第章石灰桩《地基处理新技术》.ppt

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第五章第五章石灰桩石灰桩5.1概概述述5.2加固机理加固机理5.3设计计算设计计算5.4施工方法施工方法5.5质量检验质量检验5.15.1概概述述石灰桩法适用范围：

适用于处理饱和黏性土、石灰桩法适用范围：

适用于处理饱和黏性土、淤泥、淤泥质土、素填土和杂填土等地基；用于淤泥、淤泥质土、素填土和杂填土等地基；用于地下水位以上的土层时，宜增加掺合料的含水量地下水位以上的土层时，宜增加掺合料的含水量并减少生石灰用量，或采取土层浸水等措施。

石并减少生石灰用量，或采取土层浸水等措施。

石灰桩法按用料特征和施工工艺的分类方法如下：

灰桩法按用料特征和施工工艺的分类方法如下：

（1）块灰灌入法（亦称石灰桩法）块灰灌入法（亦称石灰桩法）块灰灌入法是采用钢套管成孔，然后在孔中灌入新鲜块灰灌入法是采用钢套管成孔，然后在孔中灌入新鲜生石灰块，或在生石灰块中掺人适量的水硬性掺合料和火生石灰块，或在生石灰块中掺人适量的水硬性掺合料和火山灰。

利用生石灰吸取桩周土体中水分进行水化反应此山灰。

利用生石灰吸取桩周土体中水分进行水化反应此时生石灰的吸水、膨胀、发热以及离子交换作用，使桩四时生石灰的吸水、膨胀、发热以及离子交换作用，使桩四周土体的含水量降低、孔隙比减小，使土体挤密和桩体硬周土体的含水量降低、孔隙比减小，使土体挤密和桩体硬化。

桩和桩间土共同承受荷载，成为一种复合地基化。

桩和桩间土共同承受荷载，成为一种复合地基。

22粉灰搅拌法（亦称石灰柱法）粉灰搅拌法（亦称石灰柱法）粉灰搅拌法是粉体喷射搅拌法的一种。

粉灰搅拌法是粉体喷射搅拌法的一种。

所用的原料是石灰粉，通过特制的搅拌机所用的原料是石灰粉，通过特制的搅拌机将石灰粉加固料与原位软土搅拌均匀，促将石灰粉加固料与原位软土搅拌均匀，促使软土硬结，形成石灰（土）柱。

使软土硬结，形成石灰（土）柱。

5.2加固机理加固机理石灰桩的加固机理可从桩间土、桩身石灰桩的加固机理可从桩间土、桩身和复合地基三方面进行分析：

和复合地基三方面进行分析：

11桩间土桩间土

（1）

（1）成孔挤密成孔挤密石灰桩施工时是由振动钢管下沉而成孔，石灰桩施工时是由振动钢管下沉而成孔，使桩间土产生挤压和排土作用，其挤密效果使桩间土产生挤压和排土作用，其挤密效果与土质、上覆压力及地下水状况等有密切关与土质、上覆压力及地下水状况等有密切关联。

联。

（2）

（2）膨胀挤密膨胀挤密石灰桩在成孔后灌人生石灰便吸水膨胀，使石灰桩在成孔后灌人生石灰便吸水膨胀，使桩间土受到强大的挤压力，这对地下水位以下软桩间土受到强大的挤压力，这对地下水位以下软黏土的挤密起主导作用。

测试结果表明，根据生黏土的挤密起主导作用。

测试结果表明，根据生石灰质量高低，在自然状态下熟化后其体积可增石灰质量高低，在自然状态下熟化后其体积可增到原来的到原来的1.53.5倍。

倍。

（3）（3）脱水挤密脱水挤密软黏土的含水量一般为软黏土的含水量一般为4080，1kg生生石灰的消解反应要吸收石灰的消解反应要吸收0.32kg的水。

同时，由于的水。

同时，由于反应中放出大量热量提高了地基土的温度，实测反应中放出大量热量提高了地基土的温度，实测桩间土的温度在桩间土的温度在50以上，使土产生一定的汽化以上，使土产生一定的汽化脱水。

从而使土中含水量下降孔隙比减小，土脱水。

从而使土中含水量下降孔隙比减小，土颗粒靠拢挤密，在所加固区的地下水位也有一定颗粒靠拢挤密，在所加固区的地下水位也有一定的下降。

的下降。

（4）（4）胶凝作用胶凝作用由于生石灰吸水生成的由于生石灰吸水生成的Ca（OH）2中一部中一部分与土中二氧化硅和氧化铝产生化学反应，分与土中二氧化硅和氧化铝产生化学反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等水化产物。

