1、化 學 加 固 法一、粉噴樁二、深層攪拌樁一、粉噴樁一）粉噴樁定義 粉噴樁屬于深層攪拌法加固地基方法的一種形式，也叫加固土樁。深層攪拌法是加固飽和軟粘土地基的一種新穎方法，它是利用水泥、石灰等材料作為固化劑的主劑，通過特制的攪拌機械就地將軟土和固化劑(漿液狀和粉體狀)強制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產生的一系列物理一化學反應，使軟土硬結成具有整體性、水穩性和一定強度的優質地基。粉噴樁就是采用粉體狀固化劑來進行軟基攪拌處理的方法。 粉噴樁最適合于加固各種成因的飽和軟粘土，目前國內常用于加固淤泥、淤泥質土、粉土和含水量較高的粘性土。粉噴樁施工現場施工場地 加固淤泥、淤泥質土和地基承載力標準值不大于

2、120kPa的粘性土和粉土地基。 三）加固機理 （一）水泥的水解和水化反應 （二）粘土顆粒與水泥土水化物的作用 （三）碳酸化作用 二）粉噴樁的適用范圍（一）水泥的水解和水化反應 水泥加固軟土時，水泥顆粒表面的礦物（硅酸二鈣、硅酸三鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣）很快與軟土中的水發生反應，生成氫氧化鈣、含水硅酸鈣、含水鋁酸鈣及含水鐵酸鈣等化合物2(3CaOSiO2)+6H2O=3CaO2SiO23H2O+Ca(OH)2 在水泥中含量最高（占總量的50%），是決定強度的主要因素。2(2CaOSiO2)+4H2O=3CaO2SiO23H2O+Ca(OH)2 在水泥中含量較高（占總量的25%），主要產生后期

3、強度。3CaOAl2O3+6H2O=3CaOAL2O33H2O占水泥總量的10%，水化速度最快，促進早凝4CaOAl2O3 Fe 2O4+2Ca(OH)2 +10H2O=3CaOAL2O36H2O+ 3CaOFe 2O4 6H2O占水泥總量的10%，水化速度最快，促進早強 生成物溶于水中，其溶液達到飽和以后，生成物以膠體析出，形成凝膠體。將大量自由水以結晶水的形式固定。 （二）粘土顆粒與水泥土水化物的作用 1、離子交換和團粒化作用 水泥水化生成的氫氧化鈣中的Ca2+和粘土顆粒表面Na+、k+進行當量離子交換，使土顆粒分散度降低，產生聚結，形成較大團粒，土體抗剪強度提高。 2、硬凝作用（三）碳酸

4、化作用 Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O CaCO3 提高水泥土的強度，但增長較慢，幅度也較小。 Ca2+數量超過離子交換的需求量后，在堿性環境中，組成粘土礦物的二氧化硅與三氧化鋁的一部分或大部分與Ca2+產生化學反應并逐漸生成不溶于水的穩定的鋁酸鈣、硅酸鈣的結晶水化物。 （一）水泥土物理性質 （二）水泥土的力學性能 （三）水泥土的抗凍性能 1、含水量2、重度 3、相對密度 4、滲透系數1、水泥土的破壞特征2、無側限抗壓強度及其影響因素3、抗拉強度 4、抗剪強度 5、變形模量、壓縮系數和壓縮模量 四）水泥土物理、力學性質 （一）水泥土物理性質 1、含水量 水泥土在硬凝過程中，使部分自

5、由水以結晶水的形式固定下來，所以水泥土含水量低于原狀土的含水量，且隨水泥摻入比aw增加而減小。 2、重度 摻入軟土中的水泥漿重度與軟土重度相近，所以水泥土的重度與天然軟土的重度相差不大。故采用水泥攪拌法加固厚層軟土地基時，加固部分對下臥層不致產生過大的附加沉降。 3、相對密度 水泥土的相對密度為3.1,稍大于一般軟土的相對密度(2.652.75)。 Dzizi-1Hicz=0.2或 0.1cc線z線p1i p1icizic(i-1)z(i-1)p1i=(ci+c(i-1)/2 pi=(zi+z(i-1)/2計 算 下 限4、滲透系數水泥土的滲透系數與水泥摻入比和齡期有關。水泥摻入比越大，齡期越

