3）下钻。启动粉喷搅拌机和空气压缩机，使钻头边旋转边钻进，被加固 的土体在原位受到钻头的扰动。
2.6 水泥土深层搅拌法
（一）概述
地基处 理技术
水泥土深层搅拌法是利用水泥（或石灰）等材料作
为固化剂。通过特制的深层搅拌施工机械，在地基深处将 软土和固化剂（浆液或粉体）强制搅拌，硬化后形成具有 整体性、水稳定和一定强度的水泥加固土，从面提高地基 强度，增大其变形模量。
水泥土搅拌法PPT课件
(2) 柱状水泥土搅拌桩复合地基的设计计算 ① 固化剂 固化剂宜选用强度等级为32.5级及以上的普通硅酸盐水泥。 水泥掺量除块状加固时可用被加固湿土质量的7％～12％外，其 余宜为12％～20％。湿法的水泥浆水灰比可选用0.45～0.55。外 掺剂可根据工程需要和土质条件选用具有早强、缓凝、减水以及 节省水泥等作用的材料，但应避免污染环境。 ② 桩长 水泥土搅拌桩的设计，主要是确定搅拌桩的置换率和长度。 竖向承载搅拌桩的长度应根据上部结构对承载力和变形的要求确 定，并宜穿透软弱土层到达承载力相对较高的土层。为提高抗滑 稳定性而设置的搅拌桩，其桩长应超过危险滑弧以下2m。 湿法的加固深度不宜大于20m，干法的加固深度不宜大于15m。
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③ 相对密度 由于水泥的相对密度为3.1，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。水泥土相对密度比天然软土的相对密度 增加0.7％～2.5％。 ④ 渗透系数 水泥土的渗透性随水泥掺入比的增大和养护龄期的 增长而减小，一般可达10-8~10-5cm/s数量级。水泥加固 淤泥质粘土能减小原天然土层的水平向渗透系，这对深 基坑施工是有利的，可以利用它作为防渗帷幕。
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2 加固机理 (1) 水泥的水解和水化反应 普通硅酸盐水泥主要是由氧化钙、二氧化硅、三氧化 二铝、三氧化二铁及三氧化硫等组成，由这些不同的氧化 物分别组成了不同的水泥矿物：硅酸三钙、硅酸二钙、铝 酸三钙、铁铝酸四钙、硫酸钙等。用水泥加固软土时，水 泥颗粒表面的矿物很快与软土中的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。 (2) 土颗粒与水泥水化物的作用 当水泥的各种水化物生成后，有的自身继续硬化，形 成水泥石骨架；有的则与其周围具有一定活性的粘土颗粒 发生反应。
工程基础知识：地基处理方法之水泥土搅拌法
岩土工程基础知识：地基处理方法之水泥土
搅拌法
水泥土搅拌法分为浆液深层搅拌法（简称湿法）和粉体喷搅法（简称干法）。
水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粘性土、粉土、饱和黄土、素填土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。
不宜用于处理泥炭土、塑性指数大于25的粘土、地下水具有腐蚀性以及有机质含量较高的地基。
若需采用时必须通过试验确定其适用性。
当地基的天然含水量小于30%（黄土含水量小于25%）、大于70%或地下水的pH值小于4时不宜采用于法。
连续搭接的水泥搅拌桩可作为基坑的止水帷幕，受其搅拌能力的限制，该法在地基承载力大于140kPa的粘性土和粉土地基中的应用有一定难度。
10.水泥土搅拌桩课件
第十六页，共三十三页。
❖ 水泥土搅拌(jiǎobàn)桩的施工 （一）粉体喷射(pēnshè)搅拌法(粉喷桩法)
1.施工方法：
通过专用的施工机械，将搅拌钻头下沉到预计孔底后， 用压缩空气将固化剂（生石灰或水泥粉体材料(cáiliào)）以雾 状喷入加固部位的地基土，凭借钻头和叶片旋转使粉体加
水泥土(nítǔ)搅拌桩法
第一页，共三十三页。