生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等水化产物。

水化物对土颗粒产生胶结作用，使土聚集体水化物对土颗粒产生胶结作用，使土聚集体积增大，并趋于紧密。

从本质上改变了土的积增大，并趋于紧密。

从本质上改变了土的结构，提高了土的强度，而土体的强度将随结构，提高了土的强度，而土体的强度将随龄期的增长而增加。

龄期的增长而增加。

2.2.桩身桩身对单一的以生石灰作原料的石灰桩，对单一的以生石灰作原料的石灰桩，当生石灰水化后石灰桩的直径可胀到原当生石灰水化后石灰桩的直径可胀到原来所填的生石灰块屑体积的一倍。

来所填的生石灰块屑体积的一倍。

试验分析结果，石灰桩桩体的渗透系试验分析结果，石灰桩桩体的渗透系数一般在数一般在10-510-3cm/s，相当于细砂。

，相当于细砂。

由于石灰桩桩距较小（一般为由于石灰桩桩距较小（一般为23倍桩体倍桩体直径），水平排水路径很短，具有较好的直径），水平排水路径很短，具有较好的排水固结作用。

排水固结作用。

3.3.复合地基复合地基由于石灰桩桩体具有较桩间土有更大的由于石灰桩桩体具有较桩间土有更大的强度（抗压强度约强度（抗压强度约500kPa），在与桩间土），在与桩间土形成的复合地基中具有桩体作用。

当承受形成的复合地基中具有桩体作用。

当承受荷载时，桩上将产生应力集中现象。

根据荷载时，桩上将产生应力集中现象。

根据国内实测数据，石灰桩复合地基的桩土应国内实测数据，石灰桩复合地基的桩土应力比一般为力比一般为2.55.0。

5.35.3设设计计计计算算11桩径桩径石灰桩的桩径一般为石灰桩的桩径一般为300400mm，具体取决于设计，具体取决于设计要求和成孔机管径。

要求和成孔机管径。

22桩距及布置桩距及布置桩距一般为桩距一般为23倍成孔直径。

桩距太大则约束力太小。

倍成孔直径。

桩距太大则约束力太小。

平面布置可为梅花形或正方形。

石灰桩可仅布置在基础底平面布置可为梅花形或正方形。

石灰桩可仅布置在基础底面下，当基底土的承载力特征值小于面下，当基底土的承载力特征值小于70kPa时，宜在基础时，宜在基础以外布置以外布置12排围护桩。

排围护桩。

33桩长桩长桩的长度取决于石灰桩的加固目的和上部结构的条件。

桩的长度取决于石灰桩的加固目的和上部结构的条件。

（1）

（1）若石灰桩加固只是为了形成一个压缩性较小的垫层，若石灰桩加固只是为了形成一个压缩性较小的垫层，则桩长可较小，一般可取则桩长可较小，一般可取24m。

（2）

（2）若加固目的是为了减少沉降，则就需要较长的桩。

如若加固目的是为了减少沉降，则就需要较长的桩。

如果为了解决深层滑动问题，也需要较长的桩，保证桩长穿果为了解决深层滑动问题，也需要较长的桩，保证桩长穿过滑动面。

过滑动面。

（3）（3）洛阳铲成孔桩长不宜超过洛阳铲成孔桩长不宜超过6m;机械成孔管外投料时，机械成孔管外投料时，桩长不宜超过桩长不宜超过8m;螺旋钻成孔及管内投料时可适当加长。

螺旋钻成孔及管内投料时可适当加长。

4.4.承载力计算承载力计算石灰桩复合地基承载力特征值应通过单桩或多桩复合地石灰桩复合地基承载力特征值应通过单桩或多桩复合地基载荷试验确定。

初步设计时也可用单桩和处理后桩间土基载荷试验确定。

初步设计时也可用单桩和处理后桩间土承载力特征值按下式估算：

承载力特征值按下式估算：

ffspkspk=mfmfpkpk+（1-m1-m）ffsksk式中式中ffpkpk-石灰桩桩身抗压强度比例界限值，由单桩竖向载荷石灰桩桩身抗压强度比例界限值，由单桩竖向载荷试验测定，初步设计时可取试验测定，初步设计时可取350500kPa，土质软弱时取，土质软弱时取低值；低值；ffsksk-桩间土承载力特征值，取天然地基承载力特征值桩间土承载力特征值，取天然地基承载力特征值的的1.051.20倍，土质软弱或置换率大时取高值；倍，土质软弱或置换率大时取高值；m-面积置换率，桩面积按面积置换率，桩面积按1.11.2倍成孔直径计算，倍成孔直径计算，土质软弱时宜取高值。