6、長，滲透系數越小，一般可達10-510-8cm/s。 水泥土的物理性質水泥土的物理性質水泥摻入比重度含水量相對密度孔隙比016.6361.42.7061.63516.8051.42.7081.441017.1047.62.7121.341517.1046.32.7361.342017.3044.42.7681.312517.4042.32.7811.27（二）水泥土的力學性能 1、水泥土的破壞特征12303kPa1963kPa39231-3圖圖二二脆性破壞：脆性破壞：裂隙沿軸向發展，土體脆性破壞。水泥摻入比高，圍壓小圖1曲線1和2，圖2中曲線3圖圖一一%301wa%252wa%203wa%15

7、4wa%105wa12345水泥土的破壞與水泥摻入比aw及圍壓有關塑性剪切破壞：塑性剪切破壞：裂隙沿兩個方向大量出現，形成塑性流動區，土體塑性破壞。水泥摻入比低或圍壓高。圖1曲線4、5，圖2中曲線1。 水泥摻入比越高，強度越高，但延性降低。 圍壓增高，強度越高，延性越高 脆性剪切破脆性剪切破壞壞: :介于兩者之間圖1曲線3，圖2中曲線212303kPa1963kPa39231-3圖圖二二圖圖一一%301wa%252wa%203wa%154wa%105wa123452、無側限抗壓強度及其影響因素 水泥土無側限抗壓強度一般在0.30.4MPa之間。無側限強度較高的水泥土（1.52.0MPa）表現為

8、脆性破壞，而對無側限抗壓強度較低的水泥土表現為塑性破壞。影響無側限抗壓強度的因素（1）水泥摻入比aw 指摻入土中的水泥質量與被加固軟土的濕質量比值的百分數。 aw越高，無側限抗壓強度越高。 wauq（2）齡期 齡期越長，無側限抗壓強度quuqd（3）水泥標號越高，無側限抗壓強度 uq越高 3.4853.4855255252.2702.27042542515 151.7901.7905255251.1241.12442542510 101.0961.0965255250.560.564254257 7無側限抗壓強度無側限抗壓強度MPaMPa水泥標號水泥標號水泥摻入比水泥摻入比90cuf水泥標號對

9、水泥土強度的影響（4）含水量%20wa隨含水量的降低，無側限抗壓強度增高 uq0w%301wa%252wa%203wa%154wa%105wa12345%20wa含水量和無側限抗壓強度之間有一個峰值。 （5）天然地基中有機質含量增高，對水泥的水化反應阻礙作用增大，影響水泥土的固化，降低水泥土的強度。 （6）外加劑早強劑：三乙醇胺、氯化鈣、碳酸鈉或水玻璃。減水劑：木質素磺酸鈣，一般摻入量取水泥質量的0.2%。石膏有緩凝和早強的作用，加入少量石膏，有利于提高強度，減少水泥用量。（5）有機質（7）攪拌均勻程度tmin)10(/uuqq塑性指數越大，土的粘性越大，越難攪拌均勻；而含水量和液性指數過低，

10、同樣影響攪拌效果。 3、抗拉強度 水泥土的抗拉強度隨水泥土的抗壓強度的增加而提高。當已知水泥土的抗壓強度fcu時抗拉強度cutf )25. 015. 0 (一般越均勻，強度越高。在相同攪拌的條件下，土的物理力學指標中含水量、塑性指數、液性指數對水泥土的均勻性影響很大。5、變形模量、壓縮系數和壓縮模量 水泥土的變形模量為垂直應力達到50%無側限抗壓強度時，水泥土的應力與應變比值， /50E水泥土的壓縮系數為（2.02.03.53.5）1010-2-2（MPaMPa）-1-1 其相應的壓縮模量 MPaEs100604、抗剪強度 水泥土無側限抗壓強度提高，抗剪強度越高。 （三）水泥土的抗凍性能 自然

11、溫度不低于-150時，冰凍對水泥土損害很小，一般工程，地溫不低于-100C，可進行深層攪拌樁施工。 （一）布樁形式（可只在建筑基礎范圍內布樁） 五）水泥土樁的地基加固設計 1 1、柱狀：柱狀：三角形或正方形布置。 2 2、壁狀：壁狀：柵格狀 3 3、塊狀：塊狀：全部加固，用于地基承載力要求高，沉降要求嚴格的建筑。 （二）單樁承載力 1、以試驗資料確定，無試驗資料時計算確定。 取兩式計算的小值淤泥可取58kPa，淤泥質土取812kPa，粘性土可取1215kPa dkR單樁豎向承載力標準值 kcuf,無側限抗壓強度平均值 強度折減系數，0.350.50 sq樁周土的平均摩擦力pkcudkAfR,p

