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建筑工程专业毕业设计

毕业设计（论文）

题目机西高速公路水泥土搅拌桩

在地基加固中的应用与研究

学生姓名xxx

学号

专业水利水电建筑工程

班级

指导教师

评阅教师

完成日期2013年10月9日

目录

摘要...............................................3

前言...............................................3

1水泥土搅拌桩的加固机理...........................3

1.1水泥的水解和水化反应...........................3

1.2粘土颗粒与水泥水化物的作用.....................4

1.3水泥土搅拌桩强度的影响因素.....................4

2水泥搅拌桩质量控制要点和方法......................5

2.1质量控制要点....................................5

2.2质量控制具体操作方法............................5

2.2.1水泥的质量控制..................................5

2.2.2桩位质量控制....................................5

2.2.3水灰比质量控制..................................6

2.2.4桩长的质量控制..................................6

2.2.5搅拌速度及每米水泥用量控制........................6

2.2.6质量检验.......................................7

3水泥土搅拌桩施工方案.............................7

3.1施工测量.......................................7

3.2水泥土搅拌桩施工...............................8

3.2.1施工方法及技术措施..............................8

3.2.2水泥土搅拌桩施工工艺............................10

3.2.3水泥浆深层搅拌桩电子计量系统.....................11

3.2.4施工中质量重点控制要点...........................11

3.2.5其它原则.......................................11

3.2.6水泥土搅拌桩安全措施.............................12

3.2.7对部分超深桩采取的措施...........................13

4结论............................................13

致谢..............................................14

参考文献..........................................15

机西高速公路水泥土搅拌桩在地基加固中的应用与研究

学生：

xxx

指导教师：

xxx

（三峡电力职业学院）

摘要：

随着基础设施建设的发展，水泥土搅拌桩技术在软土地基加固方面得到广泛应用，并出现很多理论和计算方法。

介绍水泥土搅拌桩的加固机理及力学影响因素，并通过工程实例进行复合地基的理论计算，分析水泥土搅拌桩复合地基承载性状的影响因素；说明水泥土搅拌桩在软土加固的适用性和推广普及的可行性。

关键词：

水泥土搅拌桩；复合地基；承载力；加固

前言

无论是城市建设、公路建设还是其它基础设施的建设，都不可避免地遇到各种软弱地基，而水泥土搅拌桩是利用水泥材料作固化剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处就地将地基土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和土体之间所产生的一系列物理、化学反应，使地基土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的加固体，从而达到加固地基的目的。

1水泥土搅拌桩的加固机理

国内外大量试验及研究表明，软土与水泥深层搅拌加固是基于水泥加固土的物理化学反应。

它与混凝土的硬化机理有所不同，混凝土的硬化是水泥在粗填充料中进行水解和水化作用，凝结速度快。

而水泥加固土中，由于水泥的掺量少，水泥水解和水化是在一定活性的介质土中进行，土质条件对搅拌桩桩身质量和强度是通过土的物理力学和物理化学性质来影响的，故水泥加固土强度增长和硬化速度比混凝土缓慢且作用复杂。

1.1水泥的水解和水化反应

普通硅酸盐水泥主要是由CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等组成，这些不同的氧化物组成了不同的水泥矿物：

3CaO·SiO2、2CaO·SiO2、3CaO·Al2O3、4CaO·Al2O3·Fe2O3、CaSO4等。

水泥拌入软土后，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Ca（OH）2、3CaO·2SiO2·3H2O、3CaO·Al2O3·6H2O及3CaO·Fe2O3·6H2O等化合物。

其中Ca（OH）2、3CaO·2SiO2·3H2O能迅速溶于水中，使水泥颗粒表面重新暴露并与水发生反应，这样周围的水溶液逐渐达到饱和，当溶液达到饱和后，水分子继续深入颗粒内部，但新生成物己不再溶解，只能以分散状态的胶体析出，悬浮于溶液中，形成胶体。

