地基處理 精品課件

1、地基處理 第1頁，共38頁，2022年，5月20日，10點41分，星期二第三章 深層密實法 第四節(jié) 石灰樁處理一、概述 1、石灰樁的概念 石灰樁是在軟弱地基中成孔后填入適當粒度的生石灰并逐段夯實成為樁狀的柱體。相應(yīng)地叫石灰樁處理加固方法。 為提高樁身強度，還可摻入適量的石膏、水泥等外加劑。 2、適用范圍 江、河、濱沖積層、濱湖區(qū)近代湖積層及沖積層等軟弱土層分布區(qū)。包括雜填土、素填土、粘土、淤泥土、淤泥質(zhì)土、粉土等，還適于砂土和透水性大的砂質(zhì)土、粉土等，加固深度從幾米到十幾米。不適用于地下水位下的砂類土。第2頁，共38頁，2022年，5月20日，10點41分，星期二3、施工方法分類(按用料及施工

2、工藝) 1) 石灰樁法(或稱塊灰灌入法): 用鋼套管成孔后，灌入新鮮生石灰塊或再摻入適量水硬性摻合料(粉煤灰和火山灰) ，一般經(jīng)驗配合比7：3或8：2。在拔管的同時進行振密成樁。 2) 石灰柱法(亦稱粉灰攪拌法): 主要通過特制的攪拌機將石灰粉加固原料與原位軟土攪拌均勻，促使軟土硬結(jié)，形成力學性能較強的石灰(土) 柱（實際上是粉體攪拌法的一種）。 3) 石灰漿壓力噴注法: 采用壓力將石灰漿或石灰粉煤灰混合漿噴注于地基土的孔隙內(nèi)或預(yù)先鉆孔之內(nèi)，使?jié){體在地基中擴散和凝固硬化而達到加固的目的（該種處理方法實質(zhì)是壓力注漿法的一種）。 第3頁，共38頁，2022年，5月20日，10點41分，星期二 石灰

3、樁加固地基的機理包括 成孔擠密作用; 樁料吸水膨脹擠密作用; 樁周土脫水固結(jié)作用; 樁身置換作用; 膠凝強化作用等方面。二、加固機理 可以從樁間土、樁身及復(fù)合地基三方面加以歸納分析。 第4頁，共38頁，2022年，5月20日，10點41分，星期二1) 成孔擠密作用（物理加固效應(yīng)）1、樁間土擠密、固結(jié)作用 樁孔是通過對鋼管的振動或打入完成的。 當鋼管被打入土中時，由鋼管所置換的土體擠入四周土體內(nèi)，使得樁周土 得到擠密，擠密效果除了與石灰樁的置換率有關(guān)外，還與原地基土的滲透性能及地下水狀況(水位)有關(guān)。當然，如果采用排土成孔方法時，則不存在擠密效應(yīng)。第5頁，共38頁，2022年，5月20日，10點

4、41分，星期二2) 樁料吸水膨脹擠密作用（物理加固效應(yīng)） 例如，廣東某硫鐵礦專用線有一座4.5m蓋板涵基礎(chǔ)采用石灰噴粉深層攪拌處理軟基，鉆頭直徑50cm，成樁后粉砂層中直徑增為520mm，軟土層中直徑增大為60-70cm，樁體體積增大，對周圍土起了良好的擠密作用。 成孔后，灌入樁孔中的石灰樁吸水包括兩個部分：一部分是CaO的水化反應(yīng)吸水；另一部分是石灰樁本身的水化產(chǎn)物Ca(OH)2的孔隙吸水。1 kg的CaO完全潮解的理論吸水量是 0.32 kg ，且生成的Ca(OH)2不含水，它會繼續(xù)從四周土中吸取水分，儲存在樁體孔隙中。吸水后樁體發(fā)生的膨脹使樁間土產(chǎn)生強大的擠壓力而使其獲得密實效果。(生石

