基于嘉兴软土地质条件水泥土搅拌桩地基处理关键技术应用研究_开题报告

一、国内外研究与应用现状

水泥土搅拌桩在 20 世纪 40 年代首创于美国，美国利用水泥浆就地搅拌成桩，但仅限于浅层地基处理。50 年代初，日本从美国引进该技术，开发出以螺旋钻机为基本施工机械的 CSL 法和 MR-D 法，并通过钻杆供给水泥浆，与土进行强制搅拌，取得良好的应用效果。60 年代后期，瑞典也提出类似的地基加固方法，并在斯德哥尔摩城郊的路堤修筑中利用石灰搅拌桩进行软基处理。1974年，由于大面积软土加固工程的需要，日本对石灰搅拌机械进行改造，开始研究深层搅拌施工方法，简称 CDM 工法。80 年代初，东南亚的新加坡、马来西亚、印度尼西亚、泰国等国家以及西欧、苏联、中国香港等地区也开始了大量的应用研究。20世纪90年代末，美国联邦公路局出版了关于全球深层搅拌法新进展的专著， 并推出了国家深层搅拌研究计划；日本近年来成功研制出了多种新的水泥土搅拌桩技术，包括直径达 1.5~1.6 m的大直径水泥土搅拌桩、高强度水泥土搅拌桩、紧凑型施工机械等；瑞典GUNTHER et al.(2004)结合粉喷桩和湿喷桩的优点，提出了改进的粉喷桩法；芬兰YIT建筑有限公司则幵发出了整体搅拌加固技术，用于大面积浅层软土加固。目前，水泥土搅拌桩在日本、美国和北欧应用已经非常广泛。

我国于 1977 年在塘沽新港由冶金部建筑研究总院和交通部水运规划设计院两家公司进行机械考核和搅拌工艺试验，成为引进水泥土搅拌桩技术的雏形。1980 年初，上海宝山钢铁总厂的三座卷管设备基础，成功采用了深层搅拌软基处理技术。随后，和浙江临海市一建公司机械施工处共同研制单头深层搅拌机，获得成功。1998 年，上海隧道工程公司成功研制了四轴深层搅拌机，成桩面积 1.2m×1.2m，桩深可达到 28 m。本世纪初SMW工法在我国发展迅速，除了在基坑支护结构支护中大量应用外，还采用三轴搅拌机械施工止水帷幕，效果良好。三一重工等厂家生产的国产单轴、三轴搅拌机已接近国际先进水平。其显著的特点是加固深度大、穿透能力强、效率高，加固深度已达35m,拓宽了应用范围,不再局限于软土中，在中密粉细砂、中密粉土、稍密中细砂中均可应用。近年还幵发出了长板一短桩工法、排水粉喷桩技术、双向搅拌桩和钉形搅拌桩技术，大大提高了我国搅拌桩技术水平。施工机具的逐级发展，使得水泥土搅拌法在处理软土地基方面具有了更大的优势。目前在国内，水泥土搅拌桩已经广泛应用于工民建地基加固、道路地基加固，在港口工程、水利工程、基坑支护及防渗工程中的应用也比较多。

国外水泥土搅拌桩在工程应用中，设计方法比较保守，置换率高达40%〜80%,桩体设计强度取值一般不超过0.6MPa。深层搅拌机械采用了高新技术，动力功率大，穿透能力强，实现了施工监控的自动化, 确保了施工质量，目前尚未见到失败的工程例证。由于理论研究投入不够，没有取得完整的应力场和变形场数据，使其设计方法不尽人意。

近年国内外很多学者和专家借助计算机利用有限元法的基本思想对各类复合地基进行力学分析，得出了一些基本规律和重要结论。周建民等Ducan-Chang 模型编制了非线性有限元程序对褥垫层、桩体和桩间土三者共同作用的机理进行研究，结果表明，设置相应垫层厚度后符合地基要求；沈茎文等人通过编制三维非线性有限元—无界元耦合程序，得出了刚性单桩复合地基同桩基类似，增大桩距、疏散桩基是合理利用土体承载力的有效途径；刘海涛等人利用 ABAQUS 有限元分析程序来模拟刚—柔性长短桩的三维性状，结果表明，增大刚性桩的长度可以明显降低复合地基的沉降，但是桩长到达一定长度时，沉降变化不再明显；韩煊等人通过数值仿真试验，阐述了复合地基中群桩效应的性状和机理以及群桩侧摩阻力的分布规律，得出群桩桩身应力衰减较慢，近桩端应力衰减加快的规律，而且在群桩复合地基中桩侧摩阻力的分布曲线呈单增性。

