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(diǎn)41分，星期二第三章 深層密實(shí)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(dāng)粒度的生石灰并逐段夯實(shí)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(qiáng)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(diǎn)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(yàn)配合比7：3或8：2。在拔管的同時(shí)進(jìn)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(jī)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(xué)性能較強(qiáng)的石灰(土) 柱（實(shí)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(kuò)散和凝固硬化而達(dá)到加固的目的（該種處理方法實(shí)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(diǎn)41分，星期二 石灰

3、樁加固地基的機(jī)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(qiáng)化作用等方面。二、加固機(jī)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(diǎn)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(duì)鋼管的振動(dòng)或打入完成的。 當(dāng)鋼管被打入土中時(shí)，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(dāng)然，如果采用排土成孔方法時(shí)，則不存在擠密效應(yīng)。第5頁，共38頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)

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(duì)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(gè)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(huì)繼續(xù)從四周土中吸取水分，儲(chǔ)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(qiáng)大的擠壓力而使其獲得密實(shí)效果。(生石

5、灰在熟化之后的體積可達(dá)到原體積的1.53.5倍)。第6頁，共38頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)41分，星期二3) 脫水?dāng)D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(duì)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(jìn)一步促進(jìn)了樁固土體中水的脫出。樁周土含水量、孔隙比 ，土體密實(shí)度提高，強(qiáng)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(shí)，排水固結(jié)的作用更加顯著。體現(xiàn)在兩個(gè)方面。第7頁，共38頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)41分，星期二1) 對(duì)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(dāng)采用排土成樁時(shí)，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(dāng)采用不排土成孔時(shí)，對(duì)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(diǎn)41分，星期二2) 膠凝加固效應(yīng)（化學(xué)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(qiáng)度大大增加強(qiáng)，并與時(shí)間成正相關(guān)。第9頁，共38頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)41分，星期二 3) 離子交換作用（化學(xué)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(tuán)粒，使土中顆粒相對(duì)含量下降土力學(xué)性能改善。當(dāng)樁體內(nèi)摻入粉煤灰、火山灰等摻合物之后，在整個(gè)樁體內(nèi)的這種離子交換作用、膠凝作用、膠凝作用也同時(shí)會(huì)發(fā)生，使樁體的后期強(qiáng)度比單純的石灰

8、樁更高。4) 碳酸鈣化作用（化學(xué)加固效應(yīng)） 石灰與土體中二氧化碳?xì)怏w反應(yīng)生成不溶的碳酸鈣，在樁身外產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)堅(jiān)硬的外殼 。第10頁，共38頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)41分，星期二石灰樁作為豎向增強(qiáng)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(yàn)和實(shí)踐表明，當(dāng)樁體吸水量過大，會(huì)在樁體內(nèi)部形成“軟心”，此時(shí)樁體就難以起到承重作用。 然而，當(dāng)樁體夯填施工過程中，只要滿足一定的初始填充密實(shí)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(dān)了30以上的荷載，此時(shí)，與發(fā)生了擠壓密實(shí)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(diǎn)41分，星期二三、設(shè)計(jì)計(jì)算要點(diǎn)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(duì)于淤泥、淤泥質(zhì)土等軟土可適當(dāng)增加生石灰用量，樁頂附近生石灰用量不宜過大。 當(dāng)摻石膏和水泥時(shí)，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(diǎn)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(dāng)基底土承載力特征值小于70kPa時(shí)，宜在基礎(chǔ)以外布置12排圍護(hù)樁；第13頁，共38頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)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(shí)，樁長6m；機(jī)具成孔管成孔時(shí)，樁長8m；螺旋鉆成孔時(shí)，樁長可適當(dāng)加長。 當(dāng)?shù)鼗枧潘ǖ罆r(shí)，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(duì)深厚的軟弱地基，采用“懸浮樁(端部未觸及持力層) ”時(shí)，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(diǎn)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(dāng)土層較好并采取保證樁身強(qiáng)度措施之后，經(jīng)試驗(yàn)后，可適當(dāng)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(yàn)確定。初步設(shè)計(jì)時(shí)，可按公式: fSpk = m fpk+(1-m) fsk 加以估算。 其中，pk：樁身抗壓強(qiáng)度比例界限值，由單樁豎向載荷試驗(yàn)確定，一般取350500kPa，土質(zhì)軟時(shí)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(jì)算，土質(zhì)軟者取高值。 第15頁，共38頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)

12、41分，星期二9、地基變形計(jì)算 系數(shù)，取1.11.3，擠密效應(yīng)好或置換率(m)大時(shí)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(jì)規(guī)范GB5007有關(guān)規(guī)定計(jì)算處理后的地基變形。變形經(jīng)驗(yàn)系數(shù)按該區(qū)沉降觀測資料及經(jīng)驗(yàn)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(yàn)確定。初步設(shè)計(jì)時(shí)，可按下試估算： 第16頁，共38頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)41分，星期二 1）特點(diǎn)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(dāng)摻料與生石灰拌和后，

