淺談用深層攪拌法對房屋地基沉降的處理論文
淺談用深層攪拌法對房屋地基沉降的處理論文
論文關鍵詞:地基沉降；深層攪拌法
論文摘要:深層攪拌法具有造價低、施工簡單和效益好的優點，在條件適宜時應優先採用。本文介紹了深層攪拌法加固地基的原理，並結合實際工程介紹了該方法的施工工藝和加固效果。
深層攪拌法是加固飽和軟粘土地基的一種方法，它是利用水泥、石灰等材料作為固化劑的主劑，透過特製的深層攪拌機械，在地基深處就地將軟土和固化劑強制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產生的一系列物理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。深層攪拌法處理地基可增加地基承載力、減小沉降差、提高邊坡穩定性及擋水等。
深層攪拌法處理後的地基承載力提高1～1.5倍。深層攪拌法是相對於淺層攪拌而言，淺層攪拌法主要用於路基，凍漲土和邊坡穩定的處理。深層攪拌分水泥系深層攪拌和石灰系深層攪拌。下面介紹的是水泥系深層攪拌法及其工程應用例項。
國外自二次大戰以來開始研製用於深層攪拌樁的深層攪拌機械，到70年代，已廣泛應用深層攪拌法處理地基，我國從70年代末開始進行深層攪拌的室內試驗和攪拌機械的研製工作，1979年在塘沽新港進行機械考核和攪拌工藝試驗，並獲得成功。80年代初推廣使用深層攪拌法，至今在上海、南京、連雲港、唐山、昆明及內陸部分地區得到了廣泛應用。我們在嘉興某寫字樓（筏基）工程的地基處理中採用了深層攪拌法，取得了良好的技術經濟效果。
一、水泥加固土的原理
軟土與水泥採用機械攪拌加固的原理是基於水泥土的'物理化學反應過程，它與混凝土的硬化機理有所不同。在水泥加固土中，由於水泥的摻量很小（佔被加固土重的7%—15%），水泥的水解和水化反應完全是在具有一定活性介質——土的圍繞下進行，硬化速度緩慢且作用較複雜，所以水泥加固土的強度增長過程也比較緩慢。
（一）水泥的水解和水化作用
矽酸鹽水泥的主要成分是由氧化鈣、二氧化矽、三氧化二鋁、三氧化二鐵及三氧化硫組成，而這些氧化物又分別組成了不同的水泥礦物：矽酸三鈣、矽酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣、硫酸鈣等。用水泥加固軟土時，水泥顆粒表面的礦物很快與軟土中的水發生水解和水化反應，生成氫氧化鈣、含水硫酸鈣、含水鋁酸鈣和含水鐵酸鈣等化合物。其中，矽酸三鈣在水泥中含量最高（50%左右），是決定強度的主要因素；矽酸二鈣含量較高（25%），主要產生後期強度；鋁酸三鈣佔水泥重量10%，水化速度快，能促進早凝；鐵鋁酸四鈣佔水泥重量10%，能提高早期強度；硫酸鈣佔水泥重量3%，能和鋁酸三鈣一起與水發生反應，生成一種水泥樣菌，對高含水量的軟土強度增加有特殊意義。
（二）粘土顆粒與水泥水物的作用
1、離子交換和團化作用。透過離子交換，較小的土顆粒結合可形成較大的土團粒；土團粒的進一步結合形成水泥土的團粒結構，並封閉各土團之間的空隙，形成堅固的聯結，也就使水泥土的強度得到大大提高。
2、凝硬反應。隨著水泥水化反應的深入，逐漸生成不溶於水的穩定的結晶化合物。這些化合物在水中、空氣中逐漸硬化，增加了水泥土的強度，而且其結構也比較密實，水分不容易侵入，從而使水泥土具有足夠的水穩性。
（三）碳酸化作用
水泥水化物中的氫氧化鈣,吸收水中和空氣中的二氧化碳發生碳酸化反應生成不溶於水的碳酸鈣。這種反應能提高水泥土的強度，但速度較慢，幅度較小。
二、工程例項
（一）工程概況
