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第五章 化学固结法 第一节 水泥土搅拌法

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水泥土搅拌桩法介绍PPT(共33页)

水泥土搅拌桩法介绍PPT(共33页)


❖ 深层搅拌法的发展历史： 20世纪40年代首创于美国，国内于1977年由冶金
部建筑研究总院和交通部水运规划设计院研制，1978 年生产出第一台深层搅拌机，并于1980年在上海宝山 钢铁总厂软基加固中获得成功。
深基坑围护水泥搅拌桩机
深层搅拌桩施工现场
❖ 粉体喷射搅拌法（DJM ）：
简称为粉喷（干喷）法，这是在软土地基中， 通过粉喷机械把加固材料（石灰或水泥）的粉料， 用气体喷射到地基中并与土搅拌混合，使粉喷料与 地基土发生化学作用，形成具有一定强度、水稳定 性的加固体，应用于地基加固。
2.施工过程（见下页）
深层搅拌法施工过程
双轴搅拌桩机 直径700，搭接200 桩长10m用于止水
3.优点
与粉体喷射搅拌法相比有其独特的优点：1.加固 深度加深；2.由于将固化剂和原地基软土就地搅拌， 因而最大限度利用了原土；3.搅拌时不会侧向挤土， 环境效应较小。
桩长和桩径的确定
（一）粉体喷射搅拌法(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）以雾状喷入加固部位的地基土，凭借钻头和叶 片旋转使粉体加固料与软土原位搅拌混合，自下而 上边搅拌边喷粉，直到设计停灰标高。为保证质量， 可再次将搅拌头下沉至孔底，重复搅拌。
(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)；
(4)施工机具比较简单，施工期较短，造价低廉， 效益显著。
❖ 水泥土搅拌桩的施工
体，与桩间土形成复合地基承担基础传来的荷载，可 提高地基承载力和改善地基变形特性。有时，当地基 土较软弱、地基承载力和变形要求较高时，也采用壁 式加固，形成纵横交错的水泥土墙，形成格栅形复合 地基。甚至直接将拟加固范围内土体全部进行处理， 形成块式加固实体。
水泥土搅拌法

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。
专业知识二辅导：水泥土搅拌法

专业知识二辅导：水泥土搅拌法

专业知识（二）指导：水泥土搅拌法5.3 水泥土搅拌法 5.3.1 基本知识基本观点水泥土搅拌法分为深层搅拌法 ( 简称湿法 ) 和粉体喷搅法 ( 简称干法 ) 。

水泥土搅拌法是利用水泥等资料作为固化剂，经过特制的搅拌机械，就地将软土与固化剂 ( 浆液或粉体，此中浆液合用于深层搅拌法；粉体合用于 ( 粉体喷搅法 ) 强迫搅拌，使软土硬结成拥有必定整体性、水稳性和必定强度的水泥加固土，进而提升地基承载力和减小沉降量及其余特点变形，以及作为基坑的防渗帷幕、重力式挡土墙。

深层搅拌法可在土中形成水泥土桩、格栅或地下连续墙，办理深度可达 8~12 米。

【15】水泥土搅拌法分为干法和湿法两种，此中干法是指 () 。

A、深层搅拌法； B、粉体喷搅法； C、水位以上水泥土夯实桩法；D、喷粉后加水法；答案：B5.3.1.2 合用范围水泥土搅拌法合用于办理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懈砂土等地基。

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 时不宜采纳干法。

用于办理泥炭土、有机质土塑性指数 Ip 大于 25 的粘土、地下水拥有腐化性时以及无工程经验的地域，一定经过现场试验确立其合用性。

冬天施工时应注意负温对办理成效的影响。

5.3.2 加固机理水泥土搅拌法加固机理包含对天然地基土的加固硬化机理 ( 微观机理 ) 和形成复合地基以加固地基土、提升地基土强度、减少沉降量的机理 ( 宏观机理 ) 。

