论文部分内容阅读
摘要：我国长江三角洲地区大范围存在软土地质，且土层较厚，不易建造建筑物。软土中含水量、空隙比大，在受到较大的荷载时，容易出现变形，不均匀的沉降等问题，严重影响建筑物的整体质量和安全。必须对软基进行加固处理，以满足建筑物对地基的要求。水泥土搅拌法在处理软基工程中被广泛应用，技术上也较为成熟，是处理软基工程的理想方法。
关键词：水泥土搅拌法;软土地基;处理工程;实际应用
在软土地基之上进行工程建设，需要对软土地基的地质特性进行系统详细的勘察分析，其地质结构很不稳定，对工程质量造成较大影响。本文主要就水泥土搅拌法在软土地基处理工程的应用进行研究分析。
1水泥土搅拌法的概述
（1）水泥土搅拌的定义。水泥土搅拌法是用于加固软土地基的一种施工方法，其主要适用于饱和粘性土，采取水泥或水泥系材料为主要的固化剂，利用特制的搅拌设备将软土和固化剂强制搅拌，在搅拌的过程中软土和水泥逐渐的凝聚、固化在一起，使得软土转化为具有一定水稳性和结构强度的水泥加固土，其地基抗压强度和变形模量有明显的提升。根据固化剂的加入状态，可以将水泥土搅拌法分为浆液搅拌和粉体喷射搅拌两种类型。
（2）水泥土搅拌法在软基处理中的主要优势。很好的利用了施工现场的原有土壤资源，振动、噪音、污染、施工占地小，施工快，成本小，对其他建筑物和地下排水管道的影响小，提高了工程施工的质量和经济效益;在选择水泥土搅拌桩的方式时，可以根据上部结构不同需求灵活应对，有柱形、块状和格栅等多种方式。
2水泥土的固化机理
水泥土搅拌桩加固原理是水泥与土的物理化学反应过程，与混凝土的硬化机理不同。混凝土的硬化主要是水泥与填充料的水解和水化反应，而水泥土搅拌桩的加固机理是一序列复杂的物理化学反应。水泥土加固机理主要由水泥中的矿物与软土中水进行水解和水化反应，生成多种新的水化物。这些新生成的水化物一部分继续与水反应，直至不再有新生物形成，凝结成胶体，这是决定水泥土强度的主要因素;一部分水合物会与其周围的土颗粒发生反应，经过离子交换和团粒化作用，生成新的凝胶粒子，因其比表面积大，产生的强烈吸附力能使土粒结合成较大的土团粒，从而大大增强水泥土的强度。当水化反应析出的钙离子超过粒子交换的需求量后，软土中部分矿物与钙离子反应生成稳定的结晶化合物，加强了水泥土的强度，这就是水泥土的硬凝反应。还有通过碳酸化作用，也能增强水泥土的强度，但这种反应增强的速度和幅度都较小，一般不考虑，其反应原理就是水化产物中的氢氧化钙与二氧化碳发生的碳酸化反应。
3水泥土搅拌法的应用范围
水泥土搅拌法主要应用在淤泥、淤泥质土、砂质土、粉土、泥炭土中。我国在水泥土搅拌法的发展初期，加固深度受搅拌机械性能和施工技术等因数限制，加固深度不够，远不能达到工程需求，因此也大大限制了水泥土搅拌法的发展。但现在一些厂家生產的单轴和三轴搅拌机已经接近国际先进水平，在加固深度、机械效率、功率上有明显提升，加固地基深度达35m，得到了广泛应用。水泥土搅拌法在形成复合地基、支护结构、防渗帷幕等实际工程中被广泛应用。复合地基可以很好的提高原地基的承载力和变形模量，从而增加了地基的稳定性，减少了地基的自然沉降量。其主要应用在多层建筑、大型堆场、高速公路和机场跑道的软基处理。支护结构就是在软土基坑开挖时，通过水泥土搅拌法形成基坑支护重力式挡墙，其主要用于开挖深度较浅的软土基坑。防渗帷幕就是通过深层搅拌把原软土加固成连续壁式结构的水泥土，因加固土的渗透系数减小了很多，所以止水防渗能力较原状地基有较大的提升。其中，防渗帷幕在配合淤泥质沙质土进行真空预压处理时，形成的封闭帷幕能大大提高其处理效果和质量。
4工程实例
（1）工程概况。项目建设地点位于江苏省苏州市，规划用地面积约为100亩。场地属长江三角洲冲、湖积平原，其淤泥质土层厚达15m。因厂房内原始地面承载力较低，不适作为设备基础持力层。综合考虑，采用水泥土搅拌桩复合地基。
（2）工程地质条件。场地的土层为新生界第四系地层，属长江三角洲冲、湖积相平原。拟建场地勘察深度范围内揭露的土层自上而下分为4个工程地质层。
a.素填土：灰、灰黄色，松散，很湿-饱和，高压缩性，层厚0.3～1.7m。