CaSO4占水泥含量的3%，它与3CaO·Al2O3一起与水发生反应，生成“水泥杆菌”，使大量自由水以结晶水的形式固定下来，对高含水量软粘土强度的增长有特殊作用。

1.2粘土颗粒与水泥水化物的作用

水泥的水化物生成后，有的自身硬化形成水泥骨架，有的与周围具有一定活性的粘土颗粒发生反应。

1）团粒交换作用。

软土作为一个多相散布系，和水结合表现出一般的胶体特征，其表面带有Na+或K+，能和水泥水化生成的Ca2+进行当量吸附交换，另外水泥水化生成的凝胶粒子，其比表面能有强烈的吸附活性，与土团粒进一步结合，形成水泥土团粒结构，并封闭土团间的空隙，使水泥土的强度大大提高。

2）凝结反应。

随水泥水化反应的深入，溶液中析出大量Ca2+，在碱性的环境中，当其数量超过离子交换的需要量后，能使组成粘土矿物的大部分SiO2及Al2O3与Ca2+进行化学反应。

随着反应的深入，逐渐生成不溶于水的稳定的结晶化合物。

3）碳化反应。

水泥及水化物中游离的Ca（OH）2能吸收水、土和空气中的二氧化碳，发生碳化反应，生产不溶于水的CaCO3，增加了水泥的强度。

1.3水泥土搅拌桩强度的影响因素

　1）水泥掺入比及水泥强度等级。

水泥土的强度随着水泥掺入比的增加而增大，水泥土的强度随水泥强度等级的提高而增加。

一般，水泥强度等级提高1级，水泥土的强度增加45%～95%。

2）龄期。

水泥土的强度随着龄期的增长而提高，一般在龄期超过28d后仍有明显增长。

当龄期超过3个月，水泥土的强度增长才缓慢。

某个龄期（t）的无侧限抗压强度fcu,t与28d龄期的无侧限抗压强度fcu,28的比值关系如（7），通常以90天龄期的无限侧抗压强度作为水泥土的强度设计标准值。

3）土的含水量对强度的影响。

水泥土的无侧限抗压强度fcu随土样含水量的增加而降低（如表2），当土的含水量从45%增大到155%时，无侧限抗压强度fcu则从2320kPa降至260kPa，一般情况下，土样含水量降低10%，则制成的水泥土的强度fcu可增加10%～50%。

