深層攪拌石灰樁加固軟土地基

1、深層攪拌石灰樁加固軟土地基         05-12-25 17:13:00     作者：佚名    編輯：studa9ngns【摘  要】 討論深層攪拌石灰樁強(qiáng)度形成機(jī)理，加固處理公路軟基的有效性和應(yīng)用條件。該方法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、施工方便、經(jīng)濟(jì)效益好的特點(diǎn)?！娟P(guān)鍵詞】 公路軟基；復(fù)合地基；深層攪拌石灰樁    在高等級(jí)公路中，遇到不少涵洞、通道、擋土結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)物置于軟弱地基上或軟厚的雜填土之上

2、，施工期短暫時(shí)，成為不少建設(shè)單位和設(shè)計(jì)單位的棘手問(wèn)題。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，采用生石灰噴粉深層攪拌樁（簡(jiǎn)稱(chēng)石灰攪拌樁）進(jìn)行軟土地基處理，具有技術(shù)簡(jiǎn)單可行，且經(jīng)濟(jì)合理的特點(diǎn)，能有效地加固軟弱地基，減少軟土層沉降和整體工程工后沉降，提高軟土層的承載力。1 生石灰對(duì)軟粘土地基的基本作用    根據(jù)設(shè)計(jì)確定石灰攪拌樁鉆機(jī)的位置，啟動(dòng)攪拌機(jī)，鉆進(jìn)時(shí)噴射壓縮空氣，準(zhǔn)備加固的土在原位受到擾動(dòng)。隨著鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，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，形成具有整體性好，水穩(wěn)定性好和一定強(qiáng)度的石灰

3、土樁。    通過(guò)機(jī)構(gòu)攪拌，將軟土重塑的同時(shí)摻入適量的石灰，石灰與軟土礦物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成一種復(fù)雜的不溶于水的、將土顆粒粘結(jié)在一起的硅酸鈣凝膠，硅酸鈣凝膠起到包裹和聯(lián)結(jié)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)系得很牢固，改善了土的物理力學(xué)性質(zhì)，發(fā)揮了石灰固化劑的強(qiáng)化作用。    要形成硅酸鈣凝膠，只有在有足夠的水使Ca2+和OH-1離子能夠轉(zhuǎn)移到粘土顆粒表面時(shí)才能實(shí)現(xiàn)，利用土顆粒、水和石灰之間的化學(xué)反應(yīng)達(dá)到這一目的，以改善土的性質(zhì)，具體來(lái)說(shuō)，石灰對(duì)軟土的基本作用如下：（1）生石灰與地基軟粘土通過(guò)強(qiáng)制做拌均勻，很快產(chǎn)生水化

4、作用，形成 Ca（OH)2 。在這生石灰變?yōu)槭焓业倪^(guò)程中，產(chǎn)生的熱量促進(jìn)水分蒸發(fā)，使軟土地基的含水量降低，同時(shí)石灰體積產(chǎn)生膨脹，此時(shí)膨脹力所作的功轉(zhuǎn)化為周?chē)恋淖冃挝荒?。例如廣東省云浮硫鐵礦專(zhuān)用線(xiàn)有一座45m蓋板涵基礎(chǔ)采用石灰噴粉深層攪拌處理軟基，鉆頭直徑為500mm，形成石灰樁之后，在粉細(xì)砂層直徑增大為520mm，在軟土層直徑內(nèi)直徑增大為600-700mm，樁體體積增大，對(duì)周?chē)疗鹆藟好茏饔谩?（2）熟石灰的Ca2+離子在水的作用下與軟土顆粒產(chǎn)生絮凝反應(yīng)作用，這一反應(yīng)過(guò)程使軟土顆粒結(jié)合水膜厚度減簿，土的塑性降低，土粒間的粘結(jié)力增加，土體強(qiáng)度和水穩(wěn)定性提高。   

5、; 上述兩種化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，主要發(fā)生在生石灰與軟土強(qiáng)制攪拌混合后的數(shù)小時(shí)內(nèi)，是石灰對(duì)軟粘土的早期基本作用。（3）熟石灰與粘土顆粒中的活性硅鋁礦物進(jìn)一步緩慢地產(chǎn)生化學(xué)作用，過(guò)程中又吸收熟石灰漿中的水分，形成結(jié)晶和生成鋁酸鹽和水化硅酸鈣，改變了粘土的結(jié)構(gòu)。這一反應(yīng)過(guò)程將持續(xù)數(shù)年，是石灰對(duì)軟粘土的后期作用。2 石灰攪拌樁身的排水固結(jié)作用    通過(guò)對(duì)一些工程施工的石灰攪拌樁觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)施工期樁體含水量總是很高，直觀表現(xiàn)在樁頂?shù)膲|層上有明顯的圓形濕痕，表明樁體含水量及滲透系數(shù)均大于樁間土。由于樁身材料拌合不均勻，以及配合比、摻合料不同，涮得樁身滲透系數(shù)在4.07×1

