水泥土搅拌桩原理及施工工艺
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水泥土搅拌桩原理及施工工艺1、概述水泥土搅拌法是用于加固饱和粘性土地基的一种新方法。
它是利用水泥(或石灰)等材料作为固化剂,通过特制的搅拌机械,在地基深处就地将软土和固化剂(浆液或粉体)强制搅拌,由固化剂和软土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水泥加固土,从而提高地基强度和增大变形模量。
根据施工方法的不同,水泥土搅拌法分为水泥浆搅拌和粉体喷射搅拌两种。
前者是用水泥浆和地基土搅拌,后者是用水泥粉或石灰粉和地基土搅拌。
水泥土搅拌法分为深层搅拌法(以下简称湿法)和粉体喷搅法(以下简称干法)。
水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、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。
水泥加固土的室内试验表明,有些软土的加固效果较好,而有的不够理想。
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。
2、加固机理水泥加固土的物理化学反应过程与混凝土的硬化机理不同,混凝土的硬化主要是在粗填充料(比表面不大、活性很弱的介质)中进行水解和水化作用,所以凝结速度较快。
而在水泥加固土中,由于水泥掺量很小,水泥的水解和水化反应完全是在具有一定活性的介质─土的围绕下进行,所以水泥加固土的强度增长过程比混凝土为缓慢。
1.水泥的水解和水化反应普通硅酸盐水泥主要是氧化钙、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。
水泥土搅拌桩施工工艺水泥土搅拌桩是一种常用的地基处理方法,广泛应用于建筑、交通、水利等领域。
本文将介绍水泥土搅拌桩的施工工艺,包括施工步骤、设备准备和施工注意事项等内容。
一、施工步骤1. 前期准备:确定桩的位置和数量,并进行现场勘察,了解地质条件和土壤情况。
根据勘察结果,设计桩的直径、深度和间距等参数,并制定详细的施工方案。
2. 设备准备:准备好所需的设备和工具,包括搅拌机、钻机、注浆设备等。
检查设备的工作状态,确保正常运行。
3. 桩孔钻探:根据设计要求,在桩位上进行桩孔钻探。
钻孔深度一般为设计桩身深度的1.2-1.5倍,钻孔直径略大于桩身直径。
4. 搅拌注浆:将搅拌机的搅拌头伸入钻孔底部,开始搅拌注浆。
搅拌时,将水泥、砂浆和水按一定比例投入搅拌机中,搅拌均匀后注入钻孔中。
同时,用注浆设备将水泥浆注入钻孔中,使其充分填充孔隙。
5. 拔管与养护:搅拌注浆完成后,拔出搅拌头,同时进行桩身养护。
在养护期间,要保持桩身湿润,避免过早干燥导致裂缝。
6. 检测与验收:待桩身养护完成后,进行桩身的检测和验收。
检测包括桩身的强度、直径和垂直度等指标,验收合格后方可进行下一步工序。
二、设备准备1. 搅拌机:搅拌机是水泥土搅拌桩施工的关键设备,用于将水泥、砂浆和水充分混合,并将混合物注入钻孔中。
搅拌机应具备搅拌均匀、搅拌效率高等特点。
2. 钻机:钻机用于进行桩孔钻探,选择适当的钻机可以提高施工效率和钻孔质量。
钻机应具备钻孔深度足够、钻孔直径可调节等功能。
3. 注浆设备:注浆设备用于将水泥浆注入钻孔中,充分填充孔隙,提高桩身的强度和稳定性。
注浆设备应具备注浆均匀、注浆压力可调节等特点。
三、施工注意事项1. 施工前应进行现场勘察,了解地质条件和土壤情况,为施工方案的制定提供依据。
2. 搅拌注浆过程中,应注意搅拌时间和搅拌速度的控制,确保搅拌均匀。
3. 注浆时,应根据钻孔的情况和注浆设备的性能,控制注浆压力和注浆速度,以充分填充孔隙。
水泥土搅拌桩的加固原理一、水泥土搅拌桩的形成原理水泥土搅拌桩是通过将水泥与土壤进行混合搅拌形成的一种桩体结构。