5.3.2.1 水泥土硬化机理 ( 微观机理 ) 当水泥浆与土搅拌后，水泥颗粒表面的矿物很快与粘土中的水发生水解和水化反响，在颗粒间形成各样水化物。

这些水化物有的持续硬化，形成水泥石骨料，有的则与四周拥有必定活性的粘土颗粒发生反响。

经过离子互换和团粒化作用使较小的土颗粒形成较大的土团粒；经过硬凝反响，渐渐生成不溶于水的稳固的结晶化合物，进而使土的强度提升。

地基处理10 水泥土搅拌法

地基处理10 水泥土搅拌法

0.1.2 水泥土搅拌法的工程应用与发展
2
3
4
10.1.3 10.2 10.2.1 1）固化剂的种类 2）水泥加固软土的作用机理
5
（1）离子交换和团粒化作用 （2）硬凝反应
（3）碳酸化作用
6
3 （1）石灰的吸水、发热、膨胀作用 （2）离子交换作用与土微粒的凝聚作用 （3）化学结合作用（固结反应）
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3）构造要求
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10.4 10.4.1 1 2）施工工艺流程
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3）施工操作要点
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10.4.2 1）设备组成
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2）施工工序 10.5 10.5.1 10.5.2 竣工质量检验 水泥土搅拌桩成桩质量检验方法有浅部开挖、
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1 2 3）标准贯入试验
10 水泥土搅拌法
本章教学要求 了解水泥土搅拌法的概念、工程应用、特点及 适用范围；通过对水泥土固化原理的分析和水泥加 固土的室内外试验情况，熟练掌握柱状水泥土搅拌 桩复合地基的设计计算；了解壁状水泥土搅拌桩挡 墙和拱形水泥土搅拌桩挡墙的设计计算的主要内容； 掌握浆体搅拌法和粉体搅拌法的施工工艺及质量检 测的方法和要求。
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3）竖向水泥土搅拌桩复合地基承载力特征值的计
14
15
4 5 （1）柱状 （2）壁状 （3）格栅状 （4）长短桩相结合
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6）复合地基的变形计算 （1）搅拌桩复合土层的压缩变形s1
（2）桩端以下未加固土层压缩变形s2
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10.3.2 水泥土搅拌桩挡墙的设计计算 1）水泥墙结构形式
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2）水泥土重力式挡土墙计算
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4）静力触探试验
11.水泥土搅拌法

11.水泥土搅拌法

(4) 整体稳定计算
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
水泥土搅拌桩挡墙支护技术详解!

水泥土搅拌桩挡墙支护技术详解!

水泥土搅拌桩挡墙支护技术详解！1、冰泥土搅拌法的原理水树叶搅拌法本是用于地基饱和软黏土加固的一种较常用的地基加固方法。

它是利用水泥作为填料，通过特制的深层搅拌机械，边钻进边往软土中喷射浆液或粉体，在地基深处就地将软土固化成为具有足够的强度、开裂鼓包模量和稳定性的水泥土，从而达到地基加固的目的。

这些加厚柱体与柱体间的土构成了一种复合地基；也可把深层搅拌而成的水树叶深层柱体，逐根紧密排成连续壁状墙体，而作为落幕一种挡土结构和防水帷幕。

水泥土搅拌法是木炭深层搅拌法的一种类型。

目前，固化剂采用的有水泥浆液和干水泥香菇，因此，它有助剂和干法之分，前者又有期指搅拌和单头搅拌之别。

在国内，搅拌的最大的深度可达30m，搅拌加固的柱体直径为500~850mm。

水泥土搅拌法适应于软土地泥土默莱处理，如沿海一带的海滨平原区、河口三角洲、湖盆地沉积的河海相软土。

对于在这类沉积厚度非常大、含水量高、孔隙比大于1.0、抗剪强度低、压缩性高和较低渗透性差的软土地区建造建筑物时，通常都需要进行地基处理和基坑开挖。

水泥土搅拌法具有施工工期短、效率高的特点；在施工过程中，无振动、无噪声、无地面隆起、不排污、不挤土、不污染环境以及施工机具简单、加固费用低廉等功用，尤其是在深基坑支挡结构体系中，水泥土搅拌法也常用作防水帷幕。

