淺析在工程地基處理中深層攪拌法的運(yùn)用

摘要：本文介紹了深層攪拌法加固地基的原理，并結(jié)合實(shí)際工程介紹了該方法的施工工藝和加固效果，工程實(shí)際表明深層攪拌法具有造價(jià)低、施工簡(jiǎn)單和效益好的優(yōu)點(diǎn)，在條件適宜時(shí)應(yīng)優(yōu)先采用。

關(guān)鍵詞：深層攪拌法；地基沉降；加固

1 前言

深層攪拌法是加固飽和軟粘土地基的一種方法，它是利用水泥、石灰等材料作為固化劑的主劑，通過(guò)特制的深層攪拌機(jī)械，在地基深處就地將軟土和固化劑強(qiáng)制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理化學(xué)反應(yīng)使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)地基。深層攪拌法處理地基可增加地基承載力、減小沉降差、提高邊坡穩(wěn)定性及擋水等。深層攪拌法處理后的地基承載力提高1~1.5倍。

深層攪拌法是相對(duì)于淺層攪拌而言，淺層攪拌法主要用于路基，凍漲土和邊坡穩(wěn)定的處理。深層攪拌分水泥系深層攪拌和石灰系深層攪拌。下面介紹的是水泥系深層攪拌法及其工程應(yīng)用實(shí)例。

國(guó)外自二次大戰(zhàn)以來(lái)開(kāi)始研制用于深層攪拌樁的深層攪拌機(jī)械，到70年代，已廣泛應(yīng)用深層攪拌法處理地基，我國(guó)從70年代末開(kāi)始進(jìn)行深層攪拌的室內(nèi)試驗(yàn)和攪拌機(jī)械的研制工作，1979年在塘沽新港進(jìn)行機(jī)械考核和攪拌工藝試驗(yàn)，并獲得成功。80年代初推廣使用深層攪拌法，至今在上海、南京、連云港、唐山、昆明及內(nèi)陸部分地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用。我們?cè)谀硨?xiě)字樓（筏基）工程的地基處理中采用了深層攪拌法，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

2 水泥加固土的原理

軟土與水泥采用機(jī)械攪拌加固的原理是基于水泥土的物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，它與混凝土的硬化機(jī)理有所不同。在水泥加固土中，由于水泥的摻量很?。ㄕ急患庸掏林氐?%-15%），水泥的水解和水化反應(yīng)完全是在具有一定活性介質(zhì)--土的圍繞下進(jìn)行，硬化速度緩慢且作用較復(fù)雜，所以水泥加固土的強(qiáng)度增長(zhǎng)過(guò)程也比較緩慢。

2.1 水泥的水解和水化作用

硅酸鹽水泥的主要成分是由氧化鈣、二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵及三氧化硫組成，而這些氧化物又分別組成了不同的水泥礦物；硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣、硫酸鈣等。用水泥加固軟土?xí)r，水泥顆粒表面的礦物很快與軟土中的水發(fā)生水解和水化反應(yīng)，生成氫氧化鈣、含水硫酸鈣、含水鋁酸鈣和含水鐵酸鈣等化合物。其中，硅酸三鈣在水泥中含量最高（50%左右），是決定強(qiáng)度的主要因素；硅酸二鈣含量較高（25%），主要產(chǎn)生后期強(qiáng)度；鋁酸三鈣占水泥重量10%，水化速度快，能促進(jìn)早凝；鐵鋁酸四鈣占水泥重量10%，能提高早期強(qiáng)度；硫酸鈣占水泥重量3%，能和鋁酸三鈣一起與水發(fā)生反應(yīng)，生成一種水泥樣菌，對(duì)高含水量的軟土強(qiáng)度增加有特殊意義。

2.2 粘土顆粒與水泥水物的作用

離子交換和團(tuán)化作用。通過(guò)離子交換，較小的土顆粒結(jié)合可形成較大的土團(tuán)粒；土團(tuán)粒的進(jìn)一步結(jié)合形成水泥土的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，并封閉各土團(tuán)之間的空隙，形成堅(jiān)固的聯(lián)結(jié)，也就使水泥土的強(qiáng)度得到大大提高。

凝硬反應(yīng)。隨著水泥水化反應(yīng)的深入，逐漸生成不溶于水的穩(wěn)定的結(jié)晶化合物。這些化合物在水中、空氣中逐漸硬化，增加了水泥土的強(qiáng)度，而且其結(jié)構(gòu)也比較密實(shí)，水分不容易侵入，從而使水泥土具有足夠的水穩(wěn)性。

2.3 碳酸化作用

水泥水化物中的氫氧化鈣，吸收水中和空氣中的二氧化碳發(fā)生碳酸化反應(yīng)生成不溶于水的碳酸鈣。這種反應(yīng)能提高水泥土的強(qiáng)度，但速度較慢，幅度較小。