在施工过程中,先将水泥与土壤按一定比例送入搅拌桩机中,搅拌机会将水泥与土壤进行充分混合,并将混合物排入地下形成桩体。
水泥的硬化过程将土壤与水泥牢固地结合在一起,形成了具有一定强度和稳定性的桩体。
水泥土搅拌桩的加固原理主要包括以下几个方面:1. 增加土体的强度:水泥与土壤混合后形成的桩体具有较高的强度,可以增加土体的整体强度。
水泥的硬化过程会形成固结体,使土壤颗粒之间产生桥接作用,从而提高土体的抗剪强度和承载力。
2. 提高土体的稳定性:水泥土搅拌桩可以改变土体的物理性质,使其变得更加稠密、均匀,并增加土体的内摩擦角,从而提高土体的稳定性。
水泥的硬化过程还可以填充土壤颗粒间的空隙,减小土体的孔隙比,提高土体的密实度和稳定性。
3. 分散荷载:水泥土搅拌桩可以通过桩体的分散作用将荷载传递到较深的土层,从而减轻上部结构对地基的荷载压力。
水泥土搅拌桩的桩身直径较大,可以增加桩身与土壤的摩擦力,提高桩体的承载能力。
三、水泥土搅拌桩的应用水泥土搅拌桩广泛应用于各类土木工程中,特别是在地基处理和土体加固方面具有重要作用。
其主要应用包括以下几个方面:1. 地基加固:水泥土搅拌桩可以用于地基处理,增加地基的承载能力和稳定性。
在土地沉降较大或土质较差的地区,可以通过水泥土搅拌桩来加固地基,提高地基的承载能力和稳定性。
2. 土体加固:水泥土搅拌桩可以用于土体加固,特别是在软土地区。
通过水泥土搅拌桩的施工,可以改变土体的物理性质,提高土体的强度和稳定性,从而保证工程的安全性。
3. 抗液化处理:在地震区或液化灾害易发地区,水泥土搅拌桩可以用于抗液化处理。
通过水泥土搅拌桩的施工,可以提高土体的抗液化能力,减轻地震引起的液化灾害。
四、总结水泥土搅拌桩是一种常用的土木工程加固方法,通过混合搅拌水泥和土壤形成桩体,可以增加土体的强度和稳定性。
水泥土搅拌桩适用性、施工工艺、要求及质量检验方法1、水沙粒搅拌桩概述水泥土搅拌桩是冰所称利用水泥土搅拌机,钻进地基土中同样深度后,喷出水泥浆液,将强逼钻孔深度内的地基土与浆液强行拌和,使软土硬结成具有总的来说、水稳定性和一定应力的桩体;根据固化剂休眠状态的不同,水泥土搅拌法又分为两种,重复使用当使用水泥浆作为固化剂时,称为深层搅拌法(deepmixing,简称湿法),当添加水泥粉作为固化剂时,称为粉体喷搅法(dryjetmixing,简称干法)。
我国对搅拌桩的研究始于1977年,眼下的主要用途是加固软土地基,从20世纪90年代末期开始大量用于基坑支护。
起初一般是单轴搅拌,发展到今天,主要使用单轴双轴及三轴搅拌机,蒸煮功率大大提高,由于目前国内大量应用的多为650mm、850mm和1000mm三种。
2、水泥土拌桩适用性水泥土搅拌法适用于加固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,用于处理泥炭土、有机质土、塑性指数。
大于25的黏土、地下水具有腐蚀性时以及无经验的地区,必须通过现场试验确定会场其适用性。
3、水泥土的物理力学性质(1)物理性质1)重度∶水泥土的重度主要就与被加固土体的性质、水泥除去凝胶比以及所用水泥浆液有关。
一般情况下,水泥土的沙石重度比天然软土重度增加0.5%~3.0%。
2)含水量∶泉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,故水淤泥的含水量略低于远高于原土样的含水量,一般比原土样含水量减少0.5%~7.0%,且随着水泥掺入比的缩减增加而减小。
3)相对密度∶水泥的相对密度大约为3.1,一般软土的相对密度为2.65~2.75,水泥土相对密度比天然的相对密度增加0.7%~2.5%。
4)渗透系数∶水减小的渗透系数随水泥掺入比的增大和养护龄期的增长而泥土,一般可达10-5~10-cm/s数量级。
双向水泥土搅拌桩干法施工原理一、干法施工原理双向水泥土搅拌桩干法施工原理主要是利用旋转叶片的旋转搅拌作用,使土与水泥等固化剂经过干搅拌混合均匀,进而形成强度高、稳定性好的水泥土结构。
