深層攪拌石灰樁法在公路軟地基加固處理中的應(yīng)用(一)

1、深層攪拌石灰樁法在公路軟地基加固處理中的應(yīng)用(一)摘要：從樁間土和樁身兩個(gè)方面詳細(xì)分析了石灰樁加固軟地基的機(jī)理，并介紹了該方法適宜的地質(zhì)條件，結(jié)合工程實(shí)際，對(duì)施工工藝及施工過程中的考前須知進(jìn)行了具體論述。關(guān)鍵詞：石灰樁；軟地基；復(fù)合地基；加固；施工工藝；弱心點(diǎn)公路作為一種線性帶狀的特殊人工建筑，不可防止的要經(jīng)過不同的地質(zhì)地區(qū)。在我國(guó)沿江、沿海、沿湖等處廣泛分布著軟土，軟地基含水量高、空隙比大、壓縮性大、承載能力低，容易產(chǎn)生地基滑動(dòng)和過大沉降或不均勻沉降等地基破壞事故。在軟地基上修建公路，選擇合理的軟地基處理方案對(duì)施工進(jìn)度、施工費(fèi)用、以及以后的平安運(yùn)行都起著十分重要的作用。1石灰樁的加固原理石灰

2、攪拌樁是靠石灰與土之間發(fā)生一系列的物理化學(xué)反響而形成強(qiáng)度的，不同的土質(zhì)會(huì)產(chǎn)生不同的加固效果。深層攪拌石灰樁施工時(shí)通過機(jī)械攪拌，鉆進(jìn)時(shí)噴射壓縮空氣，使準(zhǔn)備加固的土在原位受到擾動(dòng)。鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，鉆機(jī)鉆頭反向旋轉(zhuǎn)， 邊提升邊由壓縮空氣輸送生石灰，向著由鉆頭攪拌葉片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的空隙部位噴入被攪拌的土體中，使土體和石灰進(jìn)行充分拌和，形成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強(qiáng)度的石灰土樁，加固深度可以到達(dá)20m。生石灰在土壤中與水結(jié)合的反響式如下：CaO+H2O» Ca(0H)2+熱量Ca(0H)2+由分子式可知，石灰水化吸收了大量水分，并產(chǎn)生大量的熱量，引起土中水分蒸發(fā)，使土壤 含水量降低，有利于土壤的

3、排水固結(jié)。生石灰水化過程中，體積膨脹約為原來的 2倍，在這個(gè)過程中樁周土顆粒受到擠壓而使土壤 密實(shí)度增大，這就是所謂的膨脹擠密作用，這使得非飽和土擠實(shí)，飽和土排水固結(jié)。Ca(0H)2 與土中的C02反響生成強(qiáng)度較高的 CaC03,使樁體承載力大大增加。上述化學(xué)反響主要發(fā) 生在生石灰與土壤強(qiáng)制攪拌混合后的數(shù)小時(shí)內(nèi)，是石灰對(duì)軟粘土的早期根本作用。熟石灰與粘土顆粒中的活性硅鋁礦物進(jìn)一步緩慢的發(fā)生化學(xué)作用，反響過程中又吸收熟石灰漿中的水分，形成一種復(fù)雜的不溶于水的、將土顆粒粘結(jié)在一起的硅酸鹽及硅酸鈣凝膠，改 變了粘土的結(jié)構(gòu)。硅酸鈣凝膠起到包裹和聯(lián)絡(luò)的作用，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在土顆粒間相互穿插, 使土顆粒聯(lián)

4、系得很牢固，大大改善了土的物理力學(xué)性質(zhì)， 進(jìn)一步發(fā)揮石灰固化劑的強(qiáng)化作用。這一過程將持續(xù)數(shù)年，是石灰對(duì)軟土的后期加固作用。通過對(duì)一些施工過程中的石灰攪拌樁觀測(cè)發(fā)現(xiàn)， 施工期間樁體含水量總是很高， 直觀上表現(xiàn) 為樁頂?shù)膲|層上有明顯的圓形濕痕， 說明樁體含水量及滲透系數(shù)大于樁間土。 由于樁身材料4.07 X 10-夕 10-5cm/s 之10倍至100倍，因此樁復(fù)合地基的強(qiáng)度包括攪拌和不均勻，以及配合比、摻和料不同，樁體的滲透系數(shù)一般在在 間，相當(dāng)于粉砂、細(xì)砂的滲透系數(shù)，比粘土、亞粘土的滲透系數(shù)大 身排水固結(jié)作用較好。生石灰加固軟地基后， 石灰攪拌樁與未加固局部地基形成復(fù)合地帶。拌樁樁體的強(qiáng)度和樁

5、周上粘聚力增強(qiáng)后的強(qiáng)度，攪拌樁與周圍地基相比具有更高的抗剪強(qiáng)度。與攪拌樁相鄰的樁周上，由于拌和時(shí)產(chǎn)生的高溫和凝聚反響形成厚度達(dá)數(shù)厘米的高度硬殼,此硬殼的存在會(huì)阻礙攪拌樁的吸水和排水，尤其是后期排水，但在施工期內(nèi)該硬殼尚未形成, 排水作用可以發(fā)揮的。石灰攪拌樁加固后的地基， 樁體強(qiáng)度高于樁間土。因此，在工程結(jié)構(gòu)載荷和車輛載荷作用下， 土體被壓縮，承載力主要靠樁體承當(dāng)。由于土相對(duì)于樁有向下滑動(dòng)的趨勢(shì)，樁面對(duì)樁周土產(chǎn)生一向上的摩擦阻力，故靠近樁周土的壓力值為向下的施工載荷值與向上的摩擦力兩局部之 和。因此，靠近樁邊的土承當(dāng)?shù)膲毫ψ钚?，樁間地基土應(yīng)力下降，而攪拌樁樁體產(chǎn)生應(yīng)力集 中現(xiàn)象。2石灰樁適宜的

