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我国地域辽阔,软土分布十分广泛,这些软土一般都具有“三高三低”的特性,即高含水量、高孔隙比、高压缩性、低强度、低渗透系数、低固结系数。因软土承载力低,在建(构)筑物荷载(包括静力荷载和动力荷载)作用下,地基承载力不能满足设计要求,地基会产生过大沉降、变形或不均匀沉降,而且沉降稳定历时比较长,局部或整体会发生剪切破坏。因此,在这些软土上拟建建(构)筑物时,均需进行地基加固处理。
水泥搅拌桩法适合于多种软土的加固,它是利用水泥作为固化剂,掺入适量外加剂,通过特制的深层搅拌机械,边钻进边往软土中喷射水泥浆(湿法)或喷干水泥粉(干法),在地基深处就地将软土固化成具有足够强度、变形模量和稳定性的水泥土,从而达到地基加固的目的。因此,它是一种有效的地基处理方法。近几年来,由于其一系列优点和适用范围广泛,在珠海市和我国其它地区得到广泛运用,取得良好的社会效益和经济效益。但在目前的实际工程中尚存在一些问题,尤其是与国外的差距仍然很大。例如,在不同复杂地层条件下合理技术方案的选择、材料配比、工艺参数的控制方面出现了诸多问题,导致了工程质量不稳定,桩身强度低,甚至造成工程质量事故。尤其是在淤泥质地层中进行水泥搅拌桩施工时,淤泥的含水量、有机质含量不同,对水泥搅拌桩桩身强度影响极大,直接影响到单桩荷载或复合地基承载力。因此,对水泥搅拌桩复合地基加固及其作用机理进行系统研究就显得尤为重要。
九十年代初,珠海市开始运用、推广水泥搅拌桩加固软土地基方法,经过十多年的工程实践,积累了大量的经验。本文作者根据多年在珠海市从事水泥搅拌桩复合地基工程施工实践的经验,在积累了大量的一手资料并收集国内外相关的文献资料的基础上,针对上述问题进行了针对性研究。文中系统介绍了水泥搅拌桩的特点和适用范围与珠海市不同地区淤泥类软土的沉积环境、物质组成及其结构特征和物理力学性质等软土特性。重点针对珠海市淤泥的特性,通过大量的工程实例,深入研究了水泥搅拌桩复合地基的加固机理和作用机理,并对影响水泥搅拌桩桩体强度的因素作了论述。对施工过程中的水泥掺入比、水泥搅拌桩复合地基承载力标准值的合理确定及沉降量的主要决定因素做了详细的分析研究,提出了切实有效的计算方法。
通过对珠海市水泥搅拌桩复合地基加固及作用机理的分析与研究,得到了以下重要结论:
(1)珠海市淤泥的特性为:含水量70%~80%,压缩系数1.5~2.5,塑性指数大于20,固结系数10-3~10-4,有机质含量大于2.0%,腐殖酸含量大于0.4%。
(2)珠海市水泥土强度的形成机理为:水泥水化产生的凝胶体和淤泥矿物成分中含量较多的二氧化硅、三氧化二铝与水泥水化后产生的Ca2+的作用。而要提高水泥土的强度就须要增加凝胶体的数量和Ca2+的浓度。因此,在一定条件下,掺入比越大,水泥土的强度越高,即Ca2+浓度越高,离子交换反应和硬凝反应就能顺利进行,从而提高水泥土强度。
(3)珠海市淤泥含水量、有机质含量及水泥实际掺入比是影响水泥搅拌桩桩身强度的主要因素。
(4)在珠海市,取S/d=0.010所对应的压力来确定水泥搅拌桩复合地基承载力,既安全又经济。
(5)桩土加固区沉降量受桩身强度、桩长、桩土置换率等因素的影响。
本文结论对珠海市乃至全国类似地层有实际的指导价值,能促进水泥搅拌桩复合地基工程技术在珠海市得到更好的应用和发展,并提高地基处理质量。