水工建筑物地基处理--软弱地基处理--深层搅拌法

'水工建筑物地基处理——软弱地基处理——深层搅拌法 授课内容及安排第四节深层搅拌法一、概述二、深层搅拌桩设计三、深层搅拌桩施工四、工程应用2 深层搅拌法——概述1、深层搅拌法的适用条件2、深层搅拌法的优点3、深层搅拌法的种类4、深层搅拌法的加固原理5、水泥土的物理力学指标6、影响水泥土抗压强度的主要因素3 深层搅拌法：利用搅拌机的自重，在扰动软土的过程中下沉再提升、喷浆，使水泥浆和软土均匀搅拌形成强度较好，抗渗性较好的水泥土竖向加固体的一种工法。适用条件：最适用于加固饱和深层软粘土，目前国内常用于加固淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且地基承载力标准值不大于120kpa的粘性土等。深层搅拌法——概述——适用条件4 深层搅拌法的优点：（1）无振动、无噪音、无污染。（2）和灌注桩、预制桩相比，造价较低。（3）加固方法灵活。（4）施工速度快，工期短。深层搅拌法——概述——优点5 可采用不交圈柱状加固；可采用壁状加固或格栅状加固；可采用块状加固。深层搅拌法——概述——优点6 （1）从喷射材料看，有：喷浆型→适用于30%<ω<60%的软粘土；粉喷型→适用于60%<ω<80%的软粘土。（2）喷浆型根据不同的搅拌机机型，分为：单头（GZB-600型及DJB-10型）双头（SJB-I型，SJB-II型）多头：主要用来作防渗帷幕深层搅拌法——概述——种类7 ①搅拌杆和喷浆杆合二为一；②形成的桩基为圆形。深层搅拌法——概述——种类8 GZB-600型搅拌机机械技术数据表如下：深层搅拌法——概述——种类搅拌机搅拌轴数量（根）1搅拌叶片外径（mm）600搅拌轴转数（r/min）50电机功率（kW）×台数30×2起吊设备提升力（kN）150提升高度（m）14提升速度（m/min）0.6~1.0接地压力（kPa）60技术指标一次加固面积（m2）0.283最大加固深度（m）10~15加固效率（m/台班）60总重（不包括起吊设备，但包括配套机械）（t）129 双头：①搅拌杆和喷浆杆分开；②形成的桩基形状如左图。深层搅拌法——概述——种类10 深层搅拌法——概述——种类型号SJB-ISJB-II台数×电机功率（kW）2×302×40搅拌头直径2×7002×700搅拌头数量22搅拌头转速（r/min）4646额定扭矩2×6.4kN·m2×8.5kN·m搅拌头间距（mm）514514一次加固面积（m2）0.710.71最大加固深度（m）1218喷浆方式中心管喷浆中心管喷浆电机减速装置二级行星齿轮减速二级行星齿轮减速11 深层搅拌法——概述——加固原理水泥作为固化剂→水泥+水→水化反应、水解反应→一部分自身结硬形成水泥土骨架→另一部分和地基土中的活性粘粒产生离子交换和团粒化作用，进一步加强水泥土骨架→产生表面粗糙、凹凸不平、强度较高、防渗性能较好的水泥土加固体。12 深层搅拌法——概述——水泥土物理力学指标（1）水泥土无侧限抗压强度标准值由水泥土室内试验确定；一般为300~4000kpa。（2）水泥土抗拉强度标准值（3）水泥土抗剪强度指标水泥土重度18.8KN/m3；水泥土凝聚力标准值水泥土内摩擦角标准值≈20°~30°，设计时取23（4）压缩指标水泥土压缩系数相应的水泥土压缩模量ES=60～100MPa。13 深层搅拌法——概述——影响水泥土抗压强度的主要因素（1）水泥掺入比在其它条件相同时，↗，↗（2）龄期t一般t↗，↗硬凝反应需三个月才完成，因此水泥土设计龄期90天。（3）水泥土样的含水量在其它条件相同时，ω↗，非线性下降。（4）外掺剂（5）土的组成及有机质含量14 深层搅拌法——概述——影响水泥土抗压强度的主要因素（4）外掺剂粉煤灰(活性材料)加粉煤灰可以在不减小其抗压强度下，减小其收缩性。UEA（微膨胀剂）UEA是由硫铝酸盐或硫酸铝熟料+明矾石、石膏→研细→灰白色粉末UEA的掺量为水泥用量的15%→孔隙率下降40%左右→密实度↗15 有机质含量↑→非线性下降有机质含量1.3%有机质含量10%深层搅拌法——概述——影响水泥土抗压强度的主要因素土的组成：(含水)高岭土为主的软土→深层搅拌桩效果良好(吃浆)；含伊利石、氯化物和水铝石英等矿物的软土→深层搅拌桩效果预后不良。16 1、单桩承载力RKd设计2、水泥土桩复合地基承载力设计3、群桩下卧层地基承载力复核4、深层搅拌桩复合地基变形计算（沉降计算）深层搅拌法——设计与施工17 公式的适用范围规定为深层搅拌法——单桩承载力设计若不能保证，则公式不能用，单桩承载力须由现场静载试验确定。