6、地質(zhì)條件軟粘土的礦物成分中，主要為高嶺土、伊利土和蒙脫土，而從結(jié)構(gòu)、能量和成分三個(gè)方面又能說明蒙脫土最容易與石灰發(fā)生反響，例如對(duì)于淤泥質(zhì)粘土土樣用X射線衍射礦物分析， 穩(wěn)定性好的礦物石英含量在40%以上，高嶺土和伊利土的含量為40%，把其中一段大氣枯燥的淤泥粘土石灰攪拌樁鉆取試樣放入水中，約一個(gè)小時(shí)就完全崩解為泥漿，速度和一般粘土十分接近，說明了這類粘土恰恰缺少蒙脫土類粘土礦物，石灰較難與土發(fā)生化學(xué)反響，不能大量生成碳酸鈣等膠結(jié)物，致使石灰攪拌樁強(qiáng)度變低，這也揭示了石灰攪拌樁適宜于蒙脫土類礦物含量粘土地基。3施工工藝及考前須知由于石灰樁的膨脹擠密效應(yīng)和排水固結(jié)作用，石灰樁在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)采用小樁

7、徑、密布樁的原那么。石灰樁常用樁徑為 250400mm，最常用的樁徑為 300mm，石灰樁的加固深度、樁間 距應(yīng)經(jīng)穩(wěn)定驗(yàn)算、 沉降驗(yàn)算確定，并滿足工后沉降要求。相鄰樁的凈距應(yīng)< 4.0咅樁徑。用石灰樁處理軟地基時(shí)，應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算和沉降計(jì)算。石灰樁施工工藝分管內(nèi)成樁和管外成樁兩種工藝，一般多采用管內(nèi)成樁，在此簡(jiǎn)述管內(nèi)成樁工藝。管內(nèi)成樁是指用人工或機(jī)械成孔后，再填料夯實(shí)、封頂、自上而下成孔、自下而上填 夯成樁。它包括人工挖孔成樁、沖擊法成樁、螺旋鉆成樁、沉管法成樁、爆擴(kuò)法成樁等施工 方法。工藝流程為：樁機(jī)就位-成孔至設(shè)計(jì)深度-填料-夯壓實(shí)-封頂-完成-根樁的施工。石灰樁施工的要點(diǎn)主要有以下幾

8、個(gè)方面：(1) 樁體材料的選擇。構(gòu)成樁體的主材是生石灰和粉煤灰，生石灰的活性 CaO應(yīng)大于85%,灰塊直徑以5cm左右為宜，粉灰含量應(yīng)小于 20%,矸石含量小于5%;粉煤灰為SiO2、AI2O3 活性元素含量較高的新鮮粉煤灰，含水量應(yīng)小于40%。(2) 按適宜的比例對(duì)樁體材料進(jìn)行配比。在孔底有余水殘漿時(shí)，樁端0.5m灰比為1:1 , 0.5m以上樁體為1 : 2,樁端增加灰比解決了樁身密實(shí)度和施工平安，但留下了人為的軟弱樁段，因此，在樁端 0.5m摻入5%7%的水泥，亦可消除人為膏化段。(3) 注意防止施工中地表水和臨近水源滲透進(jìn)入石灰樁身。(4) 打樁順序應(yīng)該 先外排后內(nèi)排，先周邊后中間的原

9、那么，對(duì)單排樁應(yīng)采用先兩端后中間的施工方式。樁機(jī)行駛路線宜采用前進(jìn)式，并采用兩遍跳打方式。(5) 對(duì)填料和樁身密實(shí)應(yīng)注意：填料量宜為樁孔體積的 1.52.0倍，算料時(shí)按米計(jì)算； 如有摻合料時(shí)，應(yīng)按設(shè)計(jì)配合比與生石灰拌勻； 填料前應(yīng)消除樁孔內(nèi)的雜物和積水，在軟土中施工宜在孔中先灌入 50cm厚的砂； 采用夯擊時(shí)，應(yīng)分段夯填，每段高度50100cm, 由成樁試驗(yàn)決定。(6) 石灰樁填夯后必須立即用粘土等材料壓實(shí)封頂，以增加上覆壓力，防止地表水流入樁身和防止石灰樁因水化過分劇烈而引起樁孔噴料現(xiàn)象。封頂長(zhǎng)度一般> 1.0m且必須夯實(shí)或壓實(shí)。(7 )實(shí)踐說明，為防止生石灰在地下水比擬豐富的地區(qū)產(chǎn)生弱心點(diǎn)，摻入適量(石灰用量的10%)的粗砂及少量(石灰用量的3%)的水泥可以防止這種問題。原因是摻入粗砂，可有效的