概述
1.定义: 水泥土搅拌桩法是以水泥等材料作为固化剂，通过特
制的深层搅拌机械，将固化剂(浆体或粉体)和地基土强 制搅拌，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强 度(qiángdù)的桩体的地基处理方法。 2.适用于：正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄 土、素填土、黏性土以及无流动地下水的饱和松散砂土 地基。 3.分类：
第三十一页，共三十三页。
桩长和桩径的确定
竖向承载搅拌桩的长度应根据上部结构对承载力 和变形的要求确定，并宜穿透软弱(ruǎnruò)土层到达承 载力相对较高的土层；为提高抗滑稳定性而设置的 搅拌桩，其桩长应超过危险滑弧以下2m。
湿法的加固深度不宜大于20m；干法的加固深度不 宜大于15m。水泥土搅拌桩的桩径不应小于500mm。
第十五页，共三十三页。
❖ 水泥土搅拌(jiǎobàn)桩的特点
(1)在地基加固过程中无振动、无噪声、对周围环境无污
染，对软土无侧向挤压，对邻近建筑物影响很小；
(2)可根据上部结构需要灵活采用柱状、壁状、格栅状 和块状等多种加固形状；
(3)可有效(yǒuxiào)提高地基强度(当水泥掺量为8%和 10%时，加固体强度分别为0.24MPa和0.65MPa，而 天然软土地基强度仅0.006MPa)；
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第11讲 水泥土搅拌法§11.1 §11.2 §11.3 §11.4 §11.5 概 述 加固机理 水泥土的基本性质 设计计算 施工工艺示例 作业§11.1 概 述¾ 定 ¾ 分 义 类¾ 加固直径和深度 ¾ 适用条件水泥土搅拌法定义又称“就地搅拌法”（MIP），利用水泥材料 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强制搅拌，在产生一系 列的物理、化学反应后形成具有整体性、水稳 定性和一定强度的水泥土桩或墙，从而或者形 成桩体复合地基，或者形成水泥土桩墙支挡结 构。
水泥土搅拌法分类9 按注入固化剂的状态分（1）粉喷法：w≥60％； （2）浆喷法：w＝40～60％。
9 按搅拌头的数目分（1）单头：圆形； （2）双头：∞字型； （3）多头。
9 按是否配加劲材料（1）加劲搅拌桩：SMW法； （2）不加劲搅拌桩。
加固直径和深度9国内 直径：d单轴＝500～600mm，d双轴＝700mm； 深度：一般 h = 30 m以内，有效18m以内。
9国外 如日本：dmax＝1.8m，Amax＝9.5m2， hmax＝60m以上。
适 用 条 件9 适 用： 正常固结的淤泥、淤泥质土、素填土、黏性土 （软塑、可塑）、粉土（稍密、中密）、粉细砂 （松散、中密）、中粗砂（松散、稍密）、饱和 黄土等土层。
9 不适用： 含大孤石或障碍物较多且不易清除的杂填土、欠 固结的淤泥和淤泥质土、硬塑及坚硬的黏性土、 密实的砂类土，以及地下水渗流影响成桩质量的 土层。
适 用 条 件9 不宜用： 地基土的含水量小于30%（黄土含水量小于25%） 9 需要注意： 冬期施工时，负温对处理地基效果的影响 9 需试验确定适用性： 泥炭土、有机质土、PH值小于4的酸性土、塑性 指数大于25的黏土，或在腐蚀性环境中以及无工 程经验的地区§11.2 加固机理¾ 水泥的水解和水化反应¾ 水泥水化物与土颗粒的作用• 离子交换和团粒化作用 • 硬凝反应¾ 碳酸化作用水泥的水解和水化反应普通硅酸盐水泥由CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等组 成，由这些不同的氧化物分别组成了不同的水泥矿物 ： 3CaO⋅SiO2、2CaO⋅SiO2、3CaO⋅Al2O3、4CaO⋅Al2O3 ⋅FeO3等。