若满足，其单桩承载力的特性趋近于刚性桩，因此其加固范围只需要和基础外轮廓线重合，而不必设保护桩。18 深层搅拌法——单桩承载力设计桩身强度折减系数，取0.35~0.5；桩侧单位面积摩阻力标准值；桩的周长；桩端地基承载力折减系数，取0.4~0.6；桩端天然地基承载力标准值。19 注意比较：加固深度D，用于预决算。桩长L：一般L=D-0.5，但当施工深层搅拌桩之前，场地有未固结的新填土时，L≠D-0.5，则计算RKd时取深层搅拌法——单桩承载力设计20 深层搅拌法——单桩承载力设计21 2、水泥土桩复合地基承载力设计：深层搅拌法——复合地基承载力设计设计时：①可根据要求达到的地基承载力，及求得的单桩承载力，由上式求得面积置换率m。②桩数计算：n=mA/AP。③桩位平面布置。22 3、群桩下卧层地基承载力复核：（格栅状加固）（1）复核条件→什么情况下要复核？非单排桩且m≥20%，需复核群桩下卧层地基承载力。（2）复核方法：将搅拌桩视为一个假想的实体基础，考虑假想实体基础侧面与土的摩擦力。应满足下式：深层搅拌法——群桩下卧层承载力复核23 深层搅拌法——群桩下卧层承载力复核24 4、深层搅拌桩复合地基变形计算（沉降计算）为复合地基的沉降：深层搅拌法——复合地基变形计算p0为复合地基顶面上的平均压力，对于壁状或格栅状加固:p0Z为复合地基底面的平均压力，对于壁状或格栅状加固:25 1、深层搅拌桩施工工序2、几种深搅工艺（1）座底工艺①问题的提出②工法（2）软土层有坚硬土层的深层搅拌桩施工（3）变强度桩施工（4）“先砂后粉”工艺深层搅拌法——施工26 5、深层搅拌桩施工(湿法）深层搅拌法——深层搅拌桩施工27 ①在深层软粘土中施工(L较长)，采用SJB型(双头)深层搅拌机→桩端吃不到浆，则RKd↓→解决方法：采用座底工艺一。深层搅拌法——座底工艺问题的提出28 ②软土层不深，下面是硬土层：→若使α↑、qp↑，则RKd↑→解决方法：采用座底工艺二。深层搅拌法——座底工艺问题的提出29 ①座底工艺一：预搅旋转下沉不喷浆至设计标高→喷浆旋转搅拌不提升(0.5～1分钟)，称为“等浆”;→喷浆、旋转、搅拌、提升（即“一搅“）→“二搅”深层搅拌法——座底工艺的工法30 ②座底工艺二：做嵌入桩（扩大头）旋转下沉不喷浆;→进入硬层后，实施座底工艺：立即喷浆下沉1分钟，停止下沉，快速喷浆提升50cm，再喷浆下沉1分钟，再快速提升50cm。（一般要做此循环2～3轮）;→再按照正常程序进行。深层搅拌法——座底工艺的工法31 （1）表层有较厚硬土层，如何进行深层搅拌桩施工？（2）若桩长范围内有相对硬层（例如：有2m厚N=15的中砂），怎么办？深层搅拌法——软土层有坚硬土层的深层搅拌桩施工32 深层搅拌法——变强度桩施工变强度桩的施工方法有：（1）水泥掺入比不变，在上部桩顶（3~5）d范围内复搅；（2）改变水泥掺入比（桩顶加大），有两种施工方式：采用变量泵采用常量泵，但改变提升速度33 当软粘土含水量ω>80%时，如何采用粉喷型？深层搅拌法——“先砂后粉”工艺34 深层搅拌桩除了应用于形成复合地基以提高地基承载力和减小变形外，在工程上还有以下用处：1、用深层搅拌桩施工水工建筑物防渗帷幕2、深基坑开挖的支护结构3、烟囱式基础4、不稳定粘性土坡的加固深层搅拌法——工程应用35 1、深层搅拌桩施工水工建筑物防渗帷幕→用常规方法在临水面施工交圈壁状加固深层搅拌桩。→可用多头（3~8头）小直径（30cm）深层搅拌桩改进，则施工速度快、接头少、无效部分少。深层搅拌法——工程应用36 2、深基坑开挖的支护结构：对于开挖深度小于6m的浅基坑，采用自立式水泥土深层搅拌桩较为理想，要求采用双头喷浆型水泥土搅拌桩。→施工速度快，价格便宜，有利于基坑稳定，防水抗渗性能好，适合于淤泥、淤泥质土，可在受拉区加筋。深层搅拌法——工程应用37 深层搅拌法——概述——水泥土物理力学指标基坑开挖时，为提高水泥土的抗拉性能，可以在受拉区：在桩中插毛竹→加筋水泥土在大型工程中，加型钢→劲性水泥土38 3、烟囱式基础用大直径（>800mm）灌注桩做推力墩→沿轴线施工深层搅拌桩→主动土压力为径向，水泥土不受弯矩。深层搅拌法——工程应用39 4、不稳定粘性土坡的加固深层搅拌法——工程应用pZ包括：地面超载引起的附加压力=μZq；O点以上桩体产生的有效应力40'