4）有机质对强度的影响。

水泥土中的有机质使土样具有较大的水溶性和塑性及膨胀性低的渗透性，并使土的酸性增加，使水泥的水化反应受到抑制。

2水泥搅拌桩质量控制要点和方法

2.1质量控制要点

该工程采用水泥搅拌桩作为唯一的地基处理形式，搅拌桩的施工质量直接关系到工程的质量和安全。

水泥搅拌桩虽然是机械施工，但由于机械的运行主要依靠人工操作，搅拌桩的施工质量在很大程度上受人为因素影响。

为确保本工程水泥搅拌桩的施工质量满足设计要求，在施工过程中必须抓住质量控制的关键和要点进行控制。

根据相关规范要求并结合本工程实际，该工程水泥搅拌桩（湿法施工）质量控制的关键对象主要有以下几点：

1、水泥质量

2、桩位

3、水灰比

4、桩长

5、搅拌速度及每米水泥用量

6、质量检验

2.2质量控制具体操作方法

2.2.1水泥的质量控制

水泥的质量控制是水泥搅拌桩施工质量控制的关键，故所用水泥品种和质量应符合设计及规范要求。

水泥进场之前，必须由现场监理见证并抽样做安定性、强度等试验，检验合格后方可进场使用。

进场水泥数量应能满足施工进度的要求，不合格或过期、受潮、硬化、变质的水泥拒绝进场使用。

施工用水应为人畜饮用水，若用自然水源，应做水质分析，检验合格后方可使用。

2.2.2桩位质量控制

机械设备进场前，要进行场地规整、清理，施工地面要求比桩顶设计高程高500mm。

施工单位应按照设计的搅拌桩平面布置图放样并编号，在桩位处地面钉设不易更改的标记（现场一般采用筷子和石灰粉），放样成果经监理工程师检验合格后，桩机方可开始施工。

施工中应保持搅拌机底盘的水平和导向架的竖直，在桩机井架的正面和侧面一定要吊挂垂球，垂球重量不小于2kg，防止施工时桩机倾斜而导致检测时桩体无法检测到底。

搅拌桩的垂直偏差不得超过1%，桩位的偏差不得大于50mm。

为保证水泥搅拌桩桩体垂直度满足规范要求，应在主机上悬挂一吊锤，通过控制吊锤与钻杆上、下、左、右距离相等来进行控制。

2.2.3水灰比质量控制

水灰比是水和水泥按重量计算的比例，规范要求的水灰比在0.45~0.55之间。

水泥宜使用强度等级为32.5级以上的普通硅酸盐水泥。

施工时按设计或工艺试验确定的水灰比在制浆罐中进行标准拌制，同时在现场用比重计测定标准配制的水泥浆的比重并做好记录。

施工过程中监理工程师随时抽查、检验水泥浆比重，以保证水泥浆水灰比满足设计要求。

制备好的浆液还应不停地搅拌，使其均匀稳定，不得离析或停置时间过长，超过2h的浆液应降低标号使用；浆液倒人集料时应加筛过滤，以免浆内产生结块损坏泵体。

2.2.4桩长的质量控制

（1）钻杆标线控制法：

施工之前先丈量钻杆长度，可用红色油漆在钻杆上划出桩长长度，并作明显标志（桩长应不小于设计要求），以便掌握钻杆钻人深度、复搅深度，确保达到设计桩长的长度。

（2）度盘读数控制法：

采用带有度盘读数器的钻机，利用钻机上控制钻杆钻入深度的圆盘，通过指针读数可直接反映出钻桩的长度。

注意开钻之前，指针读数必须为零。

（3）根据实际施工经验，水泥土搅拌法在施工到顶端0.3～0.5m范围时，因上覆压力较小，搅拌质量较差。

因此，施工的桩顶标高应比设计确定的基底标高高出约0.5m．待开挖基时，再将上部桩身质量较差的0.5m桩段凿去。

2.2.5搅拌速度及每米水泥用量控制

为了确保桩体每米掺合量以及水泥浆用量达到设计要求，每台机械均应配备电脑记录仪。

同时现场应配备水泥浆比重测定仪，各监理工程师和项目经理部质检人员随时抽查检验水泥浆水灰比是否满足设计要求。

严格按设计桩位、桩长、桩数、喷浆量以及实验确定的参数施工。

搅拌桩的完整性、均匀性、连续性、无测限抗压强度应满足设计要求。

搅拌机预搅下沉时不宜冲水，当遇到硬土层下沉太慢时，方可适量冲水，但应考虑冲水对桩身强度的影响。

每根桩开钻后应连续作业，不得中断喷浆。

严禁在尚未喷浆的情况下进行钻杆提升作业。

对每根成型的搅拌桩重点检查水泥用量、水泥浆拌制的罐数、压浆过程中是否有断浆现象、喷浆搅拌提升时间以及复搅次数。

施工时因故停浆，应及时记录中断深度。

宜将搅拌机下沉至停浆点以下+0.5m．待恢复供浆时再喷浆提升。

若停机超过3h，为防止浆液硬结堵塞，宜先拆卸输浆管路，予以清洗。

在12h内采取补喷处理措施，并将补喷情况填报于施工记录内。

补喷重叠段应大于l00cm，超过12h应采取补桩或注浆措施。

喷浆搅拌过程中，如果发生事故停机超过30min,要拆卸管路，排除灰浆，妥善清洗干净输浆管路，严防水泥浆结块，每日完工后需彻底清洗一次。

灰浆泵需要定期拆开清洗，注意保持齿轮减速箱内润滑油的清洁，确保搅拌桩成桩均匀和止水效果良好。

水泥搅拌桩的施工顺序宜采用从中间向外围进行，或由一边推向另一边的方式施工。

水泥搅拌桩施工完成28d内不得有任何机械在上面行走，28d以后要按《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）要求进单桩复合地基承载力检测，复合地基承载力不得小于施工地段设计要求的承载力。

