水泥土搅拌法本是用于加固饱和软黏土地基的—种较常用的地基加固方法。它是利用水泥作为固化剂,通过特制的深层搅拌机械,边钻进边往软土中喷射浆液或雾状粉体,在地基深处就地将软土固化成为具有足够的强度、变形模量和稳定性的水泥土,从而达到地基加固的目的。这些加固土柱体与柱体间的土构成了一种复合地基;也可把深层搅拌而成的水泥土柱体,逐根紧密排列成连续壁状墙体,而作为一种挡土结构和防水帷幕。
水泥土搅拌法是深层搅拌法的一种类型,它在我国的应用也仅有二十几年的历史。目前,固化剂采用的有水泥浆液和干水泥粉,因此,水泥土搅拌法有湿法和干法之分。湿法又有多头搅拌和单头搅拌之别。在国内,搅拌的最大深度可达 30m,搅拌加固的柱体直径为 500~850mm。
水泥土搅拌法适应于软土地基的处理,如沿海一带的海滨平原、河口三角洲、湖盆地沉积的河海相软土。对于在这类沉积厚度大、含水量高、孔隙比大于 1.0、抗剪强度低、压缩性高和渗透性差的软土地区建造建筑物时,通常都需要进行地基处理和基坑开挖。水泥土搅拌法具有施工工期短、效率高的特点;在施工过程中,有无振动、无噪声、无地面隆起、不排污、不挤土、不污染环境以及施工机具简单、加固费用低廉等优点。尤其是在深基坑支挡结构体系中,水泥土搅拌法也常用作防水帷幕,因此它是一种有效的地基处理和基坑支护方法。
1.水泥搅拌桩挡墙支护技术的特点
水泥土搅拌法桩挡墙支护技术,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、无噪声和无污染,可在密集建筑群中进行施工,对周围原有的建筑物及地下沟管影响很小。
(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,布置挡土的各种形式。
(4) 与钢筋混凝土桩锚挡士支护相比,可节约钢材并大幅度隆低造价。
水泥土搅拌法最适用干加固各种成因的饱和软黏土。水泥固化剂一般适用于正常固结的淤泥与淤泥质土 (避免产生负摩擦力)、黏性土、粉土、素填土 (包括冲填土)、饱和黄土、粉砂以及中粗砂、砂砾(当加固粗粒土时,应注意有无明显的流动地下水,以防固化剂尚未硬结而被地下水冲洗掉,也要考虑到钻头阻力的增大而引起搅拌机钻进的困难)等基坑的加固。
根据室内试验,一般认为用水泥作为固化剂,对含有高岭石、多水高岭石、蒙脱石等黏土矿物的软土加固效果较好;而对含有伊利石、氯化物和水铝石英等矿物的黏性土以及有机质含量高、pH值较低的黏性土加固效果较差。
在黏粒含量不足的情况下,可以添加粉煤灰。而当黏土的塑性指数 I。大于 25 时,容易在搅拌头叶片上形成泥团,无法完成水泥土的拌和。当 pH 值小于 4 时,掺入百分之几的石灰,通常 pH 值就会大于 12。当地基土的天然含水量小于30%时,在采用干法施工时,为保证水泥充分水化,宜在搅拌喷水泥干粉的同时,掺入一定量的水。
在某些地区的地下水中含有在大量硫酸盐(海水渗入地区),因硫酸盐与水泥发生反应时对水泥土具有结晶性侵蚀,会出现开裂、崩解而丧失强度。为此,应选用抗硫酸盐水泥,使水泥土中产生的结晶膨胀物质控制在一定的数量范围内,藉以提高水泥土的抗侵蚀性能。
在我国北纬 40°以南的冬季负温条件下,冰冻对水泥十的结构损害甚微。在负 温时。由于水泥与黏土矿物的各种反应减弱,水泥土的强度增长缓慢(甚至停止);但正温后,随着水泥水化等反应的继续深人,水泥土的强度可接近标准强度。
2.工程应用情况
由于水泥土搅拌法具有许多独特的优点而被广泛应用。这种方法可用于建筑物的地基加固、边坡加固与稳定、隔水帷幕、防止砂十液化、桥台后背填十加固、地下构筑物地基加固、基坑坑底土加固、支挡墙体工程和提高桩基础横向反力系数等。近 10 多年来在我国,尤其是在珠江三角洲、长江三角洲等沿海软土地区,这一方法被广泛应用于各类工程中,比如沪宁、沪杭、深广等高速公路工程,深基坑支挡结构工程,港口码头水池的市政工程,以及建(构)筑物的软土地基加固等工程。
在基坑支挡结构中,由于围护结构场地狭小或环境的限制,所以采用水泥土搅拌法施工过程中的"套打"技术,即在水泥土墙体中套打钢筋混凝土钻孔围护灌注桩 (直径 650mm),或套打直径 300~400mm 的树根桩作为基坑竖向斜支撑基础。另外,为获得较高的抗拔和抗压承载能力,一种新型锚杆粉喷桩复合地基也得到应用。
随着搅拌机械创新开发和施工效率的进一步提高,以及施工监控自动化装置的采用水泥土搅拌法的工艺将更趋于完善,适应性将更为广泛。可以预见,水泥土搅拌法也将越来越多地体现出它的显著优点,从而被广大工程技术人员所采用。