12、ppsdkqAluqR 2、水泥土單樁設計 確定樁長和水泥摻入比確定樁長和水泥摻入比 （1）先確定樁長 樁周長樁周長 pupA樁的截面積樁的截面積 l樁長樁長q qp p樁端承力標準值樁端承力標準值 樁端承力折減系數，可取樁端承力折減系數，可取0.40.40.60.6。 1）由式計算 dkR2）由式計算求 kcuf,3）由相應的 kcuf,參照室內配合比試驗選擇合適水泥摻入比 wapkcudkAfR,pppsdkqAluqR （2）先定水泥摻入比aw 1）先定水泥摻入比aw 2）再確定 kcuf,3）由式計算求 dkR4）由式計算 l（三）水泥土樁復合地基承載力的確定 kspdkkspfmAR

13、mf,)1 (/kspf,復合地基承載力標準值 m面積換算率 樁間土承載力折減系數，當樁端為軟土時，可取0.51.0，當樁端為硬土時，可取0.10.4。 pkcudkAfR,pppsdkqAluqR （四）軟弱下臥層的驗算 zczzfppczp軟弱下臥層頂面處土的自重應力 zp軟弱下臥層頂面處的附加應力設計值條形基礎 tgzbpbpz211p基礎底面處附加應力值，可取 kspfp,1由上式反求面積換算率m和樁數n kspdkkskspfARffm,/pAAmnDzizi-1Hicz=0.2或0.1cc線z線p1ip1icizic(i-1)z(i-1)p1i=(ci+c(i-1)/2pi=(zi

14、+z(i-1)/2計算下限（五）沉降變形驗算 變形包括樁體的壓縮變形S1和樁下未加固土體的壓縮變形S2。 0012/)(ElppS11,)(AAAfAfpksksplfpp0p樁群頂面的平均應力 0p樁群底面的附加應力 p樁群底面以上的加權平均重度。 pnAA 1Dzizi-1Hicz=0.2或 0.1cc線z線p1i p1icizic(i-1)z(i-1)p1i=(ci+c(i-1)/2 pi=(zi+z(i-1)/2計 算 下 限pop六）粉噴樁施工工法 粉噴樁是以干粉（生石灰粉或水泥粉等粉體材料）作為加固料，通過粉噴樁機，用壓縮空氣將粉體加固料送到地基中與軟土攪拌并得到充分拌合，使其充分

15、吸收地下水并與地基土發生理化反應，形成具有水穩定性、整體性和一定強度的柱狀體，同時使樁間土得到改善，從而滿足地基處理及建筑基礎的設計要求。（一）特點1.機理科學、費用低廉（1）加固成本低。由于利用原土為原料，加入少量固化劑，一般為12-15%的土體重量。（2）樁身質量好。由于樁體粉體與土拌和，化學反應充分 ，樁身強度相對較高。（3）地基加固后其容量變化不大，僅比原容量增加5%， 故無附加荷載，含水量略低于原土，約減少3-7%，其抗壓強度一般為1.6-2.0MPa，其主要與土的種類、含水量、粉體摻入量、養護齡期以及外加等因素有關。 2.干法施工（1）施工不需水源，不需排污，故場地干凈。（2）樁體

16、強度高。此方法是從地基中吸收一定的水份，工藝效果較好，提高了地基加固效果。3.無側向擠土問題該工藝與打入樁或壓入樁相比，由于成樁是將原位土體作為主要原料，使地基中幾乎不增加體積，故不產生側向擠土，所以粉體噴攪法施工時，對臨近環境無影響，甚至可以緊貼相鄰基礎施工。4.樁身強度可因需要加以控制該工藝可按工程需要及地質條件，以不同摻入量來控制不同的樁身強度，也可在同一地基中不同層位控制不同樁身強度，滿足工程上的需要。5.施工機械簡單、操作方便粉噴法施工專用機械由成樁鉆機、空壓機、供料機三大件組成。設備簡單，樁身體積小，移動方便，成樁直徑一般為500-700mm。樁長最深可達18m，施工效率較高，臺班