这种施工方法主要适用于地基处理、挡土墙、防渗墙等工程。
二、双向水泥土搅拌桩的特性1. 高强度:通过合理的配合比和搅拌工艺,双向水泥土搅拌桩可以形成强度高、稳定性好的水泥土结构,具有较高的承载力和抗剪强度。
2. 施工简便:干法施工不需要使用大量的水,设备简单,操作方便,对周围环境影响较小。
3. 环保性:与传统的湿法施工相比,干法施工减少了对地下水的使用和排放,降低了对环境的影响。
4. 适用范围广:双向水泥土搅拌桩干法施工适用于各种土质条件,尤其适用于含水量较高的土层。
三、双向水泥土搅拌桩的施工流程1. 施工准备:清理施工现场,准备好水泥等固化剂材料,调试设备,确定施工参数。
2. 定位放线:根据设计图纸,进行定位放线,确定搅拌桩的位置。
3. 设备就位:将搅拌设备移动至指定位置,调整设备平整度和垂直度。
4. 搅拌施工:启动搅拌设备,使叶片旋转并深入土层,同时注入水泥等固化剂,通过旋转搅拌使土与固化剂混合均匀。
5. 提升注浆管:在搅拌过程中,逐渐提升注浆管,保持注浆压力,直至桩顶标高。
6. 重复搅拌:对于需要加固的土层,可以进行多次搅拌,以增加水泥土的均匀性和稳定性。
7. 移至下一桩位:完成一根搅拌桩后,将设备移至下一桩位,重复以上步骤进行施工。
四、注意事项1. 在施工过程中,应随时监测设备的工作状态和施工参数,确保施工质量。
2. 在搅拌过程中,应注意观察注浆压力和注浆量是否正常,防止出现断桩或夹泥现象。
3. 对于特殊土层,应根据实际情况调整施工参数和技术措施,以保证施工质量。
4. 在施工过程中,应注意环境保护,控制噪音、灰尘等污染物的排放。
五、总结双向水泥土搅拌桩干法施工是一种简便、环保的地基处理方法,具有广泛的应用前景。
水泥土搅拌桩施工工艺流程水泥土搅拌桩是一种常见的桩基础施工工艺,广泛应用于各种建筑工程中。
该工艺通过将水泥、砂、石子等材料混合到一定比例后,注入钢模中进行振捣,最终形成一根混凝土桩。
水泥土搅拌桩施工工艺流程一般包括以下几个步骤:1. 站定钢模首先需要根据设计图纸确定桩的位置和孔径,并设置好钢模。
一般情况下,钢模为钢管制成,可以在施工现场进行制作,具有易于加工、易于运输等优点。
2. 搅拌混凝土在钢模设置完成后,需要进行混凝土的搅拌。
混凝土的配合比需要按照设计要求进行严格控制,以保证桩的质量和强度。
一般情况下,混凝土的配合比为水泥、砂、石子的比例为1:2:4。
3. 浇灌混凝土混凝土搅拌完成后,需要将其倒入钢模中,同时进行振捣。
振捣的目的是使混凝土内部均匀分布,并排除其中的气泡,以确保桩的质量和强度。
4. 拔钢模在混凝土凝固硬化后,需要将钢模从桩身中拔出。
由于混凝土在硬化过程中会与钢模产生粘附力,因此需要采用专业的拔模机械进行拔模,以避免损坏桩身。
5. 确定桩顶标高在完成钢模的拔出后,需要根据设计要求确定桩顶标高,以确保桩的水平度和垂直度。
一般情况下,桩顶标高会根据地面标高和建筑物的设计高度进行确定。
6. 整理桩顶需要对桩顶进行整理和修剪,同时进行清理和保养,以确保桩的质量和强度。
对于重要工程,还需要进行桩身的检测和试验,以确保其满足设计要求。
水泥土搅拌桩施工工艺流程是一个相对复杂的过程,需要在施工过程中严格控制各项参数和环节,以确保桩的质量和强度。
对于建筑工程来说,桩基础是一个非常重要的组成部分,其质量和强度直接关系到整个工程的安全性和稳定性。
水泥土搅拌桩施工方案
水泥土搅拌桩是一种常用的地基处理方法,常用于软土地基的加固和承台的支撑。
下面是一份水泥土搅拌桩施工方案。
1.施工前准备
(1)进行地质勘察,确定软土地基的强度和变形性质。
(2)制定施工方案,确定搅拌桩的孔径、深度、间距等参数。
(3)准备施工机械及工具,包括搅拌装置、挖掘机、测量仪
器等。
2.施工工艺
(1)在施工现场进行标志和测量,确定搅拌桩的位置和间距。
(2)用挖掘机先开挖搅拌桩孔,深度一般为设计要求的1.2倍,直径为设计要求的1.5倍。