待检测合格后，方可进行上部基础施工。

2.2.6质量检验

水泥土搅拌桩质量控制应贯穿在施工的全过程，并应当坚持施工全程的监理。

成桩7d后，采用浅部开挖桩头（深度宜超过停浆面下0.5m）。

目测检查水泥搅拌桩的均匀性、成桩直径，检查量为总桩数的5%。

搅拌桩在成桩后7d肉用轻便触探器钻取桩身加固土体，观察搅拌均匀程度，同时根据轻便触探击数判断桩身强度。

轻便触探试验检验桩的数量为施工总桩数的2%。

在成桩28d后，用双管单动取样器钻取水泥搅拌桩桩芯。

直观地检验桩体强度和搅拌的均匀性。

取芯检验抽取的检验数量为施工总桩数的0.2%。

且不少于2根。

取芯样做无侧限抗压强度。

对搅拌桩取芯后留下的空间应采用同等强度的水泥砂浆回灌密实。

根据施工质量情况，经触探检验对桩身强度有怀疑时。

可先取一定数量的桩体进行开挖检验，检查加固柱体的外观质量、搭接质量和整体性等，检验桩体圆匀，无缩颈和回陷现象。

检验表明，搅拌均匀，桩体无松散，群桩桩项齐，间距均匀。

复合地基承载力试验，检验数量为桩总数的0.2%，且每批检验不少于3根，单桩复合地基载荷试验按《建筑地基处理技术规范》要求进行。

3水泥土搅拌桩施工方案

3.1施工测量

1、项目部测量人员及测量仪器的配置

（1）人员配置

本标段的水泥土搅拌桩主要分布在通道两侧，本工程由于工期紧，施工任务重，测量乃施工前期工作，故项目部配备3名测量人员。

所有测量人员均由技术精、业务好、责任心强的人员组成，其中工程师1名。

（2）保证措施

测量人员均持证上岗，且有较丰富的施工经验、测量仪器需经过计量检测部门的检定，且在有效期限之内，检定合格证的复印件交监理单位一份，现场自存一份，在用仪器设立台帐。

（3）测量质量保证措施

a.加强测量业务的学习，熟练掌握测量仪器的使用与保养；

b.加强责任心与敬业心，认真对待每一组数据实测准确度；

c.做到内业与外业紧密结合，严格按测量工程标准测设桩位、高程。

3.2水泥土搅拌桩施工

水泥土搅拌桩施工工艺（详见水泥土搅拌桩施工工艺图）流程如下：

测量放线桩机就位、对中报验桩位制备水泥浆搅拌喷浆下沉喷浆、搅拌、提升重复搅拌下沉重复搅拌上升成桩结束位移地基处理效果检测

3.2.1施工方法及技术措施

a、施工准备

（1）水泥进场时必须有质量合格证书，出厂试验报告；在使用前按规范要求取样，检测结果合格报监理签字认可后方可使用。

（2）依据工程地质勘察资料和室内配合比试验，结合设计要求，选择最佳水泥掺入比，水灰比0.5,确定搅拌工艺参数。

（3）依据设计图纸，做好现场平面布置，安排好打桩施工流水。

布置水泥浆制备系统和泵送系统。

（4）清理施工现场的地下、地面及空中障碍，以利安全施工。

（5）水泥现场堆放应注意防水防潮。

水泥土搅拌桩施工工艺图

（6）按设计要求，进行现场测量放线，定出桩位，并打入小木桩。

b、劳动组织

每台班深层搅拌机械由7人（不含机修工电工）组成：

班长：

1名，负责深层搅拌施工指挥，协调各工序间的操作联系；