b.淤泥质粉质粘土：灰色，流塑，饱和，干强度低，高压缩性，低韧性，摇振反应无，稍有光泽。层厚14.3～15m，平均含水量48.8%，fak=50kPa。
c.粉质粘土夹粉土：灰、灰黄色，可塑，干强度中等，中压缩性，中等韧性，摇振反应无，稍有光泽，局部粉性增大，夹薄层粉土。层厚5.6～7.5m，平均含水量33.3%，fak=120kPa。
d.粉土：灰、青灰色，中密，饱和，局部砂性含量大，干强度低，中等压缩性，低韧性，摇振反应迅速，无光泽。本层未钻穿，揭露厚度为9.35m，平均含水量30.9%，fak=200kPa。
（3）设计计算。厂房内地面地基处理采用水泥土搅拌桩复合地基，水泥土搅拌桩桩长22m，采用湿法工艺，水泥土搅拌桩的水泥采用32.5普通硅酸盐水泥，水泥参量不小于加固天然土质的20%。每根水泥土搅拌桩需破桩头1m，桩头铺设0.3m厚的级配碎石作为褥垫层，碎石含量不小于30%。
a.取水泥土搅拌桩桩直径0.5m，fcu根据现场试验测定取值2.0MPa，η=0.5，计算单桩极限承载力标准值如下：
Pμ=η·Ap·fcu=196.25KN
b.正方形布桩，β=0.5，桩间距0.8，置换率m=0.3066，γR为分项系数取值为2，淤泥质粉质粘土取fsk=50kPa，计算复合地基承载力如下：
fspk=mPuγRAp+β·（1-m）·fsk=170.635kPa
（4）质量检测。施工质量控制应贯穿整个过程，并做好施工记录，以便有据可寻。施工过程中，需要对水泥渗入比、水灰比、送浆压力、搅拌速度、复搅次数等认真检查并记录。施工完成后，需进行成果质量检测，检测内容有：单桩静载荷试验、单桩复合地基静载荷试验、两桩静载荷试验等。
5结语
水泥土搅拌法在软基处理中起到很好的效果，复合地基承载力也达到要求，其在软基处理领域中占有一席之地，为软基处理工程的发展奠定了基础。
参考文献：
[1]韦磊，陈竹.双向水泥搅拌桩法在软基处理中的应用[J].交通世界，2017.08.
[2]张季超，陈一平，蓝维，王可怡，许勇.新编地基处理技术与工程实践.北京：科学出版社，2014.
[3]腾延京.建筑地基处理技术规范理解与应用.北京：中国建筑工业出版社，2013.2.
[4]崔毅.水泥土搅拌法在地基处理工程中的应用与分析[J].科技风，2011.22.
关键词：水泥土搅拌法;软土地基;处理工程;实际应用
在软土地基之上进行工程建设，需要对软土地基的地质特性进行系统详细的勘察分析，其地质结构很不稳定，对工程质量造成较大影响。本文主要就水泥土搅拌法在软土地基处理工程的应用进行研究分析。
1水泥土搅拌法的概述
（1）水泥土搅拌的定义。水泥土搅拌法是用于加固软土地基的一种施工方法，其主要适用于饱和粘性土，采取水泥或水泥系材料为主要的固化剂，利用特制的搅拌设备将软土和固化剂强制搅拌，在搅拌的过程中软土和水泥逐渐的凝聚、固化在一起，使得软土转化为具有一定水稳性和结构强度的水泥加固土，其地基抗压强度和变形模量有明显的提升。根据固化剂的加入状态，可以将水泥土搅拌法分为浆液搅拌和粉体喷射搅拌两种类型。
（2）水泥土搅拌法在软基处理中的主要优势。很好的利用了施工现场的原有土壤资源，振动、噪音、污染、施工占地小，施工快，成本小，对其他建筑物和地下排水管道的影响小，提高了工程施工的质量和经济效益;在选择水泥土搅拌桩的方式时，可以根据上部结构不同需求灵活应对，有柱形、块状和格栅等多种方式。
2水泥土的固化机理
水泥土搅拌桩加固原理是水泥与土的物理化学反应过程，与混凝土的硬化机理不同。混凝土的硬化主要是水泥与填充料的水解和水化反应，而水泥土搅拌桩的加固机理是一序列复杂的物理化学反应。水泥土加固机理主要由水泥中的矿物与软土中水进行水解和水化反应，生成多种新的水化物。这些新生成的水化物一部分继续与水反应，直至不再有新生物形成，凝结成胶体，这是决定水泥土强度的主要因素;一部分水合物会与其周围的土颗粒发生反应，经过离子交换和团粒化作用，生成新的凝胶粒子，因其比表面积大，产生的强烈吸附力能使土粒结合成较大的土团粒，从而大大增强水泥土的强度。当水化反应析出的钙离子超过粒子交换的需求量后，软土中部分矿物与钙离子反应生成稳定的结晶化合物，加强了水泥土的强度，这就是水泥土的硬凝反应。还有通过碳酸化作用，也能增强水泥土的强度，但这种反应增强的速度和幅度都较小，一般不考虑，其反应原理就是水化产物中的氢氧化钙与二氧化碳发生的碳酸化反应。