因此，它是一种长效的地基处理和基坑支护方法。

2、水泥搅拌桩挡墙支护技术的特点水泥土搅拌法桩挡墙支护技术，具有如下的独特优点（1）最大限度地利用了原土。

（2）搅拌时无振动、无噪声和无污染，可在密集建筑群中工程建设进行施工，对周围地下隧道原有的建筑物及地下沟管影响很小。

（3）根据上部结构的可能需要，可灵活地采用柱状、壁状、格栅状和块状等平面布置，布置挡土的各种形式。

（4）与钢板混凝土桩锚挡土支护相比，可节约钢材并大幅度降低造价。

水泥土搅拌法最适用于加固各种成因的饱和软黏土。

水泥固化剂一般适用于恒定固结的明定淤泥与淤泥质土（规避产生负摩擦力）、黏性土、粉土、素填土（包括冲填土）、饱和黄土、粉砂以及中粗砂、砂砾（当加固粗粒土时，应注意壳状有无明显的流动地下水，以防固化剂尚未硬结而被地下水冲洗掉；也要考虑到钻头阻力的增大而引起搅拌机钻进的困难）等基坑的加固。

深层搅拌桩法

深层搅拌桩法

1）土质分析——有机质含量、可溶盐含量、总烧失量等。
2）水质分析——地下水旳酸碱度（pH）值、硫酸盐含量。
（3）布桩形式旳选择
搅拌桩可布置成柱状、壁状和块状三种形式。
（4）布桩范围确实定 搅拌桩按其强度和刚度能够拟定它是介于刚性桩和柔性桩间旳一种桩
型，但其承载性能又与刚性桩相近。所以在设计搅拌桩时，可仅在上部 构造基础范围内布桩，不必像柔性桩一样在基础以外设置保护桩。
一 水泥土搅拌桩旳设计11.3 设计计算
（1）设计环节 软土地域旳建筑物地基，一般是在满足强度要求旳条件下以沉降控制
进行设计旳，设计环节如下：
1）根据地层构造采用合适旳措施进行沉降计算，由建筑物对变形旳 要求拟定加固深度，即选择施工桩长。
2）根据土质条件、固化剂掺量、室内配比试验资料和现场工程经验 选择桩身强度和水泥掺入量及有关施工参数。
1953年，日本清水建设株式会社从美国引进此法；1974年，日本港湾 技术研究所等单位合作开发研制成功了水泥搅拌固化法（简称CMC法）， 用于加固钢铁厂矿石堆场地基，加固深度达32m。
日本各大施工企业研制开发出了多种类型旳深层搅拌机械，例如DCM 法、DMIC法、DCCM法，等等。这些机械一般具有2～8个搅拌轴及一组 注浆管路，每个搅拌叶片旳直径可达1.25m，一次加固旳最大面积达9.5m2。
（1）水泥土旳物理样含水量，降低0.5%～7.0%，且 伴随水泥掺入比旳增长而减小。
②重度：水泥土重度仅比天然软土重度增长0.5%～3.0%。
③相对密度：水泥相对密度3.1，比土相对密度2.65～2.75要大，故水 泥土旳相对密度比天然土稍大，约增长0.7%～2.5%。
（1）石灰旳吸水、发烧、膨胀作用
（2）离于互换作用与土微粒旳凝聚作用
水泥土搅拌法共37页

水泥土搅拌法共37页


6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而ห้องสมุดไป่ตู้得规矩起来。——德谟耶克斯
水泥土搅拌法
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71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
水泥土搅拌法PPT课件

水泥土搅拌法PPT课件

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(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。
第6页/共39页
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。
第2页/共39页
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。
化学加固法