(3)将搅拌机安装在挖掘机上,将其放入桩孔内,开始搅拌。
搅拌时间一般为3-5分钟,直至达到设计要求的强度。
(4)在搅拌的同时适量添加水泥和填充材料,以提高桩的稳
定性和承载能力。
(5)搅拌完成后,用摊铺机平整桩顶。
(6)桩顶施工完毕后,进行初步测量和检查,确保桩的质量
达到设计要求。
3.施工注意事项
(1)施工过程中要注意保证搅拌桩的直径和深度的准确性。
(2)搅拌桩中的水泥浆要充分搅拌均匀,确保桩的强度均匀。
(3)搅拌桩的间距和布置要符合设计要求,以保证整个地基
的承载能力均匀分布。
(4)施工现场应保持整洁,将挖掘出的土方及时清理,并及时处理搅拌桩施工中产生的废弃物。
(5)搅拌桩施工完成后,要进行必要的检测和检验,确保桩的质量和强度符合设计要求。
水泥土搅拌桩施工方案的编制旨在明确施工的步骤和要求,保证施工质量和进度。
施工过程中,应严格按照方案的要求进行施工,并及时解决施工中的各种问题和难题,确保工程的顺利进行。
水泥土双向搅拌桩施工方案1. 引言水泥土双向搅拌桩是一种常用的地基处理方法,适用于软弱地基的加固和加固。
本文档旨在介绍水泥土双向搅拌桩的施工方案,包括施工准备、施工工艺、质量控制等方面的内容。
2. 施工准备在进行水泥土双向搅拌桩施工前,需要做好以下准备工作:2.1 确定桩位根据设计要求,确定桩位的位置和数量,并进行标记。
2.2 准备机械设备准备好所需的机械设备,包括搅拌桩机、泥浆泵、水泥罐等,并进行检查和调试。
2.3 准备材料准备所需的水泥、土壤等材料,并按照设计要求进行检测和试验。
2.4 制定施工方案根据设计要求和现场情况,制定详细的施工方案,包括施工工艺、施工顺序等。
3. 施工工艺水泥土双向搅拌桩的施工工艺主要包括以下步骤:3.1 钻孔使用搅拌桩机进行钻孔,钻孔深度按照设计要求进行控制。
在施工过程中,应及时记录钻孔的深度和孔壁的土层情况。
3.2 搅拌桩将搅拌桩机的搅拌头送入钻孔中,启动搅拌桩机进行搅拌。
在搅拌过程中,应注意调整搅拌头的旋转速度和下压力,确保搅拌效果和施工质量。
3.3 注浆在搅拌过程中,使用泥浆泵将水泥浆注入钻孔中,以提高桩身的强度和稳定性。
泥浆的注入速度和浆液浓度应根据设计要求进行控制。
3.4 拔管待搅拌桩的强度达到要求后,使用铁丝绳或拔管机将钻杆从钻孔中拔出,同时进行记录拔管的阻力和长度。
3.5 固结待拔管后,对桩周土体进行固结,以提高地基的整体稳定性。
常用的固结材料包括水泥浆、砂浆等。
4. 质量控制为确保水泥土双向搅拌桩的施工质量,应进行以下质量控制措施:4.1 施工记录在施工过程中,及时记录相关的施工参数,包括钻孔深度、搅拌参数、注浆参数等,以便后期的质量验收和问题分析。
4.2 抽样检测对施工过程中的土壤样品和水泥浆样品进行抽样检测,以确保材料的质量和施工效果。
常用的检测项目包括土壤含水量、固结时间、抗压强度等。
4.3 施工验收对施工完成后的水泥土双向搅拌桩进行验收,包括桩的尺寸、强度和形状等方面的检查。
水泥土搅拌桩施工工艺流程概括水泥土搅拌桩是一种常见的地基处理方法,广泛应用于建筑工程中。
它通过将水泥和土壤进行混合,形成一种混合物来加固地基。
本文将对水泥土搅拌桩施工工艺流程进行概括介绍。
第一步:前期准备在进行水泥土搅拌桩施工之前,首先需要进行一些前期准备工作。
这包括勘察、设计、方案制定和材料采购等工作。
勘察工作是为了了解工地的地质状况,包括地层情况、土壤性质等,从而为后续的施工工艺做出合理的设计和方案制定。
第二步:施工现场布置根据设计要求和方案制定,需要对施工现场进行布置,包括场地平整、安全设施设置等。
同时,还需要将所需的施工材料送到现场,包括水泥、骨料等。
第三步:钻孔钻孔是水泥土搅拌桩施工的关键步骤之一。
首先,根据设计要求,确定钻孔的位置和深度。
然后使用钻机进行钻孔作业。
钻孔的直径和深度根据具体情况而定,一般直径在0.4-1.2米之间,深度在10-30米之间。
第四步:注水泥在完成钻孔后,需要进行注水泥的工作。