3水泥土搅拌法的应用范围
水泥土搅拌法主要应用在淤泥、淤泥质土、砂质土、粉土、泥炭土中。我国在水泥土搅拌法的发展初期，加固深度受搅拌机械性能和施工技术等因数限制，加固深度不够，远不能达到工程需求，因此也大大限制了水泥土搅拌法的发展。但现在一些厂家生產的单轴和三轴搅拌机已经接近国际先进水平，在加固深度、机械效率、功率上有明显提升，加固地基深度达35m，得到了广泛应用。水泥土搅拌法在形成复合地基、支护结构、防渗帷幕等实际工程中被广泛应用。复合地基可以很好的提高原地基的承载力和变形模量，从而增加了地基的稳定性，减少了地基的自然沉降量。其主要应用在多层建筑、大型堆场、高速公路和机场跑道的软基处理。支护结构就是在软土基坑开挖时，通过水泥土搅拌法形成基坑支护重力式挡墙，其主要用于开挖深度较浅的软土基坑。防渗帷幕就是通过深层搅拌把原软土加固成连续壁式结构的水泥土，因加固土的渗透系数减小了很多，所以止水防渗能力较原状地基有较大的提升。其中，防渗帷幕在配合淤泥质沙质土进行真空预压处理时，形成的封闭帷幕能大大提高其处理效果和质量。
4工程实例
（1）工程概况。项目建设地点位于江苏省苏州市，规划用地面积约为100亩。场地属长江三角洲冲、湖积平原，其淤泥质土层厚达15m。因厂房内原始地面承载力较低，不适作为设备基础持力层。综合考虑，采用水泥土搅拌桩复合地基。
（2）工程地质条件。场地的土层为新生界第四系地层，属长江三角洲冲、湖积相平原。拟建场地勘察深度范围内揭露的土层自上而下分为4个工程地质层。
a.素填土：灰、灰黄色，松散，很湿-饱和，高压缩性，层厚0.3～1.7m。
b.淤泥质粉质粘土：灰色，流塑，饱和，干强度低，高压缩性，低韧性，摇振反应无，稍有光泽。层厚14.3～15m，平均含水量48.8%，fak=50kPa。
c.粉质粘土夹粉土：灰、灰黄色，可塑，干强度中等，中压缩性，中等韧性，摇振反应无，稍有光泽，局部粉性增大，夹薄层粉土。层厚5.6～7.5m，平均含水量33.3%，fak=120kPa。
d.粉土：灰、青灰色，中密，饱和，局部砂性含量大，干强度低，中等压缩性，低韧性，摇振反应迅速，无光泽。本层未钻穿，揭露厚度为9.35m，平均含水量30.9%，fak=200kPa。
（3）设计计算。厂房内地面地基处理采用水泥土搅拌桩复合地基，水泥土搅拌桩桩长22m，采用湿法工艺，水泥土搅拌桩的水泥采用32.5普通硅酸盐水泥，水泥参量不小于加固天然土质的20%。每根水泥土搅拌桩需破桩头1m，桩头铺设0.3m厚的级配碎石作为褥垫层，碎石含量不小于30%。
a.取水泥土搅拌桩桩直径0.5m，fcu根据现场试验测定取值2.0MPa，η=0.5，计算单桩极限承载力标准值如下：
Pμ=η·Ap·fcu=196.25KN
b.正方形布桩，β=0.5，桩间距0.8，置换率m=0.3066，γR为分项系数取值为2，淤泥质粉质粘土取fsk=50kPa，计算复合地基承载力如下：
fspk=mPuγRAp+β·（1-m）·fsk=170.635kPa
（4）质量检测。施工质量控制应贯穿整个过程，并做好施工记录，以便有据可寻。施工过程中，需要对水泥渗入比、水灰比、送浆压力、搅拌速度、复搅次数等认真检查并记录。施工完成后，需进行成果质量检测，检测内容有：单桩静载荷试验、单桩复合地基静载荷试验、两桩静载荷试验等。
5结语
水泥土搅拌法在软基处理中起到很好的效果，复合地基承载力也达到要求，其在软基处理领域中占有一席之地，为软基处理工程的发展奠定了基础。
参考文献：
[1]韦磊，陈竹.双向水泥搅拌桩法在软基处理中的应用[J].交通世界，2017.08.
[2]张季超，陈一平，蓝维，王可怡，许勇.新编地基处理技术与工程实践.北京：科学出版社，2014.
[3]腾延京.建筑地基处理技术规范理解与应用.北京：中国建筑工业出版社，2013.2.
[4]崔毅.水泥土搅拌法在地基处理工程中的应用与分析[J].科技风，2011.22.