化学加固法

（6）与钢筋混凝土桩相比，节省了大量钢材，降低了造价 。
（7）根据上部结构需要，可灵活采用柱状 壁状、格栅状和 块状等加固形式。
4 应用的工程领域
❖ 建筑物或构筑物地基 ❖ 防止码头岸壁滑动 深基坑开挖坍塌、坑底隆起 ❖ 作为地下防渗墙或防水帷幕;对桩侧或板桩背后的软土软
土加固以增加侧向承载能力 ❖ 抗液化处理 ❖ 工程减震 ❖ 防止地基中的污染物扩散 ❖ 对污染土地基进行处理等
5硅酸盐浆材
硅酸盐属于溶剂型化学浆材，它具有可灌性好，价格 低廉，货源充足，无毒和凝结时间可控制等优点，故使用 十分广泛。
由硅酸盐加缓凝剂，常采用单液硅化注浆法施工。而 当硅酸盐中加入速凝剂时，常采用双液双管硅化法施工。
常用浆材
6 水泥水玻璃浆材
水泥水玻璃浆材的可灌性介于水泥和水玻璃之间;浆液 结石抗压强度可达10~20MPa具有材料来源丰富 价格低、 无污染、胶结时间可控制等优点 它常用防渗和加固工程。
纯水泥浆由水和水泥按一定比例混合;常用的水灰比 在0 5:1~5:1之间 水泥浆水灰比越高，流动性越好，可灌 性就越好，但析水率越大，稳定性就越差，结石强度就越 低。在加固工程中，常用的水灰重量比为06:1~2:1;对于 防渗水泥浆，当水灰比为06时，为接近稳定性浆液，可不 加入膨润土，但当水灰比大于06时，应加入水泥量1% ~2% 的膨润土。
化学加固法
结构工程
一 概述
化学加固法Chemical Stabilization：利用水泥 浆液 黏土浆液或其他化学浆液;通过灌注压入、 高压喷射或机械搅拌，使浆液与土颗粒胶结起来， 以改善地基土的物理和力学性质的地基处理方法
灌浆法
水泥土搅拌法
高压喷射注浆法
第一节 灌浆法
第五章 化学固结法 第一节 水泥土搅拌法

