2023年水泥土桩复合地基加固机理分析.doc

水泥土桩复合地基加固机理分析 ：从水泥土桩桩体本身强度和桩与桩间土相互作用两个方面分析了水泥土桩复合地基的作用机理。 关键字：水泥土桩，强度，复合地基，作用机理 The Analysis On Reinforcement Mechanise Of Soil-cement Pile Composite Foundation Abstract：From two aspects to analyse the action mechanise of soil-cement pile composite foundation.One aspec is the strength of pile shaft of cement-mixed columns，the other aspect is the interaction of piles and soil. Key Words：soil-cement pile；strength；composite foundation；action mechanise 0. 引言： 随着我国建设的开展，一些建筑物必然要建立在软土地基上，水泥土搅拌桩复合地基便是处理软土地基的一种方式，这种地基处理方式具有造价低廉，施工简单，质量容易控制等优点，已经发现便得到了广泛应用。然而，对其加固机理分析没有统一的说法，本文也是从水泥加固软土机理和桩土共同作用形成符合地基的工作机制这两个方面进行了一下阐述。 1. 水泥加固软土机理 水泥土的物理化学反响过程与混凝土的硬化机理不同，混凝土的硬化主要在粗填料中进行水解和水化作用，所以凝结速度快。而在水泥加固土中，由于水泥掺量很小，水泥的水解和水化反响完全是在具有一定活性的介质-土的围绕下进行，所以水泥加固土的强度增长过程比混凝土较为缓慢。 ①水泥的水解和水化反响 普通硅酸盐水泥主要是氧化钙、二氧化碳、三氧化铝、三氧化硫及三氧化二铁等组成，由于这些不同的氧化物分别组成了不同的水泥矿物；硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、硫酸钙、铁铝酸四钙等。用水泥加固软土时，水泥颗粒外表的矿物很快与软土中的水发生水解和水化反响，生成氢氧化钙、含水硅酸钙、含水氯酸钙及含水铁酸钙。 所生成的氢氧化钙、含水硅酸钙能迅速溶解于水中，是水泥颗粒外表重新暴露出来，再与水发生反响，这样周围的水溶液就逐渐到达饱和。当溶液到达饱和后，水分子虽然继续深入颗粒内部，但新生成物已不能再溶解，只能以细分散状态的胶体析出，悬浮于溶液中，形成胶体。 ②土颗粒与水泥水化物的作用 当水泥的水化物生成后，有的自身继续硬化形成水泥石骨架；有的那么与周围具有活性的粘土生成反响。粘土和水结合时就表现出一种胶体特征，如土中含量最多的二氧化硅遇水后，形成硅盐胶体颗粒，即外表带有钠离子或钾离子，它们都能和水泥水化生成的氢氧化钙中钙离子进行当量吸附交换，使较小的土颗粒形成较大的土颗粒，从而使土体强度提高。 水泥水化生成的凝胶离子的比外表积约比原水泥颗粒大1000倍，因而产生很大的外表能，有强烈的吸附活性，能使较大的土团粒进一步结合起来，形成水泥土的团粒结构，并封闭各土团的空隙，形成稳固的联结，从宏观上看也就使水泥土的强度大大提高。 随着水泥水化反响的深入，溶液中析出大量的钙离子，当其数量超过离子交换的需要量后，在碱性环境中，能使组成粘性矿物的二氧化硅及三氧化二铝的一局部或大局部与钙离子进行化学反响，逐渐生成不溶于水的稳定结晶化合物，增大了水泥土的强度。其反响通式为： ③碳酸化作用 水泥水化物中游离的氢氧化钙能吸收水和空气中的二氧化碳，发生碳酸化反响，生成不溶水的碳酸钙，这种反响也能使水泥强度增强，但增长的速度较慢，幅度也较小。 从水泥的加固机理分析，由于人工搅拌的不均匀性，实际上不可防止地会留下一些未被粉碎的大小土团。在拌入水泥后将出现水泥浆包裹土团的现象，而土团间的大空隙根本上已被水泥颗粒填满。加固后的水泥形成一些水泥较多的微区，而在大小土团内那么没有水泥。只有经过较长时间，土团内的颗粒在水泥水解产物的渗透作用下，才会逐渐改变其性质。因此在水泥土中不可防止地会产生强度较大和水稳定性较好的水泥石区和强度较低的土地区。两者在空间相互交替，从而形成一种独特的水泥石结构。可见，搅拌越充分，土块越小，水泥分布到土中越均匀，那么水泥石结构的离散性越小，其宏观的总体强度也越高。 2. 桩土共同作用机理分析 水泥土搅拌桩复合地基主要由加固区、下卧层和垫层三局部组成，加固区主要由桩与桩间土组成，故对水泥土桩复合地基作用机理分析时，必须对复合地基从整体上分析，水泥土搅拌桩复合地基加固体的作用主要表现在以下几个方面： ① 桩体作用 由于复合地基中桩体的刚度较周围土体大，在刚性根底下发生等量变形时，地基中应力按材料的模量进行分配，因此，桩体上产生应力集中的现象。大局部荷载将由桩体承当，桩间土上应力相应减少。这样就使得复合地基的承载性能较原地基有所提高，沉降量有所减小。随着桩体刚度增加，其桩体作用发挥得更为明显。 ② 垫层作用 水泥土搅拌桩与桩间土复合形成的复合地基，在加固深度范围内形成复合层，由于其力学性能优于天然地基，它可起到类似褥垫层的作用，均匀地基应力和应力扩散等作用。在桩体没有贯穿整个软弱土层的地基中，垫层的作用尤为明显。 ③ 挤密作用 在水泥土搅拌桩施工过程中，由于振动、排水、材料吸水、搅拌和压力膨胀等作用，都对桩间土起到一定的密室作用。 ④ 加筋作用 水泥土搅拌桩复合地基除了可提高地基的承载力外，还可用来提高土体的抗剪强度，增加土体的抗滑力，增加路堤填筑的稳定性。 3. 结语与展望： 水泥土搅拌桩作为一种普遍使用的地基处理方式，本文只是简单的从其加固机理方面分析。然而，在实际应用中其加固的具体情况还无法用完全精确地理论去分析。如在确定单桩承载力时是按刚性桩来计算的，而计算沉降时又是认为桩与桩间土的变形是协调的，这又把水泥土桩当成了柔性桩。再有设置褥垫层后，根底向地基传递荷载的规律也发生了变化。因此，用这种地基处理方法获得的地基承载力值仍需要一套更精确的理论去求解。 参考文献： 郑刚，姜.水泥土搅拌桩复合地基承载力研究.岩土力学，1996,20〔3〕. 高亚成，郑建青.水泥土的室内试验研究.河海大学学报，1999,27〔5〕. 杜广印，吴燕开，刘松玉.排水喷桩〔2D工法〕加固软地基对桩基地周土强度影响.工程地质学报，2023,114〔4〕. 林琼.水泥系搅拌桩复合地基实验研究.杭州：新疆大学建筑工程元，1993.