将一定比例的水泥和水进行混合,形成泥浆。
然后使用注泥泵将泥浆送入钻孔中,填充钻孔,与周围的土壤进行混合。
第五步:搅拌在注入一定量的泥浆后,使用搅拌器进行搅拌。
搅拌器通常由刀片和搅拌头组成,可以通过旋转和上下移动的运动来混合泥浆和土壤。
搅拌时间和速度根据具体情况而定,一般为几分钟到几十分钟。
第六步:提升搅拌桩在搅拌完成后,需要使用搅拌桩提升器将搅拌桩提升到设计要求的高度。
在提升过程中,需要注意控制搅拌桩的竖直度和水平度,保证搅拌桩的整体性和稳定性。
第七步:后续处理完成搅拌桩的提升后,需要进行后续处理工作。
这包括桩头的修整、顶面平整和喷浆等工作。
根据实际需要,可以对搅拌桩进行进一步处理,如根据需要加固桩身、增加横向钢筋等。
第八步:验收和保养水泥土搅拌桩施工完成后,需要进行验收工作,包括质量验收和安全验收等。
对合格的搅拌桩进行保养,及时进行维护和修理,以保证搅拌桩的使用寿命和安全性。
综上所述,水泥土搅拌桩施工工艺流程包括前期准备、施工现场布置、钻孔、注水泥、搅拌、提升搅拌桩、后续处理、验收和保养等步骤。
单轴双向水泥土搅拌桩施工工艺概述说明以及解释1. 引言概述:单轴双向水泥土搅拌桩施工工艺是一种常见的地基处理方法,在建筑工程中广泛应用。
该工艺通过使用专用设备将水泥与土壤进行混合,形成固化的土-石材料,从而提高地基的承载力和稳定性。
本文将对单轴双向水泥土搅拌桩施工工艺进行详细介绍,并解释其施工要点及实例分析。
文章结构:本文分为五个部分,分别是引言、单轴双向水泥土搅拌桩施工工艺概述、单轴双向水泥土搅拌桩施工要点解释、实例分析与案例分享以及结论与展望。
首先,在引言中简要介绍了本文的主题和结构,明确了文章的目的和意义。
目的:本文旨在全面介绍单轴双向水泥土搅拌桩施工工艺,并解释其关键要点,帮助读者更好地理解和应用该技术。
此外,通过实例分析与案例分享,读者可以进一步了解该技术在实际项目中的应用效果和问题解决方案。
最后,通过结论与展望部分,本文将总结对单轴双向水泥土搅拌桩施工工艺的认识,并对其未来发展做出展望。
以上是引言部分的内容,介绍了文章的概述、结构和目的。
本文将详细介绍单轴双向水泥土搅拌桩施工工艺的各个方面,包括工艺介绍、施工流程、设备要求以及施工要点解释等内容。
接下来,在第二部分中,我们将开始对单轴双向水泥土搅拌桩施工工艺进行详细的介绍。
2. 单轴双向水泥土搅拌桩施工工艺概述:2.1 工艺介绍:单轴双向水泥土搅拌桩是一种常用的地基处理工艺,通过将水泥与局部土壤进行混合搅拌形成柱状构件,从而改善土壤的力学性质。
其施工原理主要包括两个方面:一是水泥浆通过自重下降至作业深度,并在回提过程中将周围的土壤带入中心,形成纵向填充;二是旋转杆(钻具)依靠自重或外力在钻孔内回旋而使土与水泥充分混合。
这种施工方法可以固化土壤、增加承载能力、降低沉降。
2.2 施工流程:单轴双向水泥土搅拌桩的施工流程一般包括以下几个步骤:第一步,确定施工桩位并进行现场布置。
根据设计要求和图纸确定桩位位置,并设置标志物以便指导施工。
第二步,进行预钻孔操作。
水泥土搅拌桩原理及施工工艺1、概述水泥土搅拌法是用于加固饱和粘性土地基的一种新方法。
它是利用水泥(或石灰)等材料作为固化剂,通过特制的搅拌机械,在地基深处就地将软土和固化剂(浆液或粉体)强制搅拌,由固化剂和软土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水泥加固土,从而提高地基强度和增大变形模量。
根据施工方法的不同,水泥土搅拌法分为水泥浆搅拌和粉体喷射搅拌两种。
前者是用水泥浆和地基土搅拌,后者是用水泥粉或石灰粉和地基土搅拌。
水泥土搅拌法分为深层搅拌法(以下简称湿法)和粉体喷搅法(以下简称干法)。
水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、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。
