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淺析在工程地基處理中深層攪拌法的運(yùn)用

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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)谀硨懽謽枪こ痰牡鼗幚碇胁捎昧松顚訑嚢璺?,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,由于水泥的摻量很小,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,是決定強(qiáng)度的主要因素;硅酸二鈣含量較高,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、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,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(MPa),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)。

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。

預(yù)制樁。能較好地滿足所需要的承載力,但工期長(zhǎng),施工噪音大影響周圍居民的正常生活;其造價(jià)經(jīng)測(cè)算約54萬(wàn)元。

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;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。

參考文獻(xiàn)

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[2]何金輝,張立新,陳孝培,軟土地基測(cè)試指標(biāo)的實(shí)際應(yīng)用[M].北京:地質(zhì)出版社,1997.

[3]中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).建筑樁基技術(shù)規(guī)范.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1995.   原作者: 劉寶東
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發(fā)布:2007-08-14 12:29    編輯:泛普軟件 · xiaona    [打印此頁(yè)]    [關(guān)閉]
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