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摘要：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TheAnalysisOnReinforcementMechaniseOfSoil-cementPileCompositeFoundationAbstract：Fromtwoaspectstoanalysetheactionmechaniseofsoil-cementpilecompositefoundation.Oneaspecisthestrengthofpileshaftofcement-mixedcolumnstheotheraspectistheinteractionofpilesandsoil.KeyWords：soil-cementpile；strength；compositefoundation；actionmechanise引言：随着我国建设的发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。水泥加固软土机理水泥土的物理化学反应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应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应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表面的矿物很快与软土中的水发生水解和水化反应生成氢氧化钙、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表面重新暴露出来再与水发生反应这样周围的水溶液就逐渐达到饱和。当溶液达到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；有的则与周围具有活性的粘土生成反应。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表面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表面积约比原水泥颗粒大1000倍因而产生很大的表面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坚固的联结从宏观上看也就使水泥土的强度大大提高。随着水泥水化反应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部分或大部分与钙离子进行化学反应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。其反应通式为：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应生成不溶水的碳酸钙这种反应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避免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基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则没有水泥。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避免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则水泥石结构的离散性越小其宏观的总体强度也越高。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、下卧层和垫层三部分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：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基础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。大部分荷载将由桩体承担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。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