机长：

1名。

按照班长发出的信号，正确操作搅拌机的下沉、提升、喷浆、停浆等；观察和检查搅拌机运转情况，做好维修保养工作；

司泵工：

1名，负责指挥灰浆制备，泵送系统的正常运转，做好水泥浆制备设备保养，负责输浆管路的清洗；

记录：

1名，依据设计要求，测定搅拌桩每延米的灌浆量；发现停浆时立即通知班长，采取补救措施；同时记录施工中的各种数据，复查桩位、水泥浆配比等。

拌浆工：

2名，按设计配合比制备水泥浆，并按照司泵工的指挥，将水泥浆倒入集料斗；

供料工：

1名，负责搬运水泥，并收集用完的水泥袋。

另外每套机械应配备一名机修工和一名电工，保证整套机械和现场施工的正常进行。

3.2.2水泥土搅拌桩施工工艺

（1）就位

本工程水泥深层搅拌桩采用单轴型钻头桩机，移动桩架到达指定桩位，使钻头中心对准设计桩位。

（2）制备水泥浆

根据设计用灰量（每米50Kg）、桩长、水灰比拌制水泥浆，拌好后的水泥浆过筛后到入集料斗中。

（3）搅拌喷浆下沉

桩位定好后，启动电机，放松起重机钢丝绳，使搅拌机沿导向架边搅拌、边切土下沉喷浆，以防止出浆口在下沉过程中被土团所堵塞。

下沉速度由电机监测表控制，工作电流不应大于70A。

（4）喷浆、搅拌提升

水泥深层搅拌桩机下沉到设计深度后，边旋转搅拌钻头边提升，提升时严格按照明设计确定的提升速度提升搅拌机并喷射余下的水泥浆。

（5）重复搅拌下沉和提升

为使软土和水泥浆搅拌均匀，可再次将搅拌机边旋转边沉入土中，至设计加固深度后再将搅拌机边旋转边提升出地面。

（6）清洗

向集料斗中注入适量的清水，开启灰浆泵，清洗全部管路中残余的水泥浆，直至基本干净。

并将粘附在搅拌头上的软土清除干净。

（7）移位

将深层搅拌机移位，重复上述1-6步骤，进行以下根桩的施工。

3.2.3水泥浆深层搅拌桩电子计量系统

水泥土搅拌桩整个过程均采用PJ-1喷浆记录器,用其控制施工全过程监视、测量和记录装置。

其功能主要有：

（1）能测定深层搅拌桩的钻孔深度；

（2）对喷浆过程中的每0.1米喷浆量计量和整桩累计喷浆量进行测量，显示和记录。

（3）能对操作中的作弊行为，主要对喷浆次数和复搅深度具有防伪功能。

因此能较准确的适时显示和记录、浆量与深度的关系，为操作人员提供适时操作的依据以达到设计的要求，保证成桩性能，减少材料浪费。

3.2.4施工中质量重点控制要点：

（1）定位偏差：

偏差<5cm；

（2）桩身垂直度：

垂直度≤1%；

（3）喷浆搅拌速度：

V≤0.5m/min；

（4）桩身地表下5m范围内必须再重复搅拌一次，使水泥和地基土均匀拌和；

（5）施工中电流表变化以不超过70A为宜；

3.2.5其它原则

（1）搅拌桩要穿透软土层到达强度相对较高的持力层，持力层深度除根据地质资料外，还应根据下钻时电流表的读数值来确定，当下钻时电流表的读数明显上升，说明已进入硬土层，当电流表上升到一个较大数值且进入硬土层深度达0.5m以上时则说明已进入持力层。