13、內(nèi)中的水分會(huì)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(shí)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(duì)較低。第17頁，共38頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)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(shí)孔內(nèi)負(fù)壓進(jìn)入造成塌孔，采用活動(dòng)式樁尖，拔管時(shí)樁尖靠自重落下，空氣由樁管進(jìn)入孔內(nèi)，避免負(fù)壓。 樁尖角度一般為45、60 、90 。土質(zhì)較硬時(shí)用小值。 樁機(jī)定位沉管提管填料壓實(shí)再提管再填料再壓實(shí)，這樣反復(fù)幾次

14、，最后填土封口壓實(shí)，一根樁即告完成。第18頁，共38頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)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(jī)宜采用前進(jìn)式，即剛打完的樁處于樁機(jī)下方，以機(jī)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(shí)度。影響灌料量因素很多(樁周土強(qiáng)度、壓實(shí)次數(shù)、設(shè)計(jì)樁徑、樁管直徑等)。確定灌料量時(shí)，先根據(jù)設(shè)計(jì)樁徑計(jì)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(diǎn)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(diǎn)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(biāo)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(shí)，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(dāng)變動(dòng)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(shí)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(biāo)高10cm左右。第21頁，共38頁，2022

16、年，5月20日，10點(diǎn)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(dòng)沉管砂石樁的工藝類似。2管內(nèi)投料法 工藝流程：樁機(jī)定位沉管灌料拔管成樁反壓封口壓實(shí)。 第22頁，共38頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)41分，星期二3挖孔投料法 1）優(yōu)點(diǎn)。利用特制的洛陽鏟人工挖孔、投料夯實(shí)，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(duì)周圍土體的擾動(dòng)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(dòng)和噪聲、能在狹窄場地和室內(nèi)作業(yè)，造價(jià)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(shí)封口填土夯實(shí)。第23頁，共38頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)41分，星期二五、施工注意事項(xiàng) 1、注意施工順序單排布樁時(shí)，先打兩端，后打中間，并間隔12孔跳打進(jìn)行。對(duì)軟粘土地基，除間隔跳打外，還應(yīng)間歇28天后再按設(shè)計(jì)間距補(bǔ)樁。 這些措施也有利于提高樁間土對(duì)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(diǎn)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(jìn)法；爆擴(kuò)

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(jì)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(jìn)法: 類似螺絲釘鉆進(jìn)，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(kuò)法：用鉆機(jī)或洛陽鏟等打成小孔，然后裝藥，爆擴(kuò)成孔； 第25頁，共38頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)41分，星期二藥眼爆擴(kuò)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(dǎo)火線；6-所成樁孔；7-削土層。 藥管爆擴(kuò)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(dǎo)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(diǎn)41分，星期二3、成樁 1) 逐段填料夯實(shí)成樁(人工填料，逐段夯實(shí)。每段填料需厚度400mm，施工時(shí)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(shí)) 第27頁，共38頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)41分，星期二4 施工前進(jìn)行成樁試驗(yàn)和材料配比試驗(yàn) 成樁試驗(yàn)和材料配比試驗(yàn)既可以驗(yàn)證設(shè)計(jì)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(shí)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(diǎn)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(jìn)水使生石灰與水迅速反應(yīng)，其溫度高達(dá)200300C，樁體內(nèi)空氣遇熱膨脹之后，不僅樁身孔隙大，不易夯實(shí)，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(huì)將上部夯實(shí)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(qiáng)夯實(shí)等措施，確保安全。第29頁，共38頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)41分，星期二6 嚴(yán)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(qiáng)度。成樁后需利用素土、灰土或素混凝土等立即進(jìn)行樁身封頂，并夯壓密實(shí)，長度一般為50100cm。 石灰樁施工時(shí)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(diǎn)41分，星期二六、質(zhì)量檢驗(yàn) 1 石灰樁施工檢測宜在施工710d后進(jìn)行；竣工驗(yàn)收檢測宜在施工28d后進(jìn)行;2 施工檢測可采用靜力觸探、動(dòng)力觸探或標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。檢測部位為樁中心及樁間土，每兩點(diǎn)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(yàn)收時(shí)，承載力檢驗(yàn)應(yīng)采用復(fù)合地基載荷試驗(yàn);4 載荷試驗(yàn)數(shù)量宜為地基處理面積每200m2左右布置一個(gè)點(diǎn)，且每一單體工程不應(yīng)少于3點(diǎn). 第31頁，共38頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)41分，星期二【例題1】 對(duì)軟土采用石灰樁處理后，石灰樁外表層會(huì)形成一層強(qiáng)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(diǎn)41分，星期二