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岩土研究院

石灰桩加固的一般要求

333 2022-05-26 15:35:14

用石灰加固软弱地基,已有数千年的历史,如我国著名的万里长城和古罗马的加普亚军用大道的地基均有用石灰拌合土加固的痕迹。但直到本世纪中期,不论是我国还是外国,石灰加固法大多仍停留在表层或浅层处理的阶段。本世纪 60年代,美、德、法、日、英、瑞典、澳大利亚、前苏联等国家和地区纷纷开展了石灰加深层软基的研究和应用,并实现了配套的机械化施工。从而使石灰加固软基的应用得到了迅速的发展,据报道,目前石灰桩在日本的加固深度最大已达 35m 以上。


目前,国际上用石灰加固软弱地基的方法除了传统的表层拌合灰土压实(垫层法)外,大致还有三类,即;

(1) 石灰桩法,是先通过机械成孔,尔后向桩孔内分层灌填石灰的方法∶

(2)石灰柱法,是通过向地层中喷射石灰粉并使之与土体搅拌成桩体的方法;

(3)石灰浆压力喷注法,是用1.5~3.0MPa 的压力,将石灰浆或石灰—粉煤灰浆液喷注于土的裂隙、洞孔或预先钻好的密排钻孔内,使浆液在土中扩散凝硬的方法。本节所介绍的是我国目前运用较多的石灰桩加固法。如成桩过程中,在填料中掺人部分粉煤灰或火山灰等活性掺料,所形成的石灰桩也称为"二灰桩"。


一、石灰桩加固的一般要求

(一)加固机理

石灰桩的加固机理最早只着眼于石灰的吸水涨发,从而使桩周土脱水挤密的作用。随着对石灰桩加固软土作用认识的不断全面,目前一般认为石灰桩加固软土具有;

(1)打桩挤密,

(2)吸水消化;

(3)消化膨胀;

(4)升温蒸发;

(5)离子交换;

(6)胶凝作用;

(7)碳化作用;

(8)桩体置换;等作用。


陈环、史佩栋进一步把以上几项作用概括为;

(1)打桩挤密;

(2)桩间土的脱水挤密;

(3)桩身置换等作用。


1.打桩挤密作用

石灰桩的成孔工艺有不排土成孔 (振动沉管法成孔和锤击沉管法成孔等)和排土成孔<螺旋钻孔成孔法、机动洛阳铲成孔法)二种工艺。在非饱和粘性土和其他渗透性较大的地基中采用不排土成孔工艺施工时,由于成孔过程中,桩管将桩孔处的土体挤进桩周土层,使桩周土层孔隙减小,密实度增大,承载力得到提高、压缩性降低。土的挤密效果与土的性质、上覆压力和地下水位状况等密切相关,一般地,地基士的渗透系数越大,挤密效果就越明显,地下水位以上的土体挤密效果比地下水位以下的明显。但在饱和粘性土中,采用不排土成孔工艺施工不会对土体产生挤密效果。沉管成孔时,沉管对土体的挤压作用会致使土体超孔隙水压的产生,造成土体的隆起和挤出;在高灵敏度软土层,因沉管施工对土体结构的强烈扰动,还会造成土体强度的大幅度下降。


2.桩间土的脱水挤密作用

(1)吸水作用

生石灰填入桩孔后,吸收桩周土的水份发生消化反应,生成熟石灰,同时桩身体积膨胀并释放出大量的热量,反应方程如下;


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(2)涨发挤密作用

生石灰吸水消化后,桩体体积发生膨胀。生石灰体积膨胀的主要原因是固体崩解,空隙体积增大,颗粒比表面积增大,表面附着物增多,固相颗粒体积也得到增大。体积膨胀量与生石灰磨细度、水灰比、熟化温度、活性钙含量和外部约束等有关。生石灰越细,膨胀量越小,熟化温度越高,膨胀量越大,活性钙含量越高,膨胀量越大,粉煤灰或火山灰


等活性掺料量越大,膨胀量越小,外部约束越大,膨胀量也越小。大量室内试验表明,在50~100kPa的围压下,石灰消化后桩体体积的胀发量在 1.2~1.5,相当于桩径胀发 1.1~1.2倍。在渗透系数大于桩体材料渗透系数的土层中,土层因石灰桩涨发挤压所产牛的超孔隙水压力能迅速消散,桩周边土得以迅速固结。在渗透系数小于桩体材料渗透系数的土层中,由于石灰桩的吸水蒸发。在桩周边形成脱水区,脱水区内含水量下降,饱和度减小。随着桩体的吸水涨发,桩周边土层得以挤密压实。


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