水泥土搅拌法处理地基 （五）搅拌问题
从搅拌技术方面看，搅拌机的切削只能把 粘土切成粘土团块与泥浆，水泥拌入后，土 团块中的孔隙被水泥土浆充填，硬化后成为 强度较高的水泥石，而粘土团块却没有与水 泥产生作用，仍保持强度很低的软土性质， 形成水泥石包裹团块的水泥土结构。
如果搅拌越充分，土团团块粉碎越细，水 泥与土的相互作用越均匀，水泥土的强度越 高，反之则成水泥浆包裹土团块结构的水泥 土，其强度显得脆弱。
水泥土搅拌法处理地基 （五）搅拌问题 如打入深度较大的搅拌体，应采取自上而 下，或自下而上分段搅拌，先贯入下沉喷浆 搅拌第一段，再下沉提升搅拌第二段，这样 有利于搅拌均匀。其中要注意控制提升的速 度和转速，一般每分钟提升0.6~1.0m，每分钟 转速为20~40转。
水泥土搅拌法处理地基 （六）质量检验 根据施工经验总结认为，控制水泥土搅拌 桩施工质量的主要指标为：水泥用量、提升 速度、喷浆（或喷粉）的均匀性和连续性、 以及施工机械的性能。
水泥土搅拌法处理地基 （二）水泥土的加固机理
水泥土搅拌法处理地基 （二）水泥土的加固机理 上述反应新生成的化合物在水和空气中逐 渐硬化，最终形成与松散多孔的天然土不同 的水泥土，其结构较致密，水泥与土颗粒相 互连结难以分辨，周围充满胶凝体，纤维状 结晶的空间网状结构，使水泥土具有足够的 强度和水稳定。
水泥土搅拌法处理地基 （一）概述
水泥土搅拌法处理地基 （一）概述
水泥土搅拌法处理地基 （二）水泥土的加固机理
普通硅酸盐水泥 水泥 固化剂 固化材料 外加剂 速凝（早强）剂：三乙醇胺、氯化钠 矿渣硅酸盐水泥 火山灰掺料（粉煤灰、高炉矿渣等）
减水剂：木质素磺酸钙
水泥土搅拌法处理地基 （二）水泥土的加固机理 水泥加固土的原理，包含如下三种反映过程： 1. 水泥的水解和水化反应；
水泥土搅拌法处理地基 （三）水泥土的室内试验 水泥土的特性：
（1）重度：比软土大0.7%~2.3% （2）比重：约比地基土增大4% （3）含水量：随水泥掺合量的增大而降低， 降低值约为15%~18% （4）渗透系数：随水泥掺合量的增大而降 低，约为10-8~10-9cm/s （5）无侧限抗压强度：与固化剂和外加剂配 方的种类和掺合量的多少有关，一般情 况 qu=0.5~4.0MPa
水泥土搅拌法处理地基 （四）设计与计算
水泥土搅拌桩围护结构的设计
水泥土搅拌桩是一种具有一定刚性的脆性材料所 构成，抗压强度远大于抗拉强度。一般采用水泥 土搅拌桩作围护结构以“重力式”挡墙为宜。 常用的布置形式如下图所示。
水泥土搅拌法处理地基 （四）设计与计算 水泥土挡墙的破坏模式 1. 倾覆破坏
1 1 ~ qu 2 3
，
水泥土搅拌法处理地基 （三）水泥土的室内试验 （9）泊松比：室内试验的结果 0.3 ~ 0.45 （10）压缩系数a1-4=2.0~3.510-5kPa-1，相应 的压缩模量E0=60~100MPa-1
水泥土搅拌法处理地基 （三）水泥土的室内试验 影响水泥搅拌质量的主要因素 （1）固化剂和外加剂 （2）水泥的掺合量
水泥土搅拌法处理地基 （一）概述
水泥土搅拌法处理地基 （一）概述
灰浆拌和
水泥土搅拌法处理地基 （一）概述 水泥搅拌法，40年代首创于美国（就地搅拌 桩，简称MIP法）；50年代日本清水建设株式 会社从美国引入此法，并进行了研究开发；70 年代从日本传入我国。 深层搅拌法最适宜于加固各种成因的饱和软 粘土，包括淤泥、淤泥质土、粘土和粉质粘土 等。