水泥加固土的室内试验表明,有些软土的加固效果较好,而有的不够理想。
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。
2、加固机理水泥加固土的物理化学反应过程与混凝土的硬化机理不同,混凝土的硬化主要是在粗填充料(比表面不大、活性很弱的介质)中进行水解和水化作用,所以凝结速度较快。
而在水泥加固土中,由于水泥掺量很小,水泥的水解和水化反应完全是在具有一定活性的介质─土的围绕下进行,所以水泥加固土的强度增长过程比混凝土为缓慢。
1.水泥的水解和水化反应普通硅酸盐水泥主要是氧化钙、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。
所生成的氢氧化钙、含水硅酸钙能迅速溶于水中,使水泥颗粒表面重新暴露出来,再与水发生反应,这样周围的水溶液就逐渐达到饱和。
当溶液达到饱和后,水分子虽继续深入颗粒内部,但新生成物已不能再溶解,只能以细分散状态的胶体析出,悬浮于溶液中,形成胶体。
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,如土中含量最多的二氧化硅遇水后,形成硅酸胶体微粒,其表面带有阴离子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Ca++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。
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,并封闭各土团的空隙,形成坚固的联结,从宏观上看也就使水泥土的强度大大提高。
(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一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,从扫描电子显微镜观察中可见,拌入水泥7天时,土颗粒周围充满了水泥凝胶体,并有少量水泥水化物结晶的萌芽。
一个月后水泥土中生成大量纤维状结晶,并不断延伸充填到颗粒间的孔隙中,形成网状构造。
到五个月时,纤维状结晶辐射问外伸展,产生分叉,并相互连结形成空间网状结构,水泥的形状和土颗粒的形状已不能分辨出来。
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。
从水泥土的加固机理分析,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。
两者在空间相互交替,从而形成一种独特的水泥土结构。
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最高。
3、水泥加固土工程性能水泥掺入比为掺加的水泥重量= ×100%被加固软土的湿重量或掺加的水泥重量水泥掺量= (kg/m3)被加固土的体积(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%~7.0%,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上重度增如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。
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为大,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系数随水泥掺入比的增大和养护龄期的增长而减小,一般可达10-5~10-8cm/s数量级。
对于上海地区的淤泥质粘土,垂直向渗透系数也能达到10-8cm/s数量级,但这层土常局部夹有薄层粉砂,水平向渗透系数往往高于垂直向渗透系数,一般为10-4cm/s数量级。
