简述深层搅拌石灰桩加固软土地基

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摘要:采用生石灰喷粉深层搅拌桩(简称石灰搅拌桩)进行软土地基处理,具有技术简单可行、且经济合理的特点,能有效地加固软弱地基,减少软土层沉降和整体工程的沉降,提高软土层的承载力。文章论述了石灰搅拌桩对软土地基的加固机理、石灰搅拌桩身的排水固结作用、石灰搅拌桩与桩间土的复合地基效应、桩体材料配合比对石灰搅拌桩强度的影响。

关键词:石灰搅拌桩;软土地基;加固机理;桩体材料配合比

中图分类号:U415文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)20-0149-02

在高等级公路中,遇到不少涵洞、通道、挡土结构等结构物置于软弱地基上或软厚的杂填土之上,施工期短暂时,成为不少建设单位和设计单位的棘手问题。针对这个问题,采用生石灰喷粉深层搅拌桩(简称石灰搅拌桩)进行软土地基处理,具有技术简单可行、经济合理的特点,能有效地加固软弱地基,减少软土层沉降和整体工程的沉降,提高软土层的承载力。

一、石灰搅拌桩对软土地基的加固机理

石灰搅拌桩是指采用人工和机械在土中成孔,然后灌入石灰块,还可掺入其他活性与非活性材料,经夯压后形成一根根的桩体。石灰搅拌桩加固软土地基的机理可分为物理加固和化学加固两个作用,物理作用包括吸水作用、膨胀挤密作用、桩身置换作用,物理作用的完成时间较短,一般情况于7d以内均可完成。此时桩身的直径和密度已定型,在夯实力和生石灰膨胀力作用下,7～10d桩身已具有一定的强度。化学加固作用包括反应热作用、离子交换作用、凝胶作用。石灰搅拌桩的化学作用速度缓慢,桩身强度的增长可延续3年甚至5年。石灰搅拌桩的主要作用机理是通过生石灰的吸水膨胀挤密桩周土,继而经过离子交换和胶凝反应使桩间土强度提高,同时桩身生石灰与活性掺和料经过水化、胶凝反应,使桩身具有0.3～1.0MPa的抗压强度。

二、石灰搅拌桩身的排水固结作用

由于桩体采用了渗透性较好的掺合料,在不同配合比时,测得的渗透系数在4.07×10-3cm/s至6.13×10-5cm/s之间,相当于粉细砂,较一般粘性土的渗透系数大10～100倍,证明石灰桩体排水作用良好。经测定,石灰桩体具有1.3～1.7的大孔隙比且组成颗粒大,从另一侧面证明了桩体必具大的渗透性。

石灰桩桩径300~400mm,桩数多,桩距小(2~3d),水平向的排水路径短。比如常用设计桩径300mm,桩距2.5d按正方形布置,膨胀后实际桩径一般为340mm,最大水平排水路径仅360mm,有利于桩间土的排水固结。

三、石灰搅拌桩与桩间土的复合地基效应

生石灰加固软弱地基后,石灰搅拌与未加固部分地基土形成复合地基,石灰桩复合地基在整个受力阶段,都是受变形所控制,因此其承载力问题的实质是变形问题。石灰桩复合地基的容许变形的标准与天然地基的标准相一致。根据大量的载荷试验分析,石灰桩复合地基的比例界限多在(0.015～0.02)B所对应的荷载附近。当复合地基荷载达到其承载力标准值时,土的接触压力高于天然土承载力,而略小于经加固后的桩间土的承载力。其原因是由于桩的存在,土中应力还通过桩向下传递,虽然土的接触压力小于加固后的桩间土承载力,但土下部的应力还略大于接触压力为桩间土承载力时在该处所产生的应力。实际上说明了经加固后的桩间土能发挥其承载作用。在荷载试验中,发现石灰桩复合地基加荷稳定时间较天然地基快很多,也就证实了石灰搅拌桩的排水固结作用。

四、桩体材料配合比对石灰搅拌桩强度的影响

为了充分发挥掺合料的填充作用,减少膨胀力内耗,掺合料的数量在理论上至少应能充满生石灰的孔隙。经测定,生石灰块天然孔隙为40%左右,因此,掺合料的用量大多为30%～70%(体积比)。合理的配合比在满足施工要求和经济指标的前提下,首先要使桩体具有较高强度。在选择配合比时,必须考虑以下因素:

1.生石灰有效钙含量相同的条件下,MgO含量高者,桩体强度有升高趋势,但不显著。

2.掺合料中Al2O3含量高者,桩体强度高。

3.周围土的强度愈高,桩体强度相应有所增高。

4.在地下水位以下,土的渗透系数小,桩的强度相应增高。其原因是延长生石灰消化时间,减少了生石灰猛烈消化时产生的土体隆起和裂纹而导致桩体密度降低。

5.地下水位以上,土的渗透系数大,孔隙比大对桩体强度的提高有利。如杂填土中的石灰桩即可利用气硬性的性质,使桩具有较高的强度。

五、石灰搅拌桩的适用范围

石灰搅拌桩是靠石灰与土之间发生一系列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,石灰搅拌桩适用于加固杂填土、素填土、淤泥、淤泥质土和粘性土地基,根据我国现有的施工技术水平和地区加固经验,石灰搅拌桩的加固深度不宜超过8m。石灰搅拌桩可提高软土地基的承载力,减少其沉降量,提高其稳定性,适用于以下工程:

1.深厚软土地基7层以下的建筑物,一般软土地基上9层以下的民用建筑物和多层工业建筑物及构筑物。

2.如配有箱形基础、筏形基础,在一些情况下,也可用于12层左右的建筑物。

3.有工程经验时,也可用于软土地区在面积堆载场地或大跨度建筑物独立柱基下的软弱地基加固。

4.可用于设备基础和高层建筑的深基础工程中。

5.适用于公路、铁路桥台后填土、涵洞及路基软土加固。

6.适用于危房地基加固等。

六、结语

通过分析,可见石灰搅拌桩处理软粘士和淤泥质粘土地基的效果是明显的,用石灰搅拌桩处理后的地基,渗透性增大,石灰搅拌桩有助于排水固结,经处理后复合地基降低了软土含水量,增大了粘聚力,复合地基的强度得到了提高,可以取得较好的经济效益,适宜用于高等级公路的挡土结构、桥涵、通道的软土地基中。

参考文献

[1]阎明礼.地基处理技术[M].中国环境科学出版社,2003.

[2]顾晓鲁.地基与基础[M].中国建筑工业出版社,2003.

[3]唐业清.地基基础设计施工手册[M].中国建筑工业出版社,2003.

作者简介:毛群英(1971-),女,浙江人,南京工程高等职业学校讲师,研究方向:工程实践及教学。