第七章2水泥土搅拌法)

(3) 碳酸化作用 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。 由于搅拌机械的切削搅拌作用，实际上不可避免地会留 下一些未被粉碎的大小土团。在拌入水泥后将出现水泥浆包 裹土团的现象，而土团间的大孔隙基本上已被水泥颗粒填满。 所以，加固后的水泥土中形成一些水泥较多的微区，而在大 小土团内部则没有水泥。只有经过较长的时间，土团内的土 颗粒在水泥水解产物渗透作用下，才逐渐改变其性质。因此 在水泥土中不可避免地会产生强度较大和水稳性较好的水泥 石区和强度较低的土块区。可见，搅拌越充分，土块被粉碎 得越小，水泥分布到土中越均匀，则水泥土结构强度的离散 性越小，其宏观的总体强度也越高。
基坑施工是有利的，可以利用它作为防渗帷幕。
(2) 水泥土的力学性质 ① 无侧限抗压强度及其影响因素。 水泥土的无侧限抗压强度一般为 300~4000kPa ，即 比天然软土大几十倍至数百倍。其变形特征随强度不同 而介于脆性体与弹塑性体之间。 a. 水泥掺入比aw 水泥土的强度随着水泥掺入比的增加而增大(见图714) ，当 aw≤5 ％时由于水泥与土的反应过弱，水泥土固 化程度低，强度离散性也较大，故在深层搅拌法的实际 施工中，选用的水泥掺入比以大于5％为宜。
b. 龄期对强度的影响 水泥土强度随着龄期的增长而增大，在龄期超过 28 天后， 强度仍有明显增长(见图7-15)。为了降低造价，对承重搅拌桩 试块国内外都取90d龄期为标准龄期。对起支挡作用承受水平 荷载的搅拌桩，为了缩短养护期，水泥土的强度标准取28d 龄 期为标准龄期。
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。
① 离子交换和团粒化作用 粘土和水结合时就表现出一种胶体特征，如土中含 量最多的氧化硅遇水后，形成硅酸胶体微粒，其表面带有 钠离子 Na ＋ 或钾离子 K ＋ ，它们能和水泥水化生成的氢氧 化钙中钙离子ca2＋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。 ② 硬凝反应 随着水泥水化反应的深入，溶液中析出大量的钙离 子，当其数量超过离子交换的需要量后，在碱性环境中， 能使组成粘土矿物的二氧化硅及三氧化二铝的部分或大部 分与钙离子进行化学反应，逐渐生成不溶于水的稳定结晶 化合物，增大了水泥土的强度 。
3. 水泥土的物理力学特性 (1) 水泥土的物理性质 ① 含水量 水泥土在硬凝过程中，由于水泥水化等反应，使部分自 由水以结晶水的形式固定下来，故水泥土的含水量略低于原 土样的含水量，水泥土含水量比原土样含水量减少 0.5％～7. ％，且随着水泥掺入比的增加而减小。 ② 重度 由于拌入软土中的水泥浆的重度与软土的重度相近，所 以水泥土的重度与天然软土的重度相差不大，水泥土的重度 仅比天然软土重度增如 0.5 ％～ 3.0 ％，所以采用水泥土搅拌 法加固厚层软土地基时，其加固部分对于下部未加固部分不 致产生过大的附加荷重，也不会产生较大的附加沉降。
水泥土搅拌法可用于增加软土地基的承载能力，减少
沉降量，提高边坡的稳定性，适用于以下情况： ⑴ 作为建筑物或构筑物的地基、厂房内具有地面荷载
的地坪高填方路堤下基层等；
⑵ 进行大面积地基加固、以防止码头岸壁的滑动、深 基坑开挖时坍塌、坑底隆起和减少软土中地下构筑物的沉 降； ⑶ 作为地下防渗墙以阻止地下渗透水流，对桩侧或板 桩背后的软土加固以增加侧向承载能力。
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
粉体喷射搅拌(Dry Jet Mixing Method，简称DJM法)最 早由瑞典人Kjeld Paus于1967年提出了使用石灰搅拌桩加固 15m 深 度 范 围 内 软 土 地 基 的 设 想 ， 并 于 1971 年 Linden— Alimak 公司在现场制成第一根用石灰粉和软土搅拌成的桩， 1974 年获得粉喷技术专利，生产出的专用机械其桩径可达 500mm，加固深度15m。铁道部第四勘测设计院于1983年用 DDP-100型汽车改装成国内第一台粉体喷射搅拌ຫໍສະໝຸດ Baidu，并使用 石灰作固化剂，应用于铁路涵洞加固。 1986 年开始使用水 泥作为固化剂，应用于房屋建筑的软土地基加固。 1987 年 铁四院和上海探矿机械厂制成GPP-5型步履式粉体喷射搅拌 机，成桩直径500mm，加固深度12.5m。当前国内粉体喷射 搅拌机的成桩直径一般在500~700mm范围，深度可达15m。
水泥土搅拌法加固软土技术，具有以下独特的优点： ⑴ 水泥土搅拌法由于将固化剂和原地基软土就地搅拌混合， 因而最大限度地利用了原土； ⑵ 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； ⑶ 搅拌时不会使地基侧向挤出，所以对周围原有建筑物及地 下沟管影响很小； ⑷ 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、基坑工程围护挡墙、基坑被动区加固、防渗帷幕、大体 积水泥稳定土等，其设计灵活，可按不同地基土的性质及工程设 计要求，合理选择固化剂及其配方； ⑸ 根据上部结构的需要，可灵活地采用柱状、壁状、格栅状 和块状等加固形式； ⑹ 与钢筋混凝土桩基相比，可节约大量的钢材，并降低造价。