水泥搅拌桩成桩原理与条件.doc

徐雄峰(深圳市水利规划设计院,广东深圳518036)摘要:水泥搅拌桩是进行软弱地基处理的一种有效形式,讨论了水泥深层搅拌桩成桩的原理和成桩条件。在处理淤泥、淤泥质土、粉土、粉质粘土等软弱地基时,经常采用深层水泥搅拌桩进行复合地基加固处理。深层水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂,通过特制的深层搅拌机械在地基深部将软土和固化剂强制拌和,利用固化剂和软土发生一系列的物理、化学反应,使软土硬结,从而提高地基强度。深层水泥搅拌桩进行软基处理效果显著,处理后可很快投入使用。探索水泥搅拌桩的成桩原理和成桩条件,确保软基处理的效果是工程实践中的一个重要课题。1成桩原理固化剂水泥主要由硅酸三钙(3CaO·Si02)、硅酸二钙(2CaO·Si02)、铝酸三钙(3CaO·A1203)、铁铝酸四钙(4CaO·Alz()。·Fe03)等矿物质组成。这4种矿物成分的主要特性如下:①硅酸三钙(3CaO·Si02)的水化速度较快,水化热较大,且主要在早期放出。强度较高,能不断得到增长,是决定水泥标号高低的最主要的矿物。②硅酸二钙(2CaO·SiO2)的水化速度最慢,水化热最小,且主要在后期放出。早期强度不高,但后期增长率较高,是保证水泥后期强度增长的主要矿物。③铝酸三钙(3CaO·A1z03)的水化速度极快,水化热最大,且主要在早期放出,硬化时体积减缩也最大。早期强度增长率很快,但强度不高,后期几乎不增长。④铁铝酸四钙(4CaO·A1zO·Fez03)的水化速度也较快,仅次于铝酸三钙。水化热中等,强度较低。固化剂水泥和软土中的水发生强烈的水解和水化反应,反应原理如下:2(3CaO·Si()2)+6H2O一3CaO·2Si()2·3H2O+3Ca(0H)22(2CAO·Si)+4H2O一3CaO·2SiO~·3H2O+Ca(OH)23CaO·A12O3+6H2O一3CaO·A1203·6H2O4CaO·Al2()3·Fe203+2Ca(OH)2+10H2O一3CaO·Al2O3·6H2O+3CaO·Fe2O3·6H2()水泥经水化作用后,生成新的化合物为:氢氧化钙、水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化铁酸钙等水化物,有的自身继续硬化形成水泥骨架,有的则因与活性的土进行离子交换和团粒反应、硬凝反应和碳酸化作用等,通过机械搅拌,将土颗粒粘结在一起,使土颗粒固结、结团、形成网状的结构,从而改善土的物理力学性质,达到加固软土地基效果。2成桩条件深层水泥搅拌桩是靠水泥和软土中的水和土之间发生一系列的物理、化学反应而形成强度的,不同的土质会产生不同的加固效果。粘土颗粒粒径小、表面积大、分散性大、稳定性差,容易和水泥发生反应,并且粘土较小的渗透系数常可使水泥搅拌桩含水量降低,所以水泥搅拌桩适用于软土地基处理。在软粘土矿物成分中,高岭石、伊利石和蒙脱石为主要的粘土矿物成分,这3种矿物成分的主要特性如下:①高岭石是由一层四面体片和一层铝八面体片组成的晶层叠接而成,四面体中未被平衡的电荷通过四面体中的氧原子替代八面体中氢氧离子来达到每一层电量平衡。由于每一晶层一面是氧原子,另一面是氢氧离子,因此,相邻晶层可靠氢键连结。氢键是一种较弱的键,但可以阻止水分子进入相邻晶层之间,因此由高岭石构成的土粒有时能多达近百个晶层。②伊利石是由两层硅片夹一层铝片组成的晶层叠接而成,这样上下面都是带负电荷的氧原子,相邻晶层靠带正电荷的