第五章 化学固结法 第一节 水泥土搅拌法


2、施工分类 根据施工方法的不同，水泥土搅拌法分为水泥浆搅拌(湿
法)和粉体喷射搅拌(干法)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。
3 适用土质类型与加固深度
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。
实验中，从扫描电子显微镜观察中可见，拌入水泥7d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；到五个月后，纤维状结晶辐射向外伸展，产 生分叉，并相互联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。
10％～15％)，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，所以硬化速度缓慢且作用复杂。
水泥加固土强度增长的过程也比混凝土缓慢。
1、水泥的水解与水化反应 1) 普通水泥的主要成份及特点
普 通 硅 酸 盐 水 泥 的 主 要 组 份 是 CaO 、 SiO2 、 Al2O3 、 Fe2O3 、 SO3 等，并由这些不同的氧化物分别组成不同的水泥矿物：硅酸 三钙(3CaO·SiO2)｛决定水泥早期强度，四个星期内｝、硅酸二 钙(β-2CaO·SiO2){产生水泥后期强度, 四星期后开始发挥强度作 用,一年左右达到硅酸三钙四个星期时的强度作用}、铝酸三钙 (3CaO·Al2O3){水化速度快，促进早期凝结, 对水泥1至3天内的强 度起一定作用}，铁铝酸四钙(4CaO·Al2O·Fe2O3){也促进早期强度， 但强度较低}与硫酸钙(CaSO4)等；
当αw<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。但是，当αw＞5％时，水泥土的强度随 着水泥掺入比αw的增加而增大(表5-1-1 ，图5-1-2)。故在水泥土 搅拌法的实际施工中，选用的水泥掺入比要求大于10％。
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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，是天然软土 的几十倍至数百倍。其变形特征随强度不同而介于脆性体与弹塑 体之间。其中，
① 受力开始阶段，应力与应变关系基本符合虎克定律； ② 外力达到极限强度的70％-80％时，试块σ-ε关系不再保持直 线关系； ③ 外力达到极限强度时，强度大于2000kPa的水泥土很快出现 脆性破坏，破坏后残余强度很小，轴向应变约为0.8~1.2％(图5-11中A20、A25)，而强度小于2000kPa的水泥土则表现为塑性破坏 (图5-1-1中A5、A10及A15)。
/
fcu12
41.582
1.7695 w
(5-1-1)
该统计关系的适用条件是：aw =5%~16%
c 两个不同aw的水泥土的无侧限抗压强度之比
其他条件相同的前提下，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：
fcu1 / fcu 2 ( w1 / w2 )1.7736 (5-1-2)
2、施工分类 根据施工方法的不同，水泥土搅拌法分为水泥浆搅拌(湿
法)和粉体喷射搅拌(干法)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。
3 适用土质类型与加固深度
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。
1) 市政工程、铁路、高速公路及工业与民用建筑等厚层软粘土 地基的加固；厂房内具有地面荷载的地坪(如金属材料堆场)、高填 方路堤下的基层等；
2) 进行大面积地基加固，以防止港口、码头、岸壁的滑动、深 基坑开挖时边帮坍塌、坑底隆起和减少软土中地下构筑物的沉降等；
3) 海中(水中)的堤类地基。可作为地下防渗墙以阻止地下渗透 水流；可对桩侧或板桩背后的软土加固，以增加侧向承载能力。
根据试验结果的回归分 析，得到在其他条件相同时， 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：
图5-1-3 水泥土掺人比、龄期 与强度的关系曲线
f cu 7
(0.47
~
0.63)
f; cu 28
f cu 60
(1.15
~ 1.46)
f; cu 28
图5-1-1 水泥土的应力—应变曲线 A5、A10、A15、 A20、 A25 表示水泥掺入比
αw =5％、10％、15％、20％、25％
(1) 水泥掺入比aw对强度的影响
影响水泥土的无侧限抗压强度fcu因素有水泥掺入比、水泥 强度等级、龄期、含水量、有机质含量、外掺剂、养护条件 及土性等。
a 水泥土的fcu强度随着水泥掺入比αw的增加而增大
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。尤其是水泥加固淤泥质 粘土时，能明显地减小原天然土层的水平向渗透系数，这对深基 坑施工非常有利，因此，他可利用水平向渗透系数的改善作为防 渗帷幕。水泥土对垂向渗透性的改善效果不显著。
3 水泥土的力学性质
因拌人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，它仅比天然软土重度增加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
水泥的相对密度为3.1，比一般软土的相对密度(2.65~2.75)大， 故水泥土的相对密度比天然软土的相对密度稍大，一般比天然 软土的相对密度增加0.7~2.5％。
3、碳酸化作用
水泥水化物中游离的氢氧化钙(Ca(OH)2)能吸收水中和 空气中的二氧化碳(CO2) ，发生碳酸化反应，生成不溶于水 的碳酸钙沉淀:
Ca(OH)2＋CO2 →→ CaCO3＋H2O 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。
三、水泥加固土的工程特性
1 影响水泥土的主要因素
