深层搅拌法在房屋地基沉降处理中的应用

　　摘要：本文主要就深层搅拌法水泥加固的原理进行了分析，然后对应用深层搅拌法的工程实例进行了概要阐述，最后分析了深层搅拌的施工。
　　关键词：深层搅拌；房屋；地基沉降；加固；成孔；承载力
　　深层搅拌法是加固饱和软粘土地基的一种方法,它是利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂,通过特制的深层搅拌机械,在地基深处就地将软土和固化剂强制搅拌,利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的优质地基。深层搅拌法处理地基可增加地基承载力、减小沉降差、提高边坡稳定性及挡水等。深层搅拌法处理后的地基承载力提高1～1.5倍。
　　一、水泥加固土的原理
　　软土与水泥采用机械搅拌加固的原理是基于水泥土的物理化学反应过程，它与混凝土的硬化机理有所不同。在水泥加固土中，由于水泥的掺量很小(占被加固土重的7％～15％)，水泥的水解和水化反应完全是在具有一定活性介质——土的围绕下进行，硬化速度缓慢且作用较复杂，所以水泥加固土的强度增长过程也比较缓慢。
　　（一）水泥的水解和水化作用
　　硅酸盐水泥的主要成分是由氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁及三氧化硫组成，而这些氧化物又分别组成了不同的水泥矿物；硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙、硫酸钙等。用水泥加固软土时，水泥颗粒表面的矿物很快与软土中的水发生水解和水化反应，生成氢氧化钙、含水硫酸钙、含水铝酸钙和含水铁酸钙等化合物。其中，硅酸三钙在水泥中含量最高(50％左右)，是决定强度的主要因素；硅酸二钙含量较高(25％)，主要产生后期强度；铝酸三钙占水泥重量10％，水化速度快，能促进早凝；铁铝酸四钙占水泥重量10％，能提高早期强度；硫酸钙占水泥重量3％，能和铝酸三钙一起与水发生反应，生成一种水泥样菌，对高含水量的软土强度增加有特殊意义。
　　（二）粘土颗粒与水泥水物的作用
　　离子交换和团化作用。通过离子交换，较小的土颗粒结合可形成较大的土团粒；十团粒的进一步结合形成水泥土的团粒结构，并封闭各土团之间的空隙，形成坚固的联结，也就使水泥土的强度得到大大提高。
　　凝硬反应。随着水泥水化反应的深入，逐渐生成不溶干水的稳定的结晶化合物。这些化合物在水中、空气中逐渐硬化，增加了水泥土的强度，而且其结构也比较密实，水分不容易侵入，从而使水泥土具有足够的水稳性。
　　（三）碳酸化作用
　　水泥水化物中的氢氧化钙，吸收水中和空气中的二氧化碳发生碳酸化反应生成不溶干水的碳酸钙。这种反应能提高水泥土的强度，但速度较慢，幅度较小。
　　二、工程实例
　　（一）工程概况
　　广两南宁市区某小区8栋建筑面积近16000m2，共10层，结构形式为框架结构．柱网尺寸为6.3mx7.2m(纵向)、6.3mX3.6m(纵向)、2.4mX7.2m(纵向)、2.4mX3.6m(纵向)，所处地段为邕江河冲积平原地表土层为1.6m～2.4m厚的人工填土，以下为第四纪沉积层，地层从上到下分别为：第1层粉土，湿至很湿，疏松到稍密，承载力标准值fk=l15KPa，压缩模量平均值Es=l1.5(MPa)、层厚3.6～4.2m；第2层粘土夹粉土，饱和，软塑至可塑状，承载力标准值fk=l12KPa，压缩模量平均值Es=7.0(MPa)、层厚2.1—3.4m；第3层粉土，很湿，中密，承载力标准值fk=120(MPa)，压缩模量平均值Es=15.40(MPa)，层厚0.8—1.2m；第4层粘土饱和，可塑至硬塑状，承载力标准值fk=120KPa，压缩模量平均值Es=6.3(MPa)，层厚3.6～3.7m；第5层粘土，饱和，硬塑状，承载力标准值fk=138KPa，平均压缩模量Es=7.3(MPa)，本层揭示最大厚度4.1m。场地地下水属孔隙潜水类型，地下隐定水位13.9m，但由于粘性土的隔水作用。上部土体已达饱和状态。经检测，地下水无侵蚀性。
　　（二）加固方案的比较
　　灌注桩。因场地土呈软塑流塑状态，成孔很困难，需要有较高施工技术水平来保证施工质量，且造价高、工期长。
　　碎石桩。工期短，施工简单，造价低；因受场地条件的限制而不能采用。
　　预制桩。能较好地满足所需要的承载力，但工期长，施工噪音大影响周围居民的正常生活；其造价经测算约53万元。深层搅拌桩。施工速度快，工期短，施工方便，能较好地保证施工质量，造价约24万元，仅是预制桩的45.2％。经方案比较，决定选用深层搅拌桩处理地基。地基处理后的承载力标准值F=250KP。
　　三、深层搅拌桩的设计与施工
　　（一）深层搅拌桩的设计
　　搅拌桩在设计之前应先通过实验确定预期达到的复合地基的承载力标准值，搅拌桩单桩竖向承载力标准值，然后计算面积置换率，最后根据置换率确定桩数及桩的布置形式。搅拌桩在桩的布置上可只在基础范围内布桩，不象灰土桩或砂石桩需要超出基础一定宽度，桩的间距、桩数可根据承载力的需要或功能的需要确定。有关细节详见JGJ79—91建筑地基处理技术规范。从目前国内部分资料来看，采用搅拌桩可将承载力标准值40kPa～60kPa的天然地基加固至承载力标准值达150kPa的复合地基，单桩允许承载力标准值最高可达490kPa。
　　（二）施工要求
　　目前，对深层搅拌法加固质量的检验缺少简便可靠的办法，因此，我们要求施工单位严格按照建筑地基处理技术规范JG79—91有关要求进行施工，并提出以下要求：
　　a、每根桩均应确保均匀和足额的喷灰量，送灰时要密切注意电子称计量变化，如发现喷灰量不足，应及时采取复喷或补喷等措施，每根桩应保证送灰连续、均匀、不得间断；
　　b、考虑到与基础接触部分的搅拌桩顶部受力较大，因此，要求对桩顶1.5m范围内复搅、复喷。因设计时考虑桩端承载力，因此，应确保桩端质量，除应复搅，复喷外，钻头至桩底时，应原位旋转1—2分钟，以便叶片对土的压实及水泥的充分拌和，并以慢档提升0.5～1.0m。
　　所建成的小区楼已经投入使用近两年，经观测基础沉降基本稳定，总沉降量为5.9cm，完全满足使用要求，从施工情况看，在含水量较高的软土地区，深层搅拌法处理地基比较适合，且施工简单，经济合理，效益好。
　　参考文献：
　　[1]高红珍，龚一平．深层搅拌法在住宅工程中的应用[J]．辽宁工程技术大学学报，2003(2)．
　　[2]韩春芩.加固软基的“椭圆”深层搅拌法[J]．水运工程，1983(8)．
　　[3]高兵，金世玉，王宏升．深层搅拌法在工程中的应用[J]．吉林建筑工程学院学报，2004(3)．

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