水泥土搅拌法处理地基 （四）设计与计算 （7）水泥土掺入比为7％～15％时，水泥土 的渗透系数一般可达到10-8cm/s 的数量级，具 有明显的抗渗、隔水作用； （8）正常情况下，现场水泥土强度fcu,f与室 内水泥土试块强度fcu,k关系为
f cu,f (0.2 ~ 0.5) f cu,k
（9）单桩和复合地基承载力特征值可根据载 荷试验p-s曲线取s/d或s/b＝0.006时所对应的荷 载确定。
①重新标定拌浆用水量 ②清洗输浆管路
①拆洗输浆管 ②使喷浆口球阀间隙适当 ①重新标定浆液水灰比 ②调整叶片角度或更换钻头
搅拌钻头和混合土同步旋转
水泥土搅拌法处理地基 （五）搅拌问题
水泥土搅拌法处理地基 （五）搅拌问题
搅拌工艺
合适的配方还需采用合适的机具和工艺流程才 能保证水泥土达到设计强度。如果机具和工艺不 适用，或重心不稳，或搅拌的功率和喷浆力不足， 常常造成只搅拌不喷浆，只转动不搅拌，土体呈 同心圆转动或摆动，其后果是泥浆、泥块、水泥 浆分离，拌和不匀，上下不均一，强度差异悬殊， 总强度很低。因此，对不同土类、不同深度的加 固体应分别采用不同的机具和工艺流程，包括： 搅拌机的功率，搅拌头的类型，喷浆的压力和搅 拌的流程等。
（3）龄期
（4）土的含水量
（5）土质的影响
（6）有机质含量和砂粒的含量
（7）搅拌的方法与时间
水泥土搅拌法处理地基 （四）设计与计算 水泥土物理、力学指标的经验取值： （1）与天然原状土相比，水泥土重度的增加 值很小，因此，在计算复合地基变形量时， 可不考虑水泥土本身所增加的这部分附加重 量； （2）当水泥采用425＃普通硅酸盐水泥、掺 入比为12％～15％时，90d龄期水泥土无侧限 抗压强度fcu,90可取1.0～2.0MPa（经验值）； 根据日本历时5a长期强度试验结果， 90d龄期 后，强度fcu值可提高（1.1～1.3）倍；
国内一般最大加固深度15~18m。直径 500～600mm。
水泥土搅拌法处理地基 （一）概述 水泥搅拌法加固软土地基，具有如下的独特 优点： 1.最大限度地利用了原土； 2.搅拌时无振动、无噪音和无污染，可在密 集建筑群中进行施工，对周围原有的建筑物及 地下管沟影响很小； 3.根据上部结构的需要，可灵活地采用柱状、 壁状、格栅状和块状等平面布置加固型式
4.与钢筋混凝土桩基相比，可节约钢材并降 低造价。
水泥土搅拌法处理地基 （一）概述 水泥搅拌法可用于增加软土地基的承载力， 减少沉降量，提高边坡的稳定性，多数适用于 以下情况：
1. 作为建筑物或构筑物的地基、厂房内具有 地面荷载的地坪、高填方路堤下基层等；
2. 进行大面积地基加固，以防止码头岸壁的 滑动，以及防止深基坑开挖时坍塌、坑底隆起 和减少软土中地下构筑物的沉降； 3. 对深基坑开挖中的桩侧背后的软土加固， 作为地下防渗墙以阻止地下渗透水流。
水泥土搅拌法 处理地基
华南理工大学土木系 刘叔灼
（一）概述 （二）水泥土的加固机理
（三）水泥土的室内试验
（四）设计与计算
（五）搅拌问题
（六）质量检验