实验中，从扫描电子显微镜观察中可见，拌入水泥7d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；到五个月后，纤维状结晶辐射向外伸展，产 生分叉，并相互联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。
第11讲
地基处理
第五章 化学固结法
一、概 述
1、概念
第一节 水泥土搅拌法
水泥土搅拌法是指：利用水泥(或石灰)等材料作为固化剂
(材料) ，通过特制的搅拌机械(工具)，在地基深处就地将软 土和固化剂(浆液或粉体)强制搅拌(施工方法)，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(结果)，从而提高地基 强度和增大变形模量(目的)的处理方法。
表5-1-1 水泥土的无侧限抗压强度试验
天然土的 无侧限
抗压强度
fcuo(MPa)
水泥 掺入比 aw(％)
水泥土的 无侧限
抗压强度
fcu(MPa)
龄期 t (d)
fcu fcu0
5
0.266
7.2
7
0.560
15.1
0.037
10
1.124
90
30.4
12
1.520
41.1
15
2.270
61.3
b 不同掺入比aw时fcuc的归一化性质
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。表面能强烈的吸附活性，使较大的土团粒进 一步结合聚集，形成团粒结构的水泥土，并填充于各土团的空隙， 形成坚固的联结，使水泥土的宏观强度大大提高。
2) 凝结硬化反应
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 量超过离子交换需要量后，在碱性环境中能使组成粘土矿物的SiO2 及Al2O3的一部分或大部分与钙离子Ca2+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。
使加固后，地基的初期强度便较高；
三轴水泥搅拌机
二、加固机理 软土与水泥采用机械搅拌加固的基本原理，集中体现在水泥加
固土(简称水泥土)的物理—化学反应过程中。 水泥加固土与混凝土的硬化机理有所不同： 混凝土的硬化主要是水泥在粗填充料(即比表面不大、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，由于水泥的掺量很小(仅占被加固土重的
式中： fcu1为水泥掺人比为aw1时的水泥土无侧限抗压强度； fcu1为水泥掺人比为aw2时的水泥土无侧限抗压强度。
式(5-1-2)的适用条件是：aw 1=5%~20%；aw1 / aw 2=0.33~3.00
(2) 龄期对强度的影响
a 水泥土的强度随着龄期增长而提高
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(图 5-1-3 )。
据试验和部分工程实践表明，其他条件相同时：水泥某掺 入比aw时(例如＝15％)的水泥土强度fcuc与掺入比aw＝12％的水 泥土强度fcu12的比值fcuc／fcu12与水泥掺该入比aw (＝15％)时的关 系有较好的归一化性质。回归分析得到：fcuc／fcu12与aw呈幂函 数关系，其关系式为：
fcuc
有关工程特性参数主要通过对水泥加固土的室内外实验获得。
2 水泥土的物理性质 1) 含水量
水泥土在凝结硬化过程中，由于水泥的水化等反应，使得部分 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的 含水量，水泥土含水量比原土的含水量减少0.5~7.0％，且随着水泥 掺人比的增加而减小。
2) 重度
4）室内试验表明: 含有高岭石、多水高岭石、蒙脱石等粘土矿物 的这类软土加固效果较好；含有伊犁石、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。
5 适用的工程对象
深层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。
当αw<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。但是，当αw＞5％时，水泥土的强度随 着水泥掺入比αw的增加而增大(表5-1-1 ，图5-1-2)。故在水泥土 搅拌法的实际施工中，选用的水泥掺入比要求大于10％。
aw(%) 图5-1-2 水泥土fcu与aw和t的关系曲线
2、土颗粒与水泥水化物的作用 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 粘土和水结合时会表现出一种胶体特征，例如:如土中二氧化硅
遇水后形成硅酸胶体微粒，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(膨胀 性)，使较小的土颗粒形成较大的土团粒，而使土体强度提高。
及密集度建筑区作业；
4) 能使原土得到有效利用； 5) 加固后重度变化小。 软弱下卧土层附加沉降小； 6) 与钢筋混凝土桩相比，工程造价低(不仅大量利用了原地基土，
水泥、石灰等固化剂用量也相对较小)。经济； 7) 可以根据上部结构需要，可以灵活采用柱状、壁状、格栅状及块
状等加固型式。 加固型式具多变性与灵活性； 8) 加固深度从数米～数十米。适用于不同级别的建筑。 9) 当采用干法时，无须向地基中加水，并可吸收周围软土中的水分。
10％～15％)，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，所以硬化速度缓慢且作用复杂。
水泥加固土强度增长的过程也比混凝土缓慢。
1、水泥的水解与水化反应 1) 普通水泥的主要成份及特点
普 通 硅 酸 盐 水 泥 的 主 要 组 份 是 CaO 、 SiO2 、 Al2O3 、 Fe2O3 、 SO3 等，并由这些不同的氧化物分别组成不同的水泥矿物：硅酸 三钙(3CaO·SiO2)｛决定水泥早期强度，四个星期内｝、硅酸二 钙(β-2CaO·SiO2){产生水泥后期强度, 四星期后开始发挥强度作 用,一年左右达到硅酸三钙四个星期时的强度作用}、铝酸三钙 (3CaO·Al2O3){水化速度快，促进早期凝结, 对水泥1至3天内的强 度起一定作用}，铁铝酸四钙(4CaO·Al2O·Fe2O3){也促进早期强度， 但强度较低}与硫酸钙(CaSO4)等；