17、成樁10-15根。（二）適用范圍該工藝樁位平面布置靈活，可以組成多種形狀，如柱狀、壁狀、格柵狀等，主要用于工程建設中的多種地基改良加固，尤其以淤泥質軟土改良效果較好。可作為支護體系，用于防止滑坡，防止流砂及止水圍護等，還可以加固地基中的某個部位，故應用廣泛。在住宅基礎應用中單樁承載力可達300KN，復合地基承載力可達25Kpa。（3）施工工藝 粉噴樁施工工藝分為就位、鉆入、預攪下沉、噴攪提升、復攪下沉、復攪噴粉提升、成樁等過程。見圖1。1、樁體就位：移動鉆機、使鉆頭對準樁位，分別以經緯儀、水平尺在鉆桿及轉盤的兩個正交方向校正垂直度及水平度。2、上水泥等粉灰：打開粉噴機料罐上蓋，按（設計有效樁長

18、+余樁長）每m用料，計算出水泥等粉灰用量，并進行過篩，加料入罐，第一罐多加50kg水泥等粉灰。3、關閉粉噴機灰路蝶閥、球閥，打開氣路蝶閥。4、鉆進：啟動鉆機和空壓機，并緩慢打開氣路調壓閥，對鉆機供氣，視地質及地下障礙情況采用不同轉速正轉下鉆，宜用慢檔先試鉆。5、壓差控制：觀察壓力表讀數，隨鉆桿下鉆壓力增大而調節壓差，使后閥較前閥大0.02-0.05MPa壓差。6、噴攪提升：鉆頭鉆至設計樁長底標高，關閉氣路蝶閥，并開啟灰路蝶閥，反轉提升，打開調速電機，視地質情況調整轉速，噴灰成樁。7、鉆機正轉下鉆復攪，反轉提鉆復噴。根據地質情況及余灰情況重復數次，保證樁體灰土攪拌均勻。8、鉆頭提升至樁頂標高下0

19、.5m，關閉調速電機，停止供灰，充分利用管內余灰噴攪。9、原位旋轉鉆具2min，脫開減速箱、離合器將鉆頭提離地面0.2 m。10、打開球閥，減壓放氣。打開料罐上蓋，檢查罐內余灰，并記錄噴灰量。11、鉆機移位，進入下一個成樁樁位。（4）施工機具施工機具主要由成樁鉆機、空壓機、供料機三大系統組成。目前使用的機械有：GPF-5、GPF-7、PH-5及PH-7型鉆機、YP-1粉體噴射機、3N-1.6/1.0空氣壓縮機各1臺；C-2儲氣罐、配電箱各一只；電纜、壓力膠管、小平車若干。施工設備布置見圖2。粉體噴射機空氣壓縮機空氣壓縮機 噴 頭（5）操作要點1、施工前應準確測放軸線和樁位，并用竹簽或鋼筋標定。

20、2、施工現場要求平整，施工前徹底清除地下一切障礙物。3、正式打樁前宜按設計要求施打工藝試樁，以確定各地層和平面區域內鉆桿提升速度和噴灰速度、噴灰量等。4、粉體噴射機灰罐應按理論計算量投一次料，打一根樁，以確保成樁質量。5、噴射機內壓力要保持穩定，壓力要足夠。 6、鉆機提升速度控制于0.45-0.8m/min。 7、鉆機預攪下沉，應盡量不用沖水下鉆，當遇較硬土層太慢時，方可適量沖水。（6）施工注意事項 1、每一根樁開鉆后必須連續施工，嚴格控制噴灰及停灰時間，不得間斷。嚴禁在尚未噴灰的情況下進行鉆桿提升作用，以確保粉噴樁質量和長度。 2、如遇停電，機械故障等原因而噴粉中斷，應及時記錄中斷深度，待恢

21、復正常后進行復打，復打重疊段不應小于1m。 3、鉆桿下沉前，應用經緯儀檢查或垂線量測鉆桿的傾斜度，使傾斜度值不大于1.5%。 4、深層攪拌機噴灰提升至原地面以下50cm時，應關閉空壓機，防止固化劑噴入大氣層。 5、在樁徑變更時應對直徑進行復核，對使用過的鉆頭須隨時檢查，且磨損量不得大于1cm。（7）加固質量與檢測噴粉樁工程質量檢查及地基強度檢測，目前按以下方式進行：樁成型的開挖觀測對挖出的樁體進行直觀檢查，檢查其樁位、樁徑是否應符合設計要求，檢查噴攪的均勻程度。2、資料檢查即對施工記錄的檢查，以復檢樁端和停灰面標高、 噴粉量是否符合設計要求，檢查施工時是否發現異常現象等。3、樁體強度檢測（1）樁體的靜力觸探（以養護齡期為14天）。（2）樁身取樣進行室內立方強度試驗。（3）應力波測試（為樁數的10-15%）。（4）靜壓試驗：測定單樁或復合