（2）搅拌桩的施工必须连续，若成桩过程中遇有故障而停止喷浆时其喷粉重叠长度不得小于1.0m。

（3）水厂管线处施工搅拌桩，应注意距离已有管线不小于2.0m，并注意保护管线。

（4）凡施工桩长与设计桩长不符，必须如实记录并经驻地监理签订后报指挥部认可。

如出现大量桩长不符，应报指挥部确定是否进行设计变更。

（5）复搅深度原则上应贯通全桩长，施工中发现不能全桩长复搅，报监理，经监理同意后可根据实际情况确定复搅长度或根据电流值变化情况确定复搅长度。

（6）若发生“空洞”情况的，应立即用素土回填“空洞”，重新下钻喷浆进行接桩处理，重叠长度不小于1.0m，直至成桩为止。

（7）施工完必须养生一个月达到设计强度后才能填筑路基或施工构造物，以免影响软土地基处理效果。

3.2.6水泥土搅拌桩安全措施

（1）在不平整场地上或较软场地上施工时，应保持机械的稳定和垂直度，如倾斜度大于1%，应校正机架后方可施工，严禁在倾斜很大的情况下进行下沉施工。

（2）当发现搅拌机的入土切削和提升搅拌负荷太大及电机工作电流超过额定值时，应减慢升降速度或补给清水；发生卡转、停转现象时，应切断电源，并将搅拌机强制提升出地面，然后重新启动电机。

（3）当电压低于350V时，应暂停施工，以保护电机。

（4）泵送水泥浆前，管路应保持湿润，以利输浆。

（5）水泥浆内不得夹有硬结块，一般在集料斗上部装设细网进行过筛，以免吸入泵内损坏缸体。

（6）输浆管路应保持干净，严防水泥浆结块，每日用完后应彻底清洗一次。

喷浆搅拌施工过程中，如果发生事故而停机半小时以上，应先拆除管路，排除水泥结石，然后进行清洗。

（7）应定期拆卸清洗灰浆泵，注意保持齿轮减速箱内润滑油的清洁。

3.2.7对部分超深桩采取的措施

（1）根据设计有效桩长、桩底标高调整桩架高度保证满足施工需要。

（2）根据地质资料，了解打桩段土层情况，根据以往施工经验，更换电机，增大功率，使深层搅拌桩机能顺利切入土中，并达到桩底设计标高。

（3）对桩深超过18米的部位，在喷浆过程中密切观察流量变化情况，保证喷浆量和喷浆的部位符合要求。

4结论

　　水泥搅拌桩加固土是在水泥的水解和水化反应后，与粘土颗粒发生交换、凝结和碳化反应，生成不溶水的固体化合物，增加和地基的强度。

根据加固机理，分析了水泥土搅拌桩强度的影响因素，试验结果和数据表明，水泥土搅拌桩的无侧限抗压强度随着水泥掺入比的增加而增大，当水泥掺入比aw≥5%时，水泥土的无侧限抗压强度fcu与水泥掺入比aw更接近线性关系。

同时随着水泥强度等级的升高而增大；在90d龄期内，龄期越长，水泥效率越高，即强度越高。

此外，天然土中含水量要明显高于加固后水泥土的含水量，且含水量越高，强度越低。

本文的研究成果为水泥土搅拌桩在地基加固处理中的应用提供了理论依据。

从承载力钻芯取样现场开挖水泥搅拌桩剖面可见，软土地基经水泥搅拌桩加固处理后，地基土强度和变形模量提高，地基稳定性增强，复合地基承载力明显提高，达到了控制沉降、稳定地基的目的。

这种万法具有投入使用快、施工成本低、工期短等显著优点。

但其为隐蔽工程，对施工技术和质量要求较高，故在水泥搅拌桩施工过程中，质量控制十分重要。

致谢

此次的毕业实习取得了圆满的成功，离不开学校指导教师和实习指导老师的指导和关怀，没有你们的细心教导我也不会学到这么多的知识和经验，也不会顺利的完成毕业论文，在此我衷心的向两位敬爱的老师说一声谢谢。

真的很感谢你们，因为踏上社会的第一步路是你们帮我扶正的，我也不会辜负你们的期望的，请相信我老师。

参考文献

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中国建筑工业出版社.2006,12

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武汉理工大学出版社，2003．

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同济大学出版社，2006．

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中国建筑工业出版社，1984．

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中国建筑工业出版社，2003．