6、0-3-10-5cms之間，相當(dāng)于粉砂、細(xì)砂的滲透系數(shù)，較粘土、亞粘土的滲透系數(shù)大10倍至100倍，說(shuō)明石灰樁身排水固結(jié)作用較好。    圖1表示軟粘土地基經(jīng)石灰攪拌后滲透增長(zhǎng)情況，K為滲透系數(shù)。用10    生石灰作為固化劑時(shí)，軟粘土的滲透性系數(shù)隨著時(shí)間而直線(xiàn)上升；而用10的水泥作為固化劑時(shí)，軟粘土的滲透系數(shù)隨著時(shí)間而直線(xiàn)下降。石灰適合于塑性指數(shù)較高的軟粘土地基，水泥適合于塑性指數(shù)較低的軟土地基。在相同條件下，用石灰處理的臨時(shí)加固效果在前數(shù)小時(shí)內(nèi)比水泥處理的要明顯來(lái)得快。    值得注意的是，當(dāng)石灰攪拌

7、樁滲透系數(shù)K值足夠?。ㄈ畿浾惩恋鼗?，而樁的直徑d又足夠大（例d50cm時(shí)），即使樁處于水下，也不能形成充分供水的條件，石灰攪拌樁的含水量仍然較初始含水量大幅度減小在天津塘沽軟土路基試驗(yàn)中，于五年后挖出石灰樁，也發(fā)現(xiàn)樁身仍非常堅(jiān)硬，日本的一份資料談到，即使在含水量高達(dá)100的軟土中，石灰樁身強(qiáng)度也比周?chē)恋膹?qiáng)度高達(dá)10倍以上。3 石灰攪拌樁與樁間土的復(fù)合地基效應(yīng)    生石灰加固軟弱地基后，石灰攪拌與未加固部分地基土形成復(fù)合地基，復(fù)合地基的強(qiáng)度包括攪拌樁樁體的強(qiáng)度和樁周土粘聚力增加后的強(qiáng)度，石灰攪拌樁與周?chē)鼗啾染哂懈叩目辜魪?qiáng)度。與生石灰攪拌樁鄰接的樁周土，由

8、于拌合時(shí)產(chǎn)生的高溫和凝聚反應(yīng)形成厚度達(dá)數(shù)厘米的高度硬殼，此層硬層的存在影響了石灰攪拌樁的吸水和排水，尤其是后期排水，但在施工期內(nèi)此層硬殼尚未形成，排水作用是可以發(fā)揮的。從對(duì)一些工程的天然土和單樁復(fù)合地基荷載試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)石灰攪拌樁復(fù)合地基的加荷后穩(wěn)定時(shí)間較天然土基為短，也就證實(shí)了石灰攪拌樁的排水固結(jié)作用。石灰攪拌樁與樁間土的復(fù)合地基抗剪強(qiáng)度可用下式計(jì)算：= （1-ds)C+ dsp （1）式中： 復(fù)合地基抗剪強(qiáng)度，KPa;P 石灰攪拌樁的抗剪強(qiáng)度，KPa；ds 消化和凝硬反應(yīng)結(jié)束后石灰攪拌樁加固率（面積比）ds =(1.5-1.8)ds （2）ds 石灰攪拌樁置換率（面積比）ds = d2/4l

9、2 （3）d 石灰攪拌樁直徑，d=50cm; l 石灰攪拌樁間中心距，cm; C 石灰攪拌樁加固后地基土的粘聚力，KPa；C=CodP， （4）式中：Co 原地基土的粘聚力，KPa；d 經(jīng)石灰攪拌樁處理后的強(qiáng)度增加系數(shù)，d= 0.1-0.4；P 有效壓縮荷載，它是固結(jié)試驗(yàn)曲線(xiàn)中與加固后孔隙比e'對(duì)應(yīng)的壓縮荷載P'與固結(jié)屈服應(yīng)力Pc之差。    石灰攪拌加固后的地基，樁體強(qiáng)度高于樁間土。因此，在工程結(jié)構(gòu)荷載和車(chē)輛荷載作用下，土體被壓縮，承載力主要靠樁體承擔(dān)。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

10、施工荷載值與向上的摩擦力兩部分之和。因此，靠近樁邊的土承受的壓力最小，樁間地基土應(yīng)力降低，而石灰攪拌樁樁體產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，根據(jù)基礎(chǔ)底面樁和樁間土上埋沒(méi)的土壓力盒測(cè)定結(jié)果，得出樁體和樁間土的荷載應(yīng)力分擔(dān)比nP/S=3-15（為石灰攪拌承擔(dān)的應(yīng)力，為樁間土承擔(dān)的應(yīng)力）在用石灰攪拌樁加固公路軟基時(shí)，一般采用n=35較適宜。石灰攪拌樁加固公路軟基的容許沉降量S用下式計(jì)算：S=H-S （5）式中：H 加固前的地基土最終沉降量，cm；S 石灰攪拌樁在垂直方向產(chǎn)生的固結(jié)沉降，cm;S=HC*e/(1+e0) （6）式中：HC 石灰攪拌樁的加固深度；e 孔隙比的降低值；e=e0-e =GS*H/100 （7）式中：e0 原地基的初始孔隙比；e 地基加固后孔隙比；w 由式(s）求出的含水量降低值；GS 土顆粒比重。    據(jù)資料介紹某一路堤地基用深層攪拌石灰樁處理軟土地基，該地基由高靈敏度的粉質(zhì)軟粘土構(gòu)成，厚度6-12m，抗剪強(qiáng)度10KP