谈加固软土地基的深层搅拌石灰桩法

专注地信

【摘要】针对在建筑高等级公路遇到的挡土结构、桥涵、通道等结构物置于软厚的杂填土上或软弱地基之上，施工期短，成为不少设计单位和建设单位的棘手问题。可采用生石灰喷粉深层搅拌桩（下简称石灰搅拌桩）进行软土地基处理。具有操作技术简单可行，且经济合理的优点，有效地加固软弱地基，减少软土层沉降以及整体工程工后沉降，提高软土层承载力。

　　【关键词】软基；石灰桩；排水固结

【中图号】U415【文献标示码】A【文章编号】1005-1074(2008)11-0218-01
　　
　　1石灰搅拌桩身的排水固结作用
　　
　　通过在一些工程施工中对石灰搅拌桩观测，在桩顶的垫层上直观表现有明显的圆形湿痕，表明桩体含水量及渗透系数均大于桩间土，得到施工期桩体含水量总是很高的发现。由于桩身材料拌合不均匀，以及掺合料、配合比不同，桩身涮得渗透系数在4.07×10-3-10-5cm／s间，相当于细砂、粉砂的渗透系数，较粘土、亚粘土的渗透系数大10倍至100倍，说明石灰桩身排水固结作用较好。约用10％生石灰作固化剂时，软粘土的渗透性系数会随时间而直线上升；而用10％的水泥作固化剂时，软粘土的渗透系数却随着时间而直线下降。说明石灰适合塑性指数较高的软粘土地基，而水泥适合塑性指数较低的软土地基。在条件相同情况下，在处理临时加固效果的前数小时内，用石灰处理效果明显比水泥处理来得快。但需注意，当石灰搅拌桩渗透系数K值足够小（如软粘土地基），而桩的直径d又足够大（例d≥50cm时），即使桩处于水下，也不能形成充分供水的条件，石灰搅拌桩的含水量仍然较初始含水量大幅度减小．在某软土路基试验中，石灰桩于五年后挖出，发现桩身仍然坚硬非常，在日本的一份资料中谈到，含水量即使在高达100％的软土中，石灰桩身强度也比周围土的强度高达10倍以上。
　　
　　2石灰搅拌桩与桩间土的复合地基效应
　　
　　2.1用生石灰对软弱地基加固后，石灰搅拌和未加固部分地基土形成复合地基它的强度包括搅拌桩桩体的强度和桩周土粘聚力增加后的强度，石灰搅拌桩与周围地基相比具有更高的抗剪强度。与生石灰搅拌桩邻接的桩周土，由于拌合时产生的高温和凝聚反应形成厚度达数厘米的高度硬壳，此层硬层的存在影响了石灰搅拌桩的吸水和排水，尤其是后期排水，但在施工期内此层硬壳尚未形成，排水作用是可以发挥的。从对一些工程的天然土和单桩复合地基荷载试验中，发现石灰搅拌桩复合地基的加荷后稳定时间较天然土基为短，也就证实了石灰搅拌桩的排水固结作用。

2．2石灰搅拌加固后的地基，桩体强度高于桩间土因此，在工程结构荷载和车辆荷载压缩土体，承载力主要靠桩体承担。由于土体相对于桩有向下滑动趋势，桩面对桩周土产生一向上的摩擦阻力，故靠近桩周土的压力值为向下的施工荷载值与向上的摩擦力两部分之和。所以，靠近桩边的土承受压力最小，桩间地基土应力降低，而石灰搅拌桩桩体产生应力集中现象。根据基础底面桩和桩间土上埋没的土压力盒测定结果得出，桩体和桩间土的荷载应力分担比n＝P/S=3-15（为石灰搅拌承担的应力，为桩间土承担的应力）．在用石灰搅拌桩加固公路软基时，一般采用n=3～5较适宜

据资料介绍某一路堤地基用深层搅拌石灰桩处理软土地基，该地基由高灵敏度的粉质软粘土构成，厚度6-12m，抗剪强度10KPa，含水量60％，经室内试验表明，用制备的石灰加固试样测试其抗剪强度，在10d后增加到50KPa,三个月后测试强度增加到100KPa，在试验路堤4m高的下面，石灰搅拌桩的设计间距为1.0-1.2m，桩长10m。经现场测试的沉降曲线表明，用石灰搅拌桩加固的地基沉降减少了大约60％，其沉降量为20-25m，设计计算值与实测值吻合较好。
　　
　　3生石灰剂量对石灰搅拌桩强度的影响
　　
　　在同一生石灰含量的条件下，不同的土类具有明显不同的抗压强度，根据室内试验得出:①当生石灰含量在6％～18％的范围内变化时，石灰搅拌桩仍保持原来土壤的特性；②不同土性的石灰粉渗入量各有最佳渗人量区间，大于或小于这一区间的渗入量，都得不到经济的加固效果。

生石灰的膨胀力与其含量成正比，但膨胀应力的大小，却与其有效氧化钙含量、约束力的大小和方向、熟化的快慢有关。如采用有效氧化钙含量为85％-89％的生石灰,让其在近似完全约束的条件下熟化，测得其轴向膨胀应力最高可达11.6MPa，随着周围约束的放松，轴向膨胀应力急剧减少，膨胀力所做的功已转化为周围土的变形位能而趋于平衡。总之一般的地基（特别是软土），当生石灰用量超过一定界限，其约束力绝对不可能阻止石灰搅拌桩的膨胀。而石灰搅拌桩直径增大的原因就是巨大的膨胀力在相当范围内传布。
　　
　　4石灰搅拌桩的强度取决于软粘土的含水量
　　
　　石灰搅拌桩的强度能否形成和强度高低，与软粘土的含水量有关。生石灰转变为熟石灰以级继续水化，都要吸收和蒸发软粘土中的水份。因此，有足够的水才能供石灰水化，否则强度无法形成。另外水又不能过多，以使处于饱和状态的软粘土能够因脱水而转变成三相状态，软土中的空气才能为碳酸化反应提供足够的二氧化碳，从而使灰土反应生成有一定强度的胶结物质条件，形成较高强度。由于石灰搅拌桩中的水分在强度形成中得到消耗，灰土含水量就会大幅度减少，甚至状态由流动转变为硬塑乃至坚硬，使石灰土的强度大大提高。

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