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岩土研究院

石灰桩的发展及施工分类

311 2022-02-23 10:43:12

石灰桩是以生石灰为主要固化剂,与粉煤灰或火山灰、炉渣、矿渣、粘性土等掺合料按一定的比例均匀混合后,在桩孔中经机械或人工在土中成孔,然后灌入生石灰拌合料并分层振压或夯实所形成的密实桩体。为提高桩身强度,还可掺加石膏、水泥等外加剂。

石灰桩属可压缩的低粘结强度桩,能与桩间土共同作用形成复合地基。

5.1 概 述

石灰是一种古老的传统建筑材料,石灰的生产在我国至少有四千余年的历史,目前。我国的石灰产量约 4000万t,产地遍布全国各地,是价廉易得的地方建筑材料。

用石灰加固软弱地基在我国约有两千年的历史,主要是用于石灰掺填处理法。著名的长城、西藏佛塔、北京御道、天津水利工程和漳州民居以及古罗马的加普亚军用大道等即是采用石灰加固。在漫长的岁月里。石灰加固地基用的是表层或浅层的掺填法。即将 3∶7或2∶8 的灰土夯实用作道路的路基或建筑物的墙基和垫层,或直接将生石灰块投人软土中或土中浅孔中,然后捣实而成。

石灰桩在我国的开发应用始于20世纪 50年代。1952年,天津大学首先采用石灰短桩处理食堂的局部软基,以后,又在塘沽新港船厂等处做了石灰桩应用的研究,主要是在 3层以下的民用建筑和道路工程中应用。石灰桩长约1~2m,直径仅为 100~200mm,完全用手工成桩;由于桩身"软心"等关键问题未获解决,研究工作和工程应用一度中断。70年代中期重新恢复了石灰桩的试验研究,其间。铁道部科学研究院对塘沽新港软十路基做了6种不同处理方法的效果对比试验,其中石灰桩的处理效果最佳。80年代,同济大学等在浙江湖州做了等长度(3m)的石灰桩、砂桩、碎石桩和混凝土灌注桩的复合地基承载力的对比试验,结果也是石灰桩复合地基承载力最高。接着江苏(1981)、浙江(1982)、湖北(1983)、山西(1985)、天津(1985)等地相继开展了石灰桩的试验和应用研究。粗略估计,到 80年代末。以上省市已用石灰桩 30 万根以上,建筑面积超过100万m²,建筑类型多为6~7层。还有部分工业厂房和个别9~12 层的高层建筑物。结构型式有砌体承重结构、框架结构和排架结构等;另外。石灰桩还用干油罐、烟囱、储仓等特种结构物的地基加固以及基坑围护、路基加固、市政管线工程和房屋的托换工程中。此外,陕西于1986 年将石灰桩与碱液灌注桩组合法用于消除黄土的湿陷性,达到良好的效果。铁四院(1984)研究开发了"深层搅拌方法"—-石灰桩法。试制成功深层喷射搅拌机。成功地用于加固铁路涵洞地基。

60年代正当我国中断石灰桩的研究工作之际,日本、美国、瑞典、苏联、法国、联邦德国、澳大利亚等国相继开展了石灰桩处理软土地基的研究和应用。这些国家对石灰桩的研究晚于中国,但发展迅速.并具有深层加固和机械化施工两大特点。石灰桩应用最广、技术最发达的是日本,自1%65年开始发展起来。广泛应用干道路、铁路、地铁、填筑软弱地基等加固工程。1975 年,随着专用施工机械(旋转套管式无振动无噪音的石灰桩专用机械)的出现,又扩大应用到城市下水管工程的地基加固或边坡加固以及油罐、桥台地基的加固;石灰桩径可达 200~400mm,桩长可达 35m。70年代瑞典人取得了深层石灰搅拌工艺即"石灰柱法"的专利。与石灰桩法相比,石灰柱法具有增加土反应、节约用灰和加固深度大、机械化施工程度高等特点。成为国外应用最广的石灰处理地基的方法。其中日本加固深度可达60m,成柱直径 800~1750mmn,常用于码头、岸墙、隧道和地铁工程中。还有一些国家如新西兰、加纳等国,用石灰柱法处理当地黄土、红粘土地基。

国内将石灰桩列入地区性规范内容的有天津市的《建筑地基基础设计规范》(TBJ 1—88)和浙江省《建筑软弱地基基础设计规范》(DB}10—-1-90)。较系统的石灰桩资料文献有《石灰加固软弱地基学术讨论会论文集》(1989,上海);《岩土工程治理手册》(林宗元主编,1993,辽宁科学出版社).《地基处理工程实例应用手册》(叶书麟主编,1998,中国建筑工业出版社),《地基处理与托换基础》(叶书麟等编著,1994,中国建筑工业出版社)和《地基处理技术》(阎明礼主编,1996,中国环境科学出版社)等,2002年颁布的《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79—2002)也将石灰桩法列入其中。

按用料和施工工艺可将石灰桩分为以下三大类∶(1)石灰桩法(石灰块灌入法)

石灰块灌入法是采用钢套管成孔,然后在孔中灌入新鲜生石灰块,或在生石灰块中掺入适量水硬性掺合料粉煤灰或火山灰.一般经验的配合比为2∶8 或 3∶7。在拔管的同时进行振密和捣密,利用生石灰吸收桩间土体的水分进行水化反应;此时,生石灰的吸水、膨胀、发热以及离子交换作用,使桩间土体的含水量降低、孔隙比减小、土体挤密和桩柱体硬化,桩和桩间土共同承担外荷载,形成一种复合地基。(2)石灰柱法(粉灰搅拌法)

粉灰搅拌法是粉体喷射搅拌法的一种,所用的原材料是石灰粉。是通过特制的搅拌机将石灰粉加固料与原位软土搅拌均匀,促使软土硬结,形成石灰土柱。如采用水泥粉作为加固料,叫做水泥粉喷桩。

(3)石灰浆压力喷注法

石灰浆压力喷注法是高压喷射注浆法的一种。它是采用压力将石灰浆或石灰-粉煤灰(二灰)浆喷射注于地基土的孔隙内或预先钻好的桩孔内,使灰浆在地基土中扩散和硬凝,形成不透水的网状结构层.从而达到加固的目的。此法可用于处理膨胀土,以减少膨胀潜势和隆起。还可用于加固破坏的堤岸岸坡,也可用于整治易松动下沉的路基。此法在国内应用较少。

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