水泥土搅拌桩论文水泥搅拌桩论文

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1、【关键字】论文水泥土搅拌桩论文水泥搅拌桩论文水泥土搅拌桩在地基加固中的应用与研究要摘随着基础设施建设的发展，水泥土搅拌桩技术在软土地基加固方面 得到广泛应用，并出现很多理论和计算方法。介绍水泥土搅拌桩的加固机理及力 学影响因素，并通过工程实例进行复合地基的理论计算，分析水泥土搅拌桩复合 地基装载性状的影响因素；说明水泥土搅拌桩在软土加固的适用性和推广普及的 可行性。关键词水泥土搅拌桩；复合地基；装载力；加固无论是城市建设、公路建设还是其它基础设施的建设，都不可避免地遇 到各种软弱地基，而水泥土搅拌桩是利用水泥材料作固化剂，通过特制的深层搅 拌机械，在地基深处就地将地基土和固化剂强制搅拌，利用固

2、化剂和土体之间所 产生的一系列物理、化学反应，使地基土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强 度的加固体，从而达到加固地基的目的。1水泥土搅拌桩的加固机理国内外大量试验及研究表明，软土与水泥深层搅拌加固是基于水泥加固 土的物理化学反应。它与混凝土的硬化机理有所不同，混凝土的硬化是水泥在粗 填充料中进行水解和水化作用，凝结速度快。而水泥加固土中，由于水泥的掺量 少，水泥水解和水化是在一定活性的介质土中进行，土质条件对搅拌桩桩身质量 和强度是通过土的物理力学和物理化学性质来影响的，故水泥加固土强度增长和 硬化速度比混凝土缓慢且作用复杂。1.1水泥的水解和水化反应普通硅酸盐水泥主要是由CaO、SiO2、

3、Al2O3、Fe2O3等组成，这些不同 的氧化物组成了不同的水泥矿物：3CaOSiO2、2CaOSiO2、3CaOAl2O3、 4CaOAl2O3Fe2O3、CaSO4等。水泥拌入软土后，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Ca(OH)2、3CaO2SiO23H2O、 3CaOAl2O36H2O 及 3CaOFe2O36H2O 等化合物。其中 Ca(OH)2、 3CaO2SiO23H2O能迅速溶于水中，使水泥颗粒表面重新暴露并与水发生反 应，这样周围的水溶液逐渐达到饱和，当溶液达到饱和后，水分子继续深入颗粒 内部，但新生成物己不再溶解，只能以分散状态的胶体析出，悬浮于溶

4、液中，形 成胶体CaSO4占水泥含量的3%，它与3CaOAl2O3 一起与水发生反应，生成“水 泥杆菌”，使大量自由水以结晶水的形式固定下来，对高含水量软粘土强度的增 长有特殊作用。1.2粘土颗粒与水泥水化物的作用水泥的水化物生成后，有的自身硬化形成水泥骨架，有的与周围具有一 定活性的粘土颗粒发生反应。1) 团粒交换作用。软土作为一个多相散布系，和水结合表现出一般的 胶体特征，其表面带有Na+或K+，能和水泥水化生成的Ca2+进行当量吸附交换， 另外水泥水化生成的凝胶粒子，其比表面能有强烈的吸附活性，与土团粒进一步 结合，形成水泥土团粒结构，并封闭土团间的空隙，使水泥土的强度大大提高。2) 凝

5、结反应。随水泥水化反应的深入，溶液中析出大量Ca2+，在碱性 的环境中，当其数量超过离子交换的需要量后，能使组成粘土矿物的大部分SiO2 及Al2O3与Ca2+进行化学反应。随着反应的深入，逐渐生成不溶于水的稳定的 结晶化合物。3) 碳化反应。水泥及水化物中游离的Ca(OH)2能吸收水、土和空气中 的二氧化碳，发生碳化反应，生产不溶于水的CaCO3,增加了水泥的强度。2水泥土搅拌桩强度的影响因素1) 水泥掺入比及水泥强度等级。水泥土的强度随着水泥掺入比的增加 而增大，水泥土的强度随水泥强度等级的提高而增加。一般，水泥强度等级提高 1级，水泥土的强度增加45%95%，表1水泥强度等级对水泥土强度

6、的影响结果。图1无侧限抗压强度与水泥掺入比的关系2) 龄期。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。不同龄期的水泥土无侧限抗压强度间的关系如下：(1) fcu,7=(0.470.63)fcu,28(2) fcu,14=(0.620.80)fcu,28(3) fcu,60=(1.151.46)fcu,28(4) fcu,90=(1.431.80)fcu,28（5）fcu,90=（2.373.73）fcu,7（6）fcu,90=（1.732.82）fcu,14式中 fcu,7、fcu,14、fcu,28、fcu,60、fcu,90 分别为 7d、14d、28d、 6

7、0d和90d龄期的水泥土无侧限抗压强度。当龄期超过3个月，水泥土的强度增 长才缓慢。某个龄期（t）的无侧限抗压强度fcu,t与28d龄期的无侧限抗压强 度fcu,28的比值关系如（7），通常以90天龄期的无限侧抗压强度作为水泥土 的强度设计标准值。（7）fcu,t / fcu,28=3）土的含水量对强度的影响。水泥土的无侧限抗压强度fcu随土样含 水量的增加而降低（如表2），当土的含水量从45%增大到155%时，无侧限抗压 强度fcu则从2320kPa降至260kPa，一般情况下，土样含水量降低10%，则制成 的水泥土的强度fcu可增加10%50%。4）有机质对强度的影响。水泥土中的有机质使土