通过对水泥土搅拌桩进行理论分析、试验研究和有限元模拟，使得水泥土搅拌桩复合地基理论研究和实践效益获得了较大的提升。但是与当前工程上广为应用的局面相比，对水泥土搅拌桩复合地基的工作机理研究仍然不够。特别是嘉兴地区水泥土搅拌桩软基处理问题，依然是一个相对复杂课题。例如在施工土层内如有障碍物，会影响搅拌桩的正常施工；淤泥质土含水率45%以上的情况下，水泥浆喷不出，全部集中在桩的上部，桩的下端都不能成形；如何在软基处理中正确合理高效地利用水泥土搅拌桩，还需要结合相关理论和试验进行深入分析研究。

二、嘉兴地区的普遍工程地质条件及水泥土搅拌桩的适用性

嘉兴地区软弱地基天然含水量过高、地基松软承载力低、孔隙比大、压缩性高、渗透性小、结构性灵敏等特点。软土主要是由海相和陆相交替沉积形成，分布较宽阔，厚度相对均匀稳定，场地地表一般都有约 1.5 m 左右厚度的填土层，填筑时间不长；上部陆相地层(Q4al )，一般地层厚度变化较大，横向上分布不均匀，呈流塑或软塑状态；上部海相地-2-层(Q4m )由海洋环境下沉积的沉积物压实成层，一般为灰色粉质粘土混杂大量淤泥质土，呈流塑状态。在具有这种特性的地基上修建建筑工程或高速铁路等，如果不进行地基处理，势必会引起过大的沉降或严重的不均匀沉降，甚至造成路基失稳破坏，因此必须对地基加固。

水泥土搅拌桩做法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粘性土、粉土、饱和黄土、素填土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。水泥土搅拌桩复合地基是利用水泥作为固化剂的主剂，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，在地基深处就地将水泥与软土和其他固化剂强制搅拌，使喷入软土中的水泥固化剂与软土充分拌合在一起，经过一系列物理、化学反应,使软土硬结而提高基础强度，共同承受上部荷载并协调变形的人工地基。水泥土搅拌桩复合地基可加速地基固结，它的桩体和桩间土共同工作，由于桩体刚度比周围土体大，在刚性基础下等量变形时，地基中应力将重新分配，桩体产生应力集中而桩间土应力降低，这样复合地基承载力和整体刚度高于原地基，沉降量有所减少。按照喷射水泥浆液或水泥粉体方式的不同，水泥土搅拌桩可分为湿法和干法两种。

基于嘉兴地区的软弱土层比较厚的地质条件，水泥土搅拌桩一般在3层以下荷载不大的建筑工程、高速公路、隧道、市政设施以及建筑基坑工程中的应用比较广泛。

三、水泥土搅拌桩应用研究的意义

水泥土搅拌桩于 20 世纪 80 年代初期在我国开始推广应用，短短几十年间，水泥土搅拌桩复合地基加固土体成为南北各地大量应用和研究的地基处理方法之一。水泥土搅拌桩加固软土技术的特点是最大限度地利用了原土，缩短了施工工期，提高了施工效率；搅拌时无振动、噪声和污染，对周围建筑及地下建筑影响较小；地面施工工具简易，费用低廉等。目前水泥土搅拌桩广泛应用于处理淤泥和淤泥质土。

近年来，随着我国建筑工程和市政工程大规模的建设，在工程的实践中遇到的软基问题越来越多，软基处理加固技术越来越得到各界的关注和重视，水泥土搅拌桩法处理软土地基效果显著，而且在确保工程质量的前提下能够降低成本，缩短地基处理的施工周期，成为当前软基处理最经济、科学的施工方法之一。

水泥土搅拌桩应用到现在不过短短几十年，相关的理论研究也相对缺乏，对于实际工程应用中水泥土搅拌桩加固机理、破坏形式、沉降计算、经济效益等研究尚需进一步完善，在设计时经验性比较高，而且受施工现场的条件影响比较大。建筑工程和市政工程对地基变形量的要求较高，为了满足建设要求，克服软土地基存在的缺陷，有必要对水泥土搅拌桩的工程实用特性进行深入研究。

  

B. ^范文提纲

引言：嘉兴地区水泥土搅拌桩的应用情况

国内外研究与应用现状

水泥土搅拌桩研究现状

我国学者研究现状

嘉兴地区应用现状

水泥土搅拌桩复合地基工程特性

1.水泥土搅拌桩复合地基技术

1.1水泥土特性研究

1.2水泥土搅拌桩符合地基特点

1.3水泥土搅拌桩符合地基的应用范围研究

2. 复核地基荷载传递研究

3.水泥土搅拌桩破坏特性研究

三、水泥土搅拌桩设计关键技术研究

1.设计原则

2.承载力计算方法

3.符合地基沉降计算

四、水泥土搅拌桩施工关键技术研究

  1.施工准备

  2.施工技术要点及质量控制

五、工程实例及应用分析

  1.工程概况及工程地质条件

  2.设计计算

  3.水泥土搅拌桩施工及质量检验

结语

参考文献:

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