淺析在工程地基處理中深層攪拌法的運用

摘要：本文介紹了深層攪拌法加固地基的原理，并結(jié)合實際工程介紹了該方法的施工工藝和加固效果，工程實際表明深層攪拌法具有造價低、施工簡單和效益好的優(yōu)點，在條件適宜時應(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，通過特制的深層攪拌機械，在地基深處就地將軟土和固化劑強制攪拌，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)用實例。

國外自二次大戰(zhàn)以來開始研制用于深層攪拌樁的深層攪拌機械，到70年代，已廣泛應(yīng)用深層攪拌法處理地基，我國從70年代末開始進行深層攪拌的室內(nèi)試驗和攪拌機械的研制工作，1979年在塘沽新港進行機械考核和攪拌工藝試驗，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。我們在某寫字樓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)濟效果。

2水泥加固土的原理

軟土與水泥采用機械攪拌加固的原理是基于水泥土的物理化學(xué)反應(yīng)過程，它與混凝土的硬化機理有所不同。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)--土的圍繞下進行，硬化速度緩慢且作用較復(fù)雜，所以水泥加固土的強度增長過程也比較緩慢。

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，是決定強度的主要因素；硅酸二鈣含量較高，主要產(chǎn)生后期強度；鋁酸三鈣占水泥重量10%，水化速度快，能促進早凝；鐵鋁酸四鈣占水泥重量10%，能提高早期強度；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，對高含水量的軟土強度增加有特殊意義。

2.2粘土顆粒與水泥水物的作用

離子交換和團化作用。通過離子交換，較小的土顆粒結(jié)合可形成較大的土團粒；土團粒的進一步結(jié)合形成水泥土的團粒結(jié)構(gòu)，并封閉各土團之間的空隙，形成堅固的聯(lián)結(jié)，也就使水泥土的強度得到大大提高。

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，增加了水泥土的強度，而且其結(jié)構(gòu)也比較密實，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)能提高水泥土的強度，但速度較慢，幅度較小。

3工程實例

3.1工程概況

某寫字樓建筑面積近一萬平方米,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),所處場地為瀏陽河沖積平原、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。上部土體已達飽和狀態(tài)。經(jīng)檢測，地下水無侵蝕性。

3.2加固方案的比較

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

碎石樁。工期短，施工簡單，造價低；因受場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，施工噪音大影響周圍居民的正常生活；其造價經(jīng)測算約54萬元。

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，造價約23萬元，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

軟土地基深層攪拌加固法是基于水泥對軟土的加固作用,而目前這項技術(shù)無論設(shè)計計算方法,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。試驗步驟：1）為保證試驗準(zhǔn)確性，將現(xiàn)場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，按要求進行振動，制成試塊后，蓋上塑料布，防止水份蒸發(fā)過快，并按要求進行養(yǎng)護。本工程經(jīng)過室內(nèi)試驗得出如下結(jié)論，水泥土的容重比原狀土僅增加2.7%,因此,其加固部分對于下部未加固部分不會產(chǎn)生過大的附加荷重,水泥土的無側(cè)限抗壓強度為2.12MP,大于設(shè)計要求的F=2.0MP的要求,滿足設(shè)計要求。

3.2.2施工要求

目前,對深層攪拌法加固質(zhì)量的檢驗缺少簡便可靠的辦法,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，送灰時要密切注意電子稱計量變化，如發(fā)現(xiàn)噴灰量不足，應(yīng)及時采取復(fù)噴或補噴等措施，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，要求對樁頂1.5m范圍內(nèi)復(fù)攪、復(fù)噴。因設(shè)計時考慮樁端承載力，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，應(yīng)原位旋轉(zhuǎn)1~2分鐘，以便葉片對土的壓實及水泥的充分拌和，并以慢檔提升0.5~1.0m。

4結(jié)語

寫字樓投入使用一年多，經(jīng)觀測基礎(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，且施工簡單，經(jīng)濟合理，效益好。

參考文獻

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[3]中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).建筑樁基技術(shù)規(guī)范.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1995. 　原作者：劉寶東