因此,水泥加固淤泥质粘土能减小原天然土层的水平向渗透系数,而对垂直向渗透性的改善,效果不显著。
水泥土减小了天然软土的水平向渗透性,这对深基坑施工是有利的,可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体之间。
影响水泥土的无侧限抗压强度的因素有:水泥掺入比、水泥标号、龄期、含水量、有机质含量、外掺剂、养护条件及土性等。
下面根据试验结果来分析影响水泥土抗压强度的一些主要因素。
①水泥掺入比对强度的影响水泥土的强度随着水泥掺入比的增加而增大,当<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,故在水泥土搅拌法的实际施工中,选用的水泥掺入比必须大于7%。
根据试验结果分析,发现当其它条件相同时,某水泥掺入比的强度与水泥掺入比=12%的强度的比值/ 与水泥掺入比的关系有较好的归一化性质。
由回归分析得到: / 与呈幂函数关系,其关系式如下:(4.2.4-1)(相关系数=0.999,剩余标准差=0.022,子样数=7)上式适用的条件是: =(5~16)%。
在其它条件相同的前提下两个不同水泥掺入比的水泥土的无侧限抗压强度之比值随水泥掺入比之比的增大而增大。
经回归分析得到两者呈幂函数关系,其经验方程式为:(4.2.4-2)( =0.997, =0.015, =14)式中——水泥掺入比为的无侧限抗压强度;——水泥掺入比为的无侧限抗压强度。
上式适用的条件是: =(5~20)%;/ =0.33~3.00。
②龄期对强度的影响水泥土的强度随着龄期的增长而提高,一般在龄期超过28d后仍有明显增长,根据试验结果的回归分析, 得到在其它条件相同时,不同龄期的水泥土无侧限抗压强度间关系大致呈线性关系,这些关系式如下:=(0.47~0.63) =(0.62~0.80)=(1.15~1.46) =(1.43~1.80)=(2.37~3.73) =(1.73~2.82)上式、、、、分别为7d、14d、28d、60d和90d龄期的水泥土无侧限抗压强度。
当龄期超过3个月后,水泥土的强度增长才减缓。
同样,据电子显徽镜观察,水泥和土的硬凝反应约需3个月才能充分完成。
因此水泥土选用3个月龄期强度作为水泥土的标准强度较为适宜。
一般情况下,龄期少于3d的水泥土强度与标准强度间关系其线性较差,离散性较大。
回归分析还发现在其它条件相同时, 某个龄期( )的无侧限抗压强度与28天龄期的无侧限抗压强度的比值与龄期的关系具有较好的归一化性质, 且大致呈幂函数关系。
其关系式如下:(4.2.4-3)( =0.997,=0.037,=5)上式中龄期的适用范围是(7~90)天。
在其它条件相同的前提下,两个不同龄期的水泥土的无侧限抗压强度之比随龄期之比的增大而增大。
经回归分析得到两者呈幂函数关系,其经验方程式为:(4.2.4-4)( =0.992,=0.021,=9)式中──龄期为的无侧限抗压强度;──龄期为的无侧限抗压强度。
上式适用的条件是:=(7~90)天;=0.08~0.67和=1.50~12.85。
综合考虑水泥掺入比与龄期的影响,经回归分析,得到如下经验关系式:(4.2.4-5)式中──水泥掺入比为龄期为的无侧限抗压强度;──水泥掺入比为龄期为的无侧限抗压强度。
上式成立的条件是:=(5~20)%,/ =0.33~3.00;=(7~90)天。
当=时, 应采用式(10-10);当=时, 应采用式(10-2)。
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,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)%。
⑤土样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。
⑥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。