嘉興市某寫字樓建築面積近一萬平方米,層數九層,結構型式為框架結構,柱網尺寸為6.3m×7.2m(縱向)、6.3m×3.6m(縱向)、2.4m×7.2m(縱向)、2.4m×3.6m(縱向),所處場地為瀏陽河沖積平原、地表土層為1.9m～2.0m厚的人工填土,以下為第四紀沉積層,地層從上到下分別為：第①層粉土，溼至很溼，疏鬆到稍密，承載力標準值fk=115KPa，壓縮模量平均值Es=11（MPa）、層厚3.9～4.0m；第②層粘土夾粉土，飽和，軟塑至可塑狀，承載力標準值fk=110KPa，壓縮模量平均值Es=7.0(MPa)、層厚2.3～3.7m；第③層粉土，很溼，中密，承載力標準值fk=120（MPa），壓縮模量平均值Es=15.42(MPa),層厚1.0～1.3m；第④層粘土飽和，可塑至硬塑狀，承載力標準值fk=120KPa，壓縮模量平均值Es=6.5(MPa)，層厚3.5～3.8m；第5層粘土，飽和，硬塑狀，承載力標準值fk=140KPa，平均壓縮模量Es=7.5(MPa),本層揭示最大厚度4.2m。場地地下水屬孔隙潛水型別，地下隱定水位14.5m,但由於粘性土的隔水作用。上部土體已達飽和狀態。經檢測，地下水無侵蝕性。 （二）加固方案的比較
1、灌注樁。因場地土呈軟塑流塑狀態，成孔很困難，需要有較高施工技術水平來保證施工質量，且造價高、工期長。
2、碎石樁。工期短，施工簡單，造價低；因受場地條件的限制而不能採用。
3、預製樁。能較好地滿足所需要的承載力，但工期長，施工噪音大影響周圍居民的正常生活；其造價經測算約54萬元。
4、深層攪拌樁。施工速度快，工期短，施工方便，能較好地保證施工質量，造價約23萬元，僅是預製樁的42.6%。
經方案比較，決定選用深層攪拌樁處理地基。地基處理後的承載力標準值F=250KP。
（三）深層攪拌樁的施工
1、室內試驗
軟土地基深層攪拌加固法是基於水泥對軟土的加固作用,而目前這項技術無論設計計算方法,還是施工工藝都不太成熟,因此,應特別重視水泥土的室內外試驗。試驗步驟：1）為保證試驗準確性，將現場挖掘的天然軟土立即封裝在雙層厚塑膠袋內，基本保持天然含水量；2）根據施工要求的試驗程式、配方，分別稱量土、水泥、外摻劑和水，放在容器內攪拌均勻，按要求進行振動，製成試塊後，蓋上塑膠布，防止水份蒸發過快，並按要求進行養護。本工程經過室內試驗得出如下結論，水泥土的容重比原狀土僅增加2.7%,因此,其加固部分對於下部未加固部分不會產生過大的附加荷重,水泥土的無側限抗壓強度為2.12MP,大於設計要求的F=2.0MP的要求,滿足設計要求。
2、施工要求
目前,對深層攪拌法加固質量的檢驗缺少簡便可靠的辦法,因此,我們要求施工單位嚴格按照建築地基處理技術規範《JG79—91》有關要求進行施工,並提出以下要求：(1)每根樁均應確保均勻和足額的噴灰量，送灰時要密切注意電子稱計量變化，如發現噴灰量不足，應及時採取復噴或補噴等措施，每根樁應保證送灰連續、均勻、不得間斷；（2）考慮到與基礎接觸部分的攪拌樁頂部受力較大，因此，要求對樁頂1.5m範圍內復攪、復噴。因設計時考慮樁端承載力，因此，應確保樁端質量，除應復攪、復噴外，鑽頭至樁底時，應原位旋轉1～2分鐘，以便葉片對土的壓實及水泥的充分拌和，並以慢檔提升0.5～1.0m。
三、結語
寫字樓投入使用一年多，經觀測基礎沉降基本穩定，總沉降量為5.9cm，完全滿足使用要求，從施工情況看，在含水量較高的軟土地區，深層攪拌法處理地基比較適合，且施工簡單，經濟合理，效益好。
參考文獻
[1]陸培毅土力學北京：中國建材出版社2000
[2]何金輝張立新陳孝培軟土地基測試指標的實際應用北京：地質出版社1997