水泥土搅拌法处理地基 （一）概述 水泥土搅拌桩是加固软土地基的方法之一。 利用水泥、石灰等材料作为固化剂，通过深 层搅拌，将土与固化剂强制搅拌，利用固化剂 与土之间所产生的一系列物理化学反映，使土 硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩 体，并与地基土共同作用，提高地基的承载力， 改善地基变形特性的一种地基处理方法，称为 深层水泥搅拌法，简称为CDM法。
水 泥 矿 物 硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙 + 水 铁铝酸四钙 硫酸钙 水解水化反应 氢氧化钙 含水硅酸钙 含水铝酸钙 含水铁酸钙 水泥杆菌
2. 粘土颗粒与水泥水化物的作用；
（1）离子交换的团粒作用；（2）凝硬反应
3. 碳酸化作用。
水泥土搅拌法处理地基 （二）水泥土的加固机理
图5-23 土与水泥的化学反应图
2. 地基整体破坏
3. 墙趾外移破坏 4. 因墙体强度不足引起的破坏
水泥土搅拌法处理地基 （四）设计与计算
水泥土挡墙的计算 1. 墙体尺寸的确定 2. 抗倾覆稳定计算 3. 抗滑移稳定计算 4. 整体验算 5. 抗渗验算 6. 墙体应力验算 7. 基底地基承载力验算 8. 格仓压力验算 9. 水泥土挡墙水平位移的计算
水泥土搅拌法处理地基 （三）水泥土的室内试验
（6）抗拉强度：当qu=1~2MPa时，抗拉强度 t 0.1 ~ 0.2qu ；当qu=2~4MPa时，抗拉 强度 t 0.08 ~ 0.5qu
（7）抗剪强度： f
0
内聚力c=0.2~0.3qu,内摩擦角φ=20~30° （8）变形模量E50（指水泥土加固50天后的 变形模量）：淤泥质土，E50=120~150qu 含砂量在10%~15%的粘性土，E50= 400~600qu。
水泥土搅拌法处理地基 （四）设计与计算
（3）水泥土的抗压强度随养护龄期的变化， 大体上为
fcu,90： fcu,28： fcu,7＝1：0.6：0.4
（4）水泥土的抗拉强度
1 1 t ( ~ ) f cu 10 12
（5）水泥土的变形模量 E50 (100 ~ 120 ) f cu ； 水泥土破坏时的轴向应变 f 1% ~ 2% ，呈脆 性破坏 （6）水泥土的内聚力 c (0.2 ~ 0.3) f cu ，内 20 ~ 30 之间变化 摩擦角在
水泥土搅拌法处理地基 （五）搅拌问题 因此，在搅拌破碎并与水 泥浆混和。 水泥搅拌桩的施工参数 掺入比：水泥重量与被加固土体的重量之比， 一般为7%~15% 搅拌次数：搅拌头从上到下或从下到上运动 的次数，三搅一喷、三搅三喷等 水灰比：规范为0.4~0.6，实际0.6~0.7
水泥土强度与上述反应的生成物有关，其 中水泥水化产生的Ca(OH)2起重要作用，不同 土类对Ca(OH)2的吸收量是影响水泥土强度的 重要因素。
水泥土搅拌法处理地基 （三）水泥土的室内试验
水泥土搅拌法处理地基 （三）水泥土的室内试验
水泥土搅拌法处理地基 （三）水泥土的室内试验
水泥土搅拌法处理地基 （三）水泥土的室内试验
水泥土搅拌法处理地基 （五）搅拌问题
水泥土搅拌法处理地基 （五）搅拌问题
对于打入深度在8~12m的搅拌桩，搅拌机的 功率可用35~45kW和轴杆直径50～70mm的单 轴和双轴搅拌头。对于深度超过20m的搅拌桩， 搅拌机的功率应增大至55~60kW，搅拌头的 直径，喷射压力也相应增大。一般采用的工 艺流程如图所示。