水泥深層攪拌法在船閘軟基加固中的應(yīng)用

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1、水泥深層攪拌法在船閘軟基加固中的應(yīng)用一、工程概況杭甬運(yùn)河杭州段新壩船閘工程位于杭州市蕭山區(qū)義橋鎮(zhèn)南K31+681～K33+546處，船閘主體工程由寧波交通工程建設(shè)集團(tuán)承建，主要工程量包括500T級(jí)船閘、上下游翼墻和閘首公路橋一座。船閘包括上下閘首、閘室和上下翼墻三部分，其中閘首采用鋼筋混凝土空箱式結(jié)構(gòu)，平面尺寸16.0m×22.1m，閘室采用鋼筋混凝土扶壁式結(jié)構(gòu)，平面尺寸12.0m×200m，分14個(gè)結(jié)構(gòu)段。根據(jù)地質(zhì)鉆探資料顯示，船閘區(qū)域包括上、下游引航道的深度范圍內(nèi)的地層分為五大層24個(gè)工程地質(zhì)層，上閘首基底層為Ⅲ2或Ⅲ3層可塑狀態(tài)的粉

2、質(zhì)粘土（容許承載力為130～180kPa）。下閘首、閘室基底土層為Ⅱ4或Ⅱ5層流塑淤質(zhì)粉制質(zhì)粘土（容許際載力50～75kPa）和Ⅲ1或Ⅲ2層可塑粉質(zhì)粘土（容許承載力為100～180kPa）。按照設(shè)計(jì)要求，閘首、閘室和翼墻基礎(chǔ)均采用8字形水泥攪拌樁，直徑為φ70cm，中心距離51.4cm，樁身設(shè)計(jì)強(qiáng)度有800Kpa、900Kpa、1200Kpa三種。二、水泥攪拌樁加固機(jī)理1、水泥的水解和水化反應(yīng)。普通硅酸鹽水泥主要由氧化鈣、二氧化鈣、三氧化二鋁、三氧化二鐵及三氧化硫等組成，用水泥加固軟土?xí)r，上述物質(zhì)與軟土中的水發(fā)生水解和水化反應(yīng)，生成氫氧化

3、鈣、硅酸二鈣、硅酸三鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣等化合物，生成的化合物能迅速溶于水中，使水泥顆粒表面重新暴露出來(lái)，再與水發(fā)生反應(yīng)，這樣周?chē)乃芤壕椭饾u達(dá)到飽和。當(dāng)溶液達(dá)到飽和后，水分子雖然繼續(xù)深入顆粒內(nèi)部，但新生成物已不能再溶解，只能以細(xì)分散狀態(tài)的膠體析出，懸浮于溶液中，形成膠體。其反應(yīng)如下：2（3CaO.SiO2）+6H2O3CaO.2SiO2.3H2O+3Ca（OH）22（2CaO.SiO2）+4H2O3CaO.2SiO2.3H2O+Ca（OH）23CaO.Al2O3+6H203CaO.Al2O3.6H2O4CaO.Al2O3.Fe2O

4、3+2Ca（OH）2+10H2O3CaO.Al2O3.6H2O+3CaO.Fe2O3.6H2O1、粘土顆粒與水泥化合物的作用2.1、離子交換和團(tuán)?；饔?。粘土和水結(jié)合時(shí)表現(xiàn)出一種膠體特征，如土中含量最多的二氧化硅遇水后，形成硅酸膠體顆粒，其表面帶有鈉離子Na+和鉀K+離子，他們能和水泥水化生成的氫氧化鈣中的鈣離子Ca+進(jìn)行當(dāng)量吸附交換，使較小的土顆粒形成較大的土團(tuán)粒，從而使土強(qiáng)度提高。另外，水泥水化生成的凝膠粒子的比表面積約比原來(lái)水泥顆粒大1000倍，因而產(chǎn)生很大的表面能，有強(qiáng)烈的吸附活性。能使較大的土團(tuán)粒進(jìn)一步結(jié)合起來(lái)，形成水泥土的團(tuán)粒

5、結(jié)構(gòu)，并封閉各土團(tuán)的空隙，形成堅(jiān)固的聯(lián)結(jié)，使水泥土的強(qiáng)度大大提高。2.2、硬凝反應(yīng)隨著水泥水化反應(yīng)的深入，溶液中析出大量的鈣離子Ca+，當(dāng)其數(shù)量超過(guò)離子交換的需要量時(shí)，在堿性環(huán)境中，能使組成粘土礦物的二氧化硅及三氧化二鋁的一部分或大部分與鈣離子進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，逐漸生成不溶于水的穩(wěn)定結(jié)晶化合物，增大了水泥土的強(qiáng)度。其反應(yīng)如下：SiO2+Ca（OH）2+nH2OCaO.SiO2.（n+1）H2OAl2O3+Ca（OH）2+nH2OCaO.Al2O3.（n+1）H2O2.3、碳酸化作用水泥水化物中游歷的氫氧化鈣能吸收水中的二氧化碳，發(fā)生碳酸化反應(yīng)

6、，生成不溶于水的碳酸鈣，其反應(yīng)如下：Ca（OH）2+CO2CaCO3+H2O這種反應(yīng)也能使水泥土的強(qiáng)度增加，但增長(zhǎng)的速度較慢，幅度也較小。二、配比試驗(yàn)在施工場(chǎng)地現(xiàn)取土樣，采取實(shí)地、相應(yīng)原則，按地基加固區(qū)域和土層深度，用挖掘機(jī)挖取原狀土，用厚聚乙烯塑料袋密封封袋。根據(jù)土質(zhì)、水泥等級(jí)等條件，結(jié)合以往的施工經(jīng)驗(yàn)，擬定3種水泥摻入比進(jìn)行配合比試驗(yàn)，其中樁身強(qiáng)度800KP。本次試驗(yàn)委托寧波高等?？茖W(xué)校建工試驗(yàn)室實(shí)施，試驗(yàn)結(jié)果如下：選用“金首”牌32.5普通硅酸鹽水泥水泥摻量9%時(shí)7天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度：1.40Mpa；28天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度：1.77Mp

7、a；水泥摻量11%時(shí)7天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度：1.50Mpa；28天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度：2.13Mpa；水泥摻量13%時(shí)7天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度：1.67Mpa；28天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度：2.43Mpa；從試驗(yàn)結(jié)果看，按照擬定的水泥摻量制成的水泥土強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。一般來(lái)說(shuō)，水泥土以3個(gè)月齡期的強(qiáng)度作為標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度，考慮到工程工期緊張，在28天強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求后，就將配合比應(yīng)用于實(shí)際施工中。為了進(jìn)一步了解水泥摻入比、水泥標(biāo)號(hào)、齡期等參數(shù)對(duì)水泥土強(qiáng)度的影響，項(xiàng)目部試驗(yàn)室進(jìn)行了多組平行試驗(yàn)，試驗(yàn)方法如下：在施工場(chǎng)地現(xiàn)取土樣，用厚聚乙烯塑料袋封袋，運(yùn)到試驗(yàn)室后按擬定的

8、配合比攪拌均勻，先在試模（邊長(zhǎng)為70.7mm的立方體）裝入一半試料，擊振50下，緊接填入其余試料再擊50下，最后將試塊表面刮平蓋上塑料布，以防止水分蒸發(fā)。試塊成型1~2天拆模，拆模后用天平稱重