5、灰在熟化之后的體積可達到原體積的1.53.5倍)。第6頁，共38頁，2022年，5月20日，10點41分，星期二3) 脫水擠密固結(jié)作用（物理加固效應(yīng)） 石灰樁吸水后，樁間土的含水量必然降低。樁身吸水必然對應(yīng)樁周土的脫水土顆?？繑n擠密、固結(jié)。 另一方面，生石灰吸水反映后產(chǎn)生的熱效應(yīng)造成水體蒸發(fā)，進一步促進了樁固土體中水的脫出。樁周土含水量、孔隙比 ，土體密實度提高，強度。 石灰樁的含水量和滲透性均大于樁間土，如果樁體內(nèi)再摻和一部分煤渣、礦渣、鋼渣等粗顆粒時，排水固結(jié)的作用更加顯著。體現(xiàn)在兩個方面。第7頁，共38頁，2022年，5月20日，10點41分，星期二1) 對下臥層的減載作用（物理加固效應(yīng)

6、）2、樁體減載與硬化加固作用 石灰的重度為8kNm3，顯著小于土的密度。即使樁體飽和后其重度約為14kNm3，仍然小于土的天然密度。 當采用排土成樁時，加固層的自重減輕，作用在樁底平面的自重應(yīng)力顯著減少，可減少樁底下臥層頂面的附加壓力。當采用不排土成孔時，對于雜填土、砂類土等，由于成孔擠密了樁間土，加固層的重量變化不大。第8頁，共38頁，2022年，5月20日，10點41分，星期二2) 膠凝加固效應(yīng)（化學加固效應(yīng)） 樁體吸水后，其溶液中隨鈣離子(Ca2+)的增多變?yōu)閴A性環(huán)境， 一部分鈣離子(Ca2+)又與樁周土中的SiO2及Al2O3發(fā)生反映，生成結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的硅酸鈣水化物(CaOSiO2nH2

7、O)、鋁酸鈣水化物(CaOAl2O3nH2O) 以及鈣鋁黃長石水化物(2CaOAl2O3SiO26H2O)，這些水化物又牢牢地將其周圍土顆粒膠結(jié)、固化在一起，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 土顆粒間聯(lián)系的更加牢固、強度大大增加強，并與時間成正相關(guān)。第9頁，共38頁，2022年，5月20日，10點41分，星期二 3) 離子交換作用（化學加固效應(yīng)） 生石灰吸水后，一定條件下電離出的Ca2+與粘土表面陰離子交換并吸附在土顆粒表面上增大了鈣質(zhì)結(jié)核團粒，使土中顆粒相對含量下降土力學性能改善。當樁體內(nèi)摻入粉煤灰、火山灰等摻合物之后，在整個樁體內(nèi)的這種離子交換作用、膠凝作用、膠凝作用也同時會發(fā)生，使樁體的后期強度比單純的石灰

8、樁更高。4) 碳酸鈣化作用（化學加固效應(yīng)） 石灰與土體中二氧化碳氣體反應(yīng)生成不溶的碳酸鈣，在樁身外產(chǎn)生一個相對堅硬的外殼 。第10頁，共38頁，2022年，5月20日，10點41分，星期二石灰樁作為豎向增強體和天然地基土體組成復(fù)合地基。3、復(fù)合地基作用 試驗和實踐表明，當樁體吸水量過大，會在樁體內(nèi)部形成“軟心”，此時樁體就難以起到承重作用。 然而，當樁體夯填施工過程中，只要滿足一定的初始填充密實度，并保證一定的封頂壓力，樁體就完全可以避免“軟心”現(xiàn)象的發(fā)生，而起到承重樁的作用，即置換作用。剛度較大的石灰樁體承受較大的應(yīng)力，正常置換率下，石灰樁分擔了30以上的荷載，此時，與發(fā)生了擠壓密實效用的樁

9、間土共同作用，支承載荷，發(fā)揮著復(fù)合地基的作用。第11頁，共38頁，2022年，5月20日，10點41分，星期二三、設(shè)計計算要點1、樁料要求及配比石灰樁的主要固化劑為生石灰(CaO含量70%,粒徑70mm,含粉量15%)。 摻合料宜優(yōu)先選用粉煤灰、火山灰、爐渣等工業(yè)廢料。生石灰與摻合料的配合比宜根據(jù)工程地質(zhì)情況確定，生石灰與摻合料的體積比可選用1：1或1：2。對于淤泥、淤泥質(zhì)土等軟土可適當增加生石灰用量，樁頂附近生石灰用量不宜過大。 當摻石膏和水泥時，摻加量為生石灰用量的3%10%。第12頁，共38頁，2022年，5月20日，10點41分，星期二2、成孔直徑3、布樁及樁距4、布置范圍 30040