8、样具有较大的水溶性 和塑性及膨胀性低的渗透性，并使土的酸性增加，使水泥的水化反应受到抑制。3工程实例及地基装载力设计某学校学生公寓楼，平面呈“一”字形，长，宽，建筑高度为，层高均 为，耐火等级为二级，室外地面设计标高一。结构类型为砖混结构，层数为六层， 建筑面积为，地基装载力设计标准值为175kPa，抗震设防烈度7度，设计基准 期为50年，重要性等级为三级，其地质勘察情况（如表3）。1）桩水泥掺入比及掺入量计算。深层搅拌桩水泥掺入比可根据要求选 用（7、10、12、14、15、18、20） %等，可按下式计算：aw=W/V0X100%；水泥 掺入量按下式计算：a=W/V。式中aw一水泥掺入比（

9、%）； W0被加固土的湿重量（kg）； W一掺加 水泥重量（kg）； a一水泥掺量（kg/m3）； V一被加固土的体积（m3）；水泥掺 量采用180250kg/m3。2）单桩竖向装载力的计算。单桩的设计主要是确定桩长和选择水泥掺 入比，使土对桩的支承力与桩身强度所确定的装载力相近。单桩竖向装载力标准 值根据现场载荷试验确定，使桩身材料强度确定的单桩装载力大于或等于由桩周土和桩端土的抗力所提供的单桩装载力，或根据水泥土搅拌桩的单桩装载力公式 （8、9）计算，取其较小值：（8）（9）式中：fcu,k 与水泥土搅拌桩身加固土配比相同的室内加固土试块一 的90d龄期无侧限抗压强度平均值（kPa）；n一

10、桩身强度折减系数；Up 一桩周 长（m）； Ap 一桩的横截面积（m2）； n 一桩长范围内所分的土层数；qsi一桩周 第i层土的侧阻力特征值；li搅拌桩长度（m）；qp 一桩端天然地基上的装载 力标准值（kPa）；a-桩端天然地基土的装载力折减系数。从安全装载力方面考虑，1二满足要求的。经两者比较，取较小值。3）搅拌桩复合地基装载力的计算。当桩的间距较大时，水泥土搅拌桩 可与周围的软土组成柔性桩复合地基。搅拌桩复合地基的装载力标准值公式（10） 计算：（10）式中fspk 一搅拌桩复合地基装载力标准值（kPa）； m-搅拌桩面积置 换率；fsk 一桩间天然地基土装载力标准值（kPa）； Ap

11、 桩的横截面积（m2）； Ra单桩竖向装载力标准值 皿2；6一桩间土装载力折减系数。由上部计算荷载知，地基装载力的特征值fspk=F/b=140kpa， fs,k=85350kpa。4）置换率和桩数的计算。根据上部结构对地基要求的装载力fspk，和 单桩设计的装载力Ra可以计算搅拌桩的置换率m和总桩数n。（11）m=（fspk-Bfsk）/（Ra/Ap-Bfsk）（12）n=mA/Ap式中：A需加固的地基面积（m2）桩端未经修正的装载力特征值为230kPa，由于桩端土为可塑的硬土， 拟建公寓楼的重要性等级为三级，故B应取较小值0.1。从地基装载力要求和计算简便方面考虑，取m=23%,n=mA/

12、Ap=2764=2800 根5) 水泥土搅拌桩复合地基沉降验算。水泥土搅拌桩复合地基的变形由 复合土层的变形S1和桩端下未加固的土层的变形S2组成。即(13) S=S1+S2(14) 其中 S1=(Pz+Pzl)/2Esp(15)Esp=mEp+(1-m)Es式中，Pz搅拌桩复合土层顶面的附加压力值(kPa) ； Pzi 搅拌桩复合土层底面的附加压力值(kPa)； Esp搅拌桩复合土层压 缩模量(kPa)； Ep一搅拌桩的压缩模量，可取(100120)fcu(kPa)； Es一桩间土的压缩模量(kPa)。由已知条件可计算出：其中Ep为水泥土搅拌桩的变形模量，当水泥土桩的无侧限 抗压强度 fcu

13、=0.13.5MPa 时，取 Ep=10550MPa经验算pz+pcz4结论水泥搅拌桩加固土是在水泥的水解和水化反应后，与粘土颗 粒发生交换、凝结和碳化反应，生成不溶水的固体化合物，增加和地 基的强度。根据加固机理，分析了水泥土搅拌桩强度的影响因素，试 验结果和数据表明，水泥土搅拌桩的无侧限抗压强度随着水泥掺入比 的增加而增大，当水泥掺入比awN5%时，水泥土的无侧限抗压强度 fcu与水泥掺入比aw更接近线性关系。同时随着水泥强度等级的升 高而增大；在90d龄期内，龄期越长，水泥效率越高，即强度越高。 此外，天然土中含水量要明显高于加固后水泥土的含水量，且含水量 越高，强度越低。本文的研究成果为水泥土搅拌桩在地基加固处理中 的应用提供了理论依据。参考文献1 龚利民.水泥土搅拌法在滨海相软土地基处理中的应用. 河海大学硕士学位论文D.2003,12:1115.2 刘松玉等编著.粉体桩复合地基理论与工程应用M.北 京：中国建筑工业出版社.2006,123 中华人民共和国建设部.建筑地基基础设计规范(GB 50007-2002)S.2002此文档是由网络收集并进行重新排版整理.word可编辑版本！