3 工程實(shí)例

3.1工程概況

某寫(xiě)字樓建筑面積近一萬(wàn)平方米，層數(shù)九層，結(jié)構(gòu)型式為框架結(jié)構(gòu)，柱網(wǎng)尺寸為6.3m×7.2m(縱向)、6.3m×3.6m(縱向)、2.4m×7.2m(縱向)、2.4m×3.6m(縱向)，所處場(chǎng)地為瀏陽(yáng)河沖積平原、地表土層為1.9m~2.0m厚的人工填土，以下為第四紀(jì)沉積層，地層從上到下分別為：第①層粉土，濕至很濕，疏松到稍密，承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=115KPa ，壓縮模量平均值Es=11（MPa）、層厚3.9~4.0m；第②層粘土夾粉土，飽和，軟塑至可塑狀，承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=110KPa ，壓縮模量平均值Es=7.0(MPa)、層厚2.3~3.7m；第③層粉土，很濕，中密，承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=120（MPa），壓縮模量平均值Es =15.42(MPa )，層厚1.0~1.3m；第④層粘土飽和，可塑至硬塑狀，承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=120KPa ，壓縮模量平均值Es=6.5(MP a)，層厚3.5~3.8m；第5層粘土，飽和，硬塑狀，承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=140KPa ，平均壓縮模量Es=7.5(MPa )，本層揭示最大厚度4.2m。場(chǎng)地地下水屬孔隙潛水類(lèi)型，地下隱定水位14.5m，但由于粘性土的隔水作用。上部土體已達(dá)飽和狀態(tài)。經(jīng)檢測(cè)，地下水無(wú)侵蝕性。

3.2 加固方案的比較

灌注樁。因場(chǎng)地土呈軟塑~流塑狀態(tài)，成孔很困難，需要有較高施工技術(shù)水平來(lái)保證施工質(zhì)量，且造價(jià)高、工期長(zhǎng)。

（2）碎石樁。工期短，施工簡(jiǎn)單，造價(jià)低；因受場(chǎng)地條件的限制而不能采用。

（3）預(yù)制樁。能較好地滿(mǎn)足所需要的承載力，但工期長(zhǎng)，施工噪音大影響周?chē)用竦恼Ｉ?；其造價(jià)經(jīng)測(cè)算約54萬(wàn)元。

（4）深層攪拌樁。施工速度快，工期短，施工方便，能較好地保證施工質(zhì)量，造價(jià)約23萬(wàn)元，僅是預(yù)制樁的42.6%。

經(jīng)方案比較，決定選用深層攪拌樁處理地基。地基處理后的承載力標(biāo)準(zhǔn)值F=250KP 。

3.2 深層攪拌樁的施工

3.2.1 室內(nèi)試驗(yàn)

軟土地基深層攪拌加固法是基于水泥對(duì)軟土的加固作用，而目前這項(xiàng)技術(shù)無(wú)論設(shè)計(jì)計(jì)算方法，還是施工工藝都不太成熟，因此，應(yīng)特別重視水泥土的室內(nèi)外試驗(yàn)。試驗(yàn)步驟：1）為保證試驗(yàn)準(zhǔn)確性，將現(xiàn)場(chǎng)挖掘的天然軟土立即封裝在雙層厚塑料袋內(nèi)，基本保持天然含水量；2）根據(jù)施工要求的試驗(yàn)程序、配方，分別稱(chēng)量土、水泥、外摻劑和水，放在容器內(nèi)攪拌均勻，按要求進(jìn)行振動(dòng)，制成試塊后，蓋上塑料布，防止水份蒸發(fā)過(guò)快，并按要求進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。本工程經(jīng)過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)得出如下結(jié)論，水泥土的容重比原狀土僅增加2.7%，因此，其加固部分對(duì)于下部未加固部分不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的附加荷重，水泥土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為2.12MP ，大于設(shè)計(jì)要求的F =2.0MP 的要求，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

3.2.2 施工要求

目前，對(duì)深層攪拌法加固質(zhì)量的檢驗(yàn)缺少簡(jiǎn)便可靠的辦法，因此，我們要求施工單位嚴(yán)格按照建筑地基處理技術(shù)規(guī)范<>有關(guān)要求進(jìn)行施工，并提出以下要求：(1)每根樁均應(yīng)確保均勻和足額的噴灰量，送灰時(shí)要密切注意電子稱(chēng)計(jì)量變化，如發(fā)現(xiàn)噴灰量不足，應(yīng)及時(shí)采取復(fù)噴或補(bǔ)噴等措施，每根樁應(yīng)保證送灰連續(xù)、均勻、不得間斷；（2）考慮到與基礎(chǔ)接觸部分的攪拌樁頂部受力較大，因此，要求對(duì)樁頂1.5m范圍內(nèi)復(fù)攪、復(fù)噴。因設(shè)計(jì)時(shí)考慮樁端承載力，因此，應(yīng)確保樁端質(zhì)量，除應(yīng)復(fù)攪、復(fù)噴外，鉆頭至樁底時(shí)，應(yīng)原位旋轉(zhuǎn)1~2分鐘，以便葉片對(duì)土的壓實(shí)及水泥的充分拌和，并以慢檔提升0.5~1.0m。

4 結(jié)語(yǔ)

寫(xiě)字樓投入使用一年多，經(jīng)觀測(cè)基礎(chǔ)沉降基本穩(wěn)定，總沉降量為5.9cm，完全滿(mǎn)足使用要求，從施工情況看，在含水量較高的軟土地區(qū)， 深層攪拌法處理地基比較適合，且施工簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)合理，效益好。

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