10、0mm，具體取決于成孔管的管徑； 可按等邊三角形或距形布樁，樁間中心距取成孔直徑的 2-3倍；石灰樁可僅布置在基礎(chǔ)底面下.當基底土承載力特征值小于70kPa時，宜在基礎(chǔ)以外布置12排圍護樁；第13頁，共38頁，2022年，5月20日，10點41分，星期二5、樁長6、樁頂上部處理7、樁端持力層選擇 洛陽鏟成孔時，樁長6m；機具成孔管成孔時，樁長8m；螺旋鉆成孔時，樁長可適當加長。 當?shù)鼗枧潘ǖ罆r，在樁頂上部設(shè)200-300mm厚的砂石層。 選在承載力較高的土層中。對深厚的軟弱地基，采用“懸浮樁(端部未觸及持力層) ”時，減少上部結(jié)構(gòu)重心與基礎(chǔ)形心間的偏心距。第14頁，共38頁，2022年，5

11、月20日，10點41分，星期二8、復(fù)合地基承載力確定 1) 石灰樁復(fù)合地基承載力特征值不宜超過160Kpa，當土層較好并采取保證樁身強度措施之后，經(jīng)試驗后，可適當提高。2) 承載力特征值應(yīng)通過單樁或多樁復(fù)合地基載荷試驗確定。初步設(shè)計時，可按公式: fSpk = m fpk+(1-m) fsk 加以估算。 其中，pk：樁身抗壓強度比例界限值，由單樁豎向載荷試驗確定，一般取350500kPa，土質(zhì)軟時取低值；Sk：樁間土承載力特征值，取天然地基承載力特征值的1.051.2倍；m：樁土面積置換率，樁面積按1.11.2倍成孔直徑計算，土質(zhì)軟者取高值。 第15頁，共38頁，2022年，5月20日，10點

12、41分，星期二9、地基變形計算 系數(shù)，取1.11.3，擠密效應(yīng)好或置換率(m)大時取高值；n樁土應(yīng)力此，取34，長樁取大值；ES天然土壓縮模量(Mpa) 按照建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范GB5007有關(guān)規(guī)定計算處理后的地基變形。變形經(jīng)驗系數(shù)按該區(qū)沉降觀測資料及經(jīng)驗確定沉降量S=S1(樁長范圍壓縮量) +S2 (樁下土層的壓縮量) 有關(guān)復(fù)合土層的壓縮模量ESP ，通過樁身及樁間土壓縮試驗確定。初步設(shè)計時，可按下試估算： 第16頁，共38頁，2022年，5月20日，10點41分，星期二 1）特點四、施工工藝： 1管外投料法 石灰樁體中一般均含有大量的摻和料，摻料不可避免有一定含水量，當摻料與生石灰拌和后，

13、內(nèi)中的水分會迅速發(fā)生反應(yīng)，生石灰體積膨脹，極容易發(fā)生堵管現(xiàn)象。 管外投料法避免了堵管，可以利用現(xiàn)有的混凝土灌注樁設(shè)備施工。但在軟土中成孔時容易發(fā)生塌孔或縮孔現(xiàn)象，且孔深不宜超過6m。樁徑和樁長的保證率也相對較低。第17頁，共38頁，2022年，5月20日，10點41分，星期二2) 施工方法 3) 工藝流程 采用打入、振入、壓入的灌注樁設(shè)備均可施工。樁管采用200325mm無縫鋼管。為防止拔管時孔內(nèi)負壓進入造成塌孔，采用活動式樁尖，拔管時樁尖靠自重落下，空氣由樁管進入孔內(nèi)，避免負壓。 樁尖角度一般為45、60 、90 。土質(zhì)較硬時用小值。 樁機定位沉管提管填料壓實再提管再填料再壓實，這樣反復(fù)幾次