普通硅酸盐水泥和水反应生成Ca(OH)2、含水 硅酸钙、含水铝酸钙、含水铁酸钙等水化物。
而Ca(OH)2、含水硅酸钙能迅速溶于水，可使水泥 颗粒表面露出与水再反应。
如此反复可使水泥充分发生 水解。
离子交换和团粒化作用（1）SiO2（土中）+ H2O → 硅酸胶体微粒，其表 面带有Na+或 K+，它们与 Ca(OH)2中的 Ca2+ 当量 吸附交换，使较小的土颗粒形成较大的土团粒。
（2）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，产生很大的表面能，具有强 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。
硬 凝 反 应水泥水化析出的大量钙离子，当其数量超过离 子交换的需要后，在碱性环境中，与土中的SiO2、 Al2O3反应，生成不溶于水的稳定结晶化合物（低 钙水化物），增大了水泥土的强度。
扫描电镜发现：先是水化物结晶萌芽(1周)→纤维网状结晶(1月)→网状构造(5个月)。
碳 酸 化 作 用此外，水泥中游离的Ca(OH)2吸收水中 和空气中的CO2，生成不溶于水的CaCO3， 这种反应慢，幅度较小。
§11.3 水泥土的基本性质¾ 水泥土的物理性质 ¾ 水泥土的力学性质• 无侧限抗压强度 • 抗剪强度 • 压缩系数和压缩模量 • 抗拉强度 • 变形模量¾ 水泥土抗冻性质水泥土的物理性质① 含水量w：水泥水化反应，部分自由水以 结晶的形式固定下来，水泥土含水量比原土样降 低 0.5～7.0％； ② 重度γ：增大 0.5～3.0％； ③ 相对密度：比天然软土稍大； ④ 渗透系数：随水泥掺入比的增加和养护龄 期的增加，渗透系数减小，可达 10-5～10-8cm/s水泥土的力学性质__ fcu♦ fcu(无侧限)＝0.3～4.0MPa，比天然软土大几十倍至数百倍，变形特征随强度不同而介于脆性体与弹塑性体之间。
¾σ ~ ε关系曲线如下图； 9σ < (0.7～0.8)σu，呈直线； 9σu< 2MPa，表现为塑性破坏； σu >2MPa，表现为 脆性破坏。
σ /kPa3500 3000 2500 2000 1500 1000 500A25 A20 A15 A10 A50 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 ε （%）水泥土的力学性质__ fcu♦ 影响因素：① 水泥掺入比aw对强度的影响 ② 龄期对强度的影响 ③ 水泥标号对强度的影响 ④ 土样含水量对强度的影响 ⑤ 土样有机质含量对强度的影响 ⑥ 外掺剂对强度的影响 ⑦ 养护方法对强度的影响（略）① 水泥掺入比aw对强度的影响：掺入水泥重量 水泥掺入比 aw = 加固软土湿重量 ×100%要求：增强体的aw≥12％，块状加固时aw≥加固 天然土质量的7％，湿法的水灰比取0.5～0.6 水泥土的强度随着aw的增加而增大。
aw = (5 ~ 16)%： f cu,aw f cu,aw =12 = 41.582 a1.7695 w1.7736aw1 f cu1 ⎛ aw1 ⎞ aw = (5 ~ 20)%, = 0.33 ~ 3.0： =⎜ ⎟ aw2 f cu2 ⎝ aw2 ⎠② 龄期对强度的影响 水泥土强度随龄期的增长而增长，28d后仍有明显增 长。
选用3个月龄期时水泥土的强度作为标准强度较为 合适。
见图所示。
在aw＝(5～20)%，aw1/aw2=0.33～3.0，T＝(7～90)天 之间，有如下经验关系式：1.8095 0.4119f cu1 ⎛ aw1 ⎞ =⎜ ⎟ f cu2 ⎝ aw2 ⎠⎛ T1 ⎞ ⋅⎜ ⎟ ⎝ T2 ⎠③ 水泥强度等级（水泥标号）对强度的影响 水泥标号增大100号，fcu约增大(50～90)％； 若要求 fcu 相同，水泥标号提高100号，可降低 (2～3)％的 aw。
④ 土样含水量对强度的影响 ¾ 水泥土的 fcu 随土样的含水量的降低而增大。