土质软弱时宜取高值。

5.5.沉降计算沉降计算经石灰桩加固后，地基由上层石灰桩经石灰桩加固后，地基由上层石灰桩复合地基和下卧天然地基组成。

建筑物的复合地基和下卧天然地基组成。

建筑物的沉降量可按类似碎（砂）石桩的计算方法沉降量可按类似碎（砂）石桩的计算方法进行计算。

进行计算。

实测资料表明，加固后地基的沉降量实测资料表明，加固后地基的沉降量仅为未加固天然地基的仅为未加固天然地基的1/51/4;差异沉降差异沉降仅为仅为35mm。

沉降速率快，大部分在施工。

沉降速率快，大部分在施工期完成。

期完成。

5.45.4施施工工方方法法11材料材料石灰桩的材料以生石灰为主，生石灰选用现石灰桩的材料以生石灰为主，生石灰选用现烧的烧的（新鲜新鲜）并需过筛，粒径不应大于并需过筛，粒径不应大于70mm，含，含粉量不得超过总重量的粉量不得超过总重量的15%，有效，有效Ca0Ca0含量不得低含量不得低于于70%，其中夹石不大于，其中夹石不大于5%。

生石灰中掺入适当粉煤灰或火山灰等含硅材料时，生石灰中掺入适当粉煤灰或火山灰等含硅材料时，粉煤灰或火山灰与生石灰的重量配合比一般为粉煤灰或火山灰与生石灰的重量配合比一般为3:

7。

粉煤灰应采用干灰，含水量粉煤灰应采用干灰，含水量w5%，使用时要与，使用时要与生石灰拌均匀。

生石灰拌均匀。

2.2.施工顺序施工顺序石灰桩一般在加固范围内施工时，先外石灰桩一般在加固范围内施工时，先外排后内排，先周边后中间，单排桩应先施工排后内排，先周边后中间，单排桩应先施工两端后中间，并按每间隔两端后中间，并按每间隔12孔的施工顺序孔的施工顺序进行，不允许由一边向另一边平行推移。

进行，不允许由一边向另一边平行推移。

3.3.成桩成桩

（1）

（1）成孔成孔石灰桩成孔可选用沉管法、冲击法、螺石灰桩成孔可选用沉管法、冲击法、螺旋钻进法、洛阳铲法等。

旋钻进法、洛阳铲法等。

1）1）沉管法是最常用的成孔方法。

沉管法是最常用的成孔方法。

2）2）冲击法成孔是使用冲击钻机将冲击法成孔是使用冲击钻机将0.63.2t锥锥形钻头提升形钻头提升0.52.0m高度后自由落下，反高度后自由落下，反复冲击，使土层成孔。

复冲击，使土层成孔。

3）3）螺旋钻进法成孔的优点是：

不使用冲洗液，螺旋钻进法成孔的优点是：

不使用冲洗液，钻进时不断向孔壁挤压，使孔壁保持稳定；钻进时不断向孔壁挤压，使孔壁保持稳定；一次成孔；效率高。

一次成孔；效率高。

（2）

（2）投料压（夯）实投料压（夯）实成孔检验合格后应立即填夯成桩，一般都是人成孔检验合格后应立即填夯成桩，一般都是人工填料，机械夯实。

填料数量宜以体积控制为桩工填料，机械夯实。

填料数量宜以体积控制为桩孔体积的孔体积的1.52.0倍，桩距大时取高值。

采用夯击倍，桩距大时取高值。

采用夯击时，应分段夯填。

时，应分段夯填。

石灰桩的投料方法有：

管外投料法、管内投石灰桩的投料方法有：

管外投料法、管内投料法和挖孔投料法。

料法和挖孔投料法。

1）1）管外投料法管外投料法管外投料法的工艺流程为：

桩机定位沉管提管外投料法的工艺流程为：

桩机定位沉管提管一填料管一填料-压实压实-再提管再填料再压实成桩，如图再提管再填料再压实成桩，如图5-15-1所示。

所示。

缺点：

缺点：

在软土中成孔，当拔管时容易发生在软土中成孔，当拔管时容易发生塌孔或缩孔现象；塌孔或缩孔现象；在软土中成孔深度不宜超过在软土中成孔深度不宜超过6m:

6m:

桩径和桩长的保证率相对较低。

桩径和桩长的保证率相对较低。

2）2）管内投料法管内投料法管内投料施工法适用于地下水位较高的管内投料施工法适用于地下水位较高的软土地区。

管内投料施工工艺与振动沉管软土地区。

管内投料施工工艺与振动沉管灌注桩的工艺类似。

灌注桩的工艺类似。

3）3）挖孔投料法挖孔投料法利用特制的洛阳铲人工挖孔、投料夯实。

由利用特制的洛阳铲人工挖孔、投料夯实。

由于洛阳铲在切土、取土过程中对周围土体的于洛阳铲在切土、取土过程中对周围土体的扰动很小，在软土中均可保持孔壁稳定。

该扰动很小，在软土中均可保持孔壁稳定。

该法避免了振动和噪声，能在极狭窄的场地和法避免了振动和噪声，能在极狭窄的场地和室内作业造价较低、工期短、质量可靠，室内作业造价较低、工期短、质量可靠，适用的范围广泛。

适用的范围广泛。

（3）（3）封顶封顶可在桩身上段夯入膨胀力