14、，最后填土封口壓實，一根樁即告完成。第18頁，共38頁，2022年，5月20日，10點41分，星期二 4) 施工控制 2) 打樁順序。應(yīng)盡量采用封閉式，即從外圈向內(nèi)圈施工。樁機宜采用前進式，即剛打完的樁處于樁機下方，以機身重量增加覆蓋壓力，減少地面隆起量。為避免生石灰膨脹引起鄰近孔塌孔，宜間隔成孔成樁。 1) 灌料量控制?？刂乒嗔狭康哪康氖潜ＷC樁徑、樁長和樁體密實度。影響灌料量因素很多(樁周土強度、壓實次數(shù)、設(shè)計樁徑、樁管直徑等)。確定灌料量時，先根據(jù)設(shè)計樁徑計算每米樁料體積，然后乘以1.4的系數(shù)作為每米灌料量。第19頁，共38頁，2022年，5月20日，10點41分，星期二石灰樁施工順序圖第

15、20頁，共38頁，2022年，5月20日，10點41分，星期二3) 技術(shù)措施。 生石灰與摻料的拌和不宜過早，隨灌隨拌，以免生石灰遇水膨脹影響質(zhì)量。 孔口土封頂宜用含水量適中的土，封口高度不宜小于0.5m，孔口封土標高應(yīng)高于地面，防止早期地表水浸泡樁頂。 遇有地下障礙物時，技術(shù)人員在現(xiàn)場可根據(jù)基礎(chǔ)尺寸、荷載等因素適當變動樁位。正常情況下，樁位偏差不宜大于10cm，傾斜度不大于1.5，樁徑誤差不大于3cm，樁長誤差不大于15cm。 大塊生石灰必須破碎，粒徑不大于10cm。生石灰在現(xiàn)場露天堆放時間視空氣濕度及堆放條件確定，一般不長于23天。樁頂應(yīng)高出基底標高10cm左右。第21頁，共38頁，2022

16、年，5月20日，10點41分，星期二 管內(nèi)投料法適用于地下水位較高的軟土地區(qū)。管內(nèi)投料施工工藝與振動沉管砂石樁的工藝類似。2管內(nèi)投料法 工藝流程：樁機定位沉管灌料拔管成樁反壓封口壓實。 第22頁，共38頁，2022年，5月20日，10點41分，星期二3挖孔投料法 1）優(yōu)點。利用特制的洛陽鏟人工挖孔、投料夯實，是廣泛應(yīng)用的一種施工方法。由于洛陽鏟在切土、取土過程中對周圍土體的擾動很小，在軟土甚至淤泥中可保持孔壁穩(wěn)定。 該施工方法避免了振動和噪聲、能在狹窄場地和室內(nèi)作業(yè)，造價低、工期短、質(zhì)量可靠。因此，適用的范圍較大。 2）限制。挖孔投料法主要受深度的限制，一般情況下樁長不宜超過6m。在地下水位下

17、的砂類土及塑性指數(shù)小于8的粉土中則難以成孔。 3）工藝流程。定位鋼釬或鐵鍬開口(深度50cm左右) 人工洛陽鏟成孔孔內(nèi)抽水孔口拌和樁料下料夯擊再下料再夯實封口填土夯實。第23頁，共38頁，2022年，5月20日，10點41分，星期二五、施工注意事項 1、注意施工順序單排布樁時，先打兩端，后打中間，并間隔12孔跳打進行。對軟粘土地基，除間隔跳打外，還應(yīng)間歇28天后再按設(shè)計間距補樁。 這些措施也有利于提高樁間土對樁身的約束力。一般宜先加固四周，后加固中間、先打外排樁，后打內(nèi)排樁；第24頁，共38頁，2022年，5月20日，10點41分，星期二2、注意選擇成孔方法 有沉管法、沖擊法、螺旋鉆進法；爆擴