¾ w土从157％降低到47%时， fcu随则从260kPa增加 到2.32MPa。
¾一般 w土 每减小 10％，则 fcu 增大（10～50）％。
⑤ 土样有机质含量对强度的影响 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。
因为含有机质软土具有较大的水溶性、膨胀性 和低渗透系数 k，且具酸性，这些会阻碍水泥的水 化反应的进行。
有机质含量高的软土，用水泥土桩加固效果较 差。
⑥ 外掺剂对强度的影响 不同的外加剂，对 fcu 有不同的影响。
如： a．木质素磺酸钙对 fcu 的增大影响不大，主要起 减水作用； b．石膏、三乙醇胺对水泥土 fcu 有增大作用； c．粉煤灰加入，一般 fcu 可增大10％。
水泥土的力学性质__ 抗拉强度σt¾ 水泥土的 σt 随 fcu 增大而提高。
¾ 当 fcu ＝0.5～4.0 MPa时，σt＝0.05～0.7MPa ， ¾ 一般 σt＝(0.06～0.3) fcu； ¾ 据叶观宝试验结果的回归分析，有σ t = 0.0787 f0.8111 cu水泥土的力学性质__ c、ϕ¾ 水泥土的抗剪强度随 fcu 增大而提高。
¾ 当 fcu ＝0.3～4.0 MPa时，粘聚力c＝0.10～1.0MPa≈(0.2～0.3)fcu；内摩擦角 ϕ ＝20°～30°；据叶观宝试验结果的回归分析，有c = 0.2813 f0.7078 cu水泥土的力学性质__ 变形模量E50¾ 变形模量 E50，即为σ⊥＝0.5 fcu 时的应力与应变的比值。
¾E50与 fcu 大致成正比关系。
E50 = 126 f cu水泥土的力学性质__ a、Es9 压缩系数 a＝(2.0～3.5)×10-5 kPa-1；9 压缩模量 Es＝(60～100) MPa。
水泥土的抗冻性能抗冻试验表明：9 自然冰冻不会造成水泥土深部的结构破坏。
9 水泥土长期冰冻后的强度与冰冻前段强度相 比几乎没有增长。
9 在自然温度不低于-15℃的条件下，冰冻对水 泥土结构损害甚微。
§11.4 设计计算¾ 方案拟定 ¾ 柱状加固地基设计计算 ¾ *水泥土挡墙设计计算方 案 拟 定¾ 地基勘察要求设计前，土层厚度、分布，地下障碍物情况，地 下水位及其运动规律，以及相关土层的物理、力学性 质指标、塑性指数、pH值、硫酸盐含量、可溶盐含 量、有机质含量、总烧失量等。
¾ 施工机具设备设计前，了解搅拌机架平面尺寸和高度、运行方 式和最大钻搅深度，搅拌翼直径，水泥粉（浆液）输 送设备情况等。
方 案 拟 定¾ 固化剂配合比设计前，应根据要处理地基土进行室内配合比试 验，选择合适的固化剂、外掺剂及其掺量，为设计提 供不同龄期、不同配比的强度参数。
¾ 设置褥垫层基础和桩之间褥垫层厚度可取200～300mm，材 料可选中砂、粗砂、级配碎石等，粒径不大于20mm。
¾ 加围范围的确定可仅在基础范围内布桩，不必设置保护桩。
柱状加固地基设计计算（1）单桩竖向承载力 （2）复合地基的 fspk 设计计算 （3）沉降验算 （4）复合地基设计计算流程 （5） *水泥土搅拌桩优化设计单桩竖向承载力计算¾ 单桩承载力特征值应由载荷试验确定，或按下式确定：Ra = min {η ⋅ f cu ⋅ Ap , u p ∑ qsi l pi + α p q p Ap }桩周第i层土侧阻力特征值 桩端阻力发挥 桩端端阻力特 强度折减系数，干法 水泥土立方块 90d 淤泥：4～ 7kPa ； 系数， 0.4～8 0.6 征值 0.2～0.25；湿法0.25 强度平均值 淤泥质土： ～12kPa ； 粘土：12～15kPa； ¾ 搅拌桩端长度 ：应根据上部结构对地基承载力和变形的要求 确定，并应穿透软弱土层到达地基承载力相对较高的土层；当 设置的搅拌桩同时为提高地基稳定性时，其桩长应超过危险滑 弧以下不少于2m；干法的加固深度不宜大于15m，湿法加固深 度不宜大于20m。