18、法、挖孔法多種。 1) 沉管法: 最常用。將由特制的尖頭鋼管打入設(shè)計深度成孔; 2) 沖擊法: 錐形鉆頭提升到一定高度自由落體沖擊成孔; 3) 螺鉆進法: 類似螺絲釘鉆進，使土不斷向兩側(cè)擠壓并成孔; 4) 人工洛陽鏟掏土成孔。 5) 爆擴法：用鉆機或洛陽鏟等打成小孔，然后裝藥，爆擴成孔； 第25頁，共38頁，2022年，5月20日，10點41分，星期二藥眼爆擴法成孔施工流程圖(a) 打小藥眼孔;(b)裝填炸藥 ;(c)引爆成孔。1-藥眼；2-鋼釬；3-炸藥；4-封土層；5-導火線；6-所成樁孔；7-削土層。 藥管爆擴法成孔施工流程圖(a) 產(chǎn)挖土孔;(b)裝填炸藥 ;(c)引爆成孔。1-土孔；

19、2-填砂；3-炸藥管；4-封土；5-導火線；6-所成樁孔；7-削土層。 第26頁，共38頁，2022年，5月20日，10點41分，星期二3、成樁 1) 逐段填料夯實成樁(人工填料，逐段夯實。每段填料需厚度400mm，施工時要做好場地排水措施，防止積水); 2) 樁位偏差不大于樁徑的一半(0.5d); 3) 做好施工記錄，監(jiān)督成樁質(zhì)量; 4) 封頂(墊層封頂、夯實) 第27頁，共38頁，2022年，5月20日，10點41分，星期二4 施工前進行成樁試驗和材料配比試驗 成樁試驗和材料配比試驗既可以驗證設(shè)計的合理性和成樁工藝的適宜性，還可以具體確定合理的成樁參數(shù)。 如樁身材料配合比，填料數(shù)量、氣壓和

20、夯擊參數(shù)等，了解施工時可能發(fā)生的問題和決定相應(yīng)的解決措施。第28頁，共38頁，2022年，5月20日，10點41分，星期二5 應(yīng)注意石灰樁施工過程中的“ (放炮)”現(xiàn)象 “沖孔”是指由于孔內(nèi)進水使生石灰與水迅速反應(yīng)，其溫度高達200300C，樁體內(nèi)空氣遇熱膨脹之后，不僅樁身孔隙大，不易夯實，而且孔隙內(nèi)空氣在高溫下的迅速膨脹，迅速增大的膨脹力還會將上部夯實的樁料推出孔口，形成沖孔現(xiàn)象。故應(yīng)采取減少攙和料含水量，排干孔內(nèi)積水或降水，加強夯實等措施，確保安全。第29頁，共38頁，2022年，5月20日，10點41分，星期二6 嚴格做好封頂7 注意施工安全 為了減小樁體向上脹發(fā)引起的能量損失，防止地表

21、水流入樁身和防止石灰樁因水化過分激烈而引起樁孔噴料，以保證樁身強度。成樁后需利用素土、灰土或素混凝土等立即進行樁身封頂，并夯壓密實，長度一般為50100cm。 石灰樁施工時應(yīng)采取防止沖孔傷人的有效措施，確保施工人員的安全。 第30頁，共38頁，2022年，5月20日，10點41分，星期二六、質(zhì)量檢驗 1 石灰樁施工檢測宜在施工710d后進行；竣工驗收檢測宜在施工28d后進行;2 施工檢測可采用靜力觸探、動力觸探或標準貫入試驗。檢測部位為樁中心及樁間土，每兩點為一組。檢測組數(shù)不少于總樁數(shù)的1%;3 石灰樁地基竣工驗收時，承載力檢驗應(yīng)采用復(fù)合地基載荷試驗;4 載荷試驗數(shù)量宜為地基處理面積每200m2左右布置一個點，且每一單體工程不應(yīng)少于3點. 第31頁，共38頁，2022年，5月20日，10點41分，星期二【例題1】 對軟土采用石灰樁處理后，石灰樁外表層會形成一層強度很高的硬殼層，這主要是由（）起的作用。 A、吸水膨脹；B、離子交換；C、反應(yīng)熱；D、碳酸鈣化反應(yīng)；答案：D例題第32頁，共38頁，2022年，5月20日，10點41分，星期二