石灰樁法(第6章)1講解課件

1、 第六章 石灰樁法 定義：指采用機械或人工方法在地基中成孔，然后灌入生石灰或按一定比例加入粉煤灰、爐渣、火山灰等摻和料及少量外加劑的生石灰混合料，并進行振密或夯實而形成的石灰樁樁體，該樁體與經過改良后的樁周土共同承擔上部建筑物載荷。 屬復合地基中的低粘結強度的柔性樁 石灰樁法 6.1 加固機理和適用范圍 6.1 加固機理和適用范圍 石灰樁法發(fā)展歷史 我國將石灰作為建筑材料利用，始于距今五、六千年前的仰韶文化時期。西方最早的石灰窖大約建于公元前2000年，幾乎所有古代文明的民族都懂得燒制石灰。 用石灰加固軟弱地基至少有2000年的歷史，但直到上世紀中葉，不論在我國還是國外，大多屬于表層或淺層處理

2、，例如用3：7或2：8的灰土夯實作為路基和房基；或將生石灰直接投入軟土層，用木夯夯實，使土擠密、干燥和變硬。由此，發(fā)展到用木槌在土中沖孔，在土中投入生石灰塊，經吸水膨脹形成樁體，其深度一般在300500mm。6.1 加固機理和適用范圍 石灰樁法發(fā)展歷史 我國與1953年開始對石灰樁進行了研究，當時天津大學與天津市等單位對生石灰的基本性質、加固機理、設計和施工等方面進行了系統(tǒng)的研究，由于當時的條件，施工系手工操作，樁徑僅100200mm，長度僅2m，又因為發(fā)現(xiàn)樁中心軟弱等問題，所以工作未能繼續(xù)。1975年1980年間，北京鐵路局勘測設計所、同濟大學等單位進行了石灰樁與其它加固方法對比試驗研究，證

3、明了石灰樁的良好加固效果。6.1 加固機理和適用范圍 石灰樁法發(fā)展歷史 直到1981年后，江蘇省建筑設計院對東南沿海的大面積軟土地基采用生石灰與粉煤灰摻和料進行加固，僅南京市采用生石灰樁加固了50余幢房屋的軟土地基，加固面積達3萬m2，取得了較好的經濟技術效果； 其后浙江省建筑科學研究所與湖北省建筑科學研究院等單位相繼展開了試驗研究和工程實踐應用，都作出了卓有成就的工作。6.1 加固機理和適用范圍 石灰樁法發(fā)展歷史 在國外，60年代期間，德、美、英、法、原蘇聯(lián)、日、瑞典、澳大利亞等國紛紛開展石灰加固軟基的研究和應用，現(xiàn)代化機械施工加大了樁長的應用，拓寬了應用領域。6.1 加固機理和適用范圍 石

4、灰樁法種類1. 塊灰灌入法（亦稱石灰樁法） 采用鋼套管成孔，在孔內灌入新鮮生石灰塊，或在石灰塊中摻入適量的水硬性摻和料粉煤灰和火山灰，配合比一般為8:2或7:3。在拔管的同時進行振密和擠密。利用生石灰吸取樁周土體中水分進行水化反應，此時生石灰的吸水、膨脹、發(fā)熱及離子交換作用，使樁四周土體的含水量降低、孔隙減小，土體擠密和樁體硬化。6.1 加固機理和適用范圍 石灰樁法種類 2. 粉灰攪拌法（亦稱石灰柱法） 是粉體噴射攪拌法中的一種。原料為石灰粉，通過特制的攪拌機械將石灰粉加固料與原位軟土攪拌均勻，促使軟土硬結，形成石灰（土）樁。石灰樁的分類 塊灰灌入法（石灰樁法）采用鋼套管成孔，然后在孔中灌入新

5、鮮的生石灰塊，或在生石灰塊中摻入適量的水硬性摻合料。 粉灰攪拌法(石灰柱法）將石灰粉通過特制的攪拌機將石灰粉加固料攪拌均勻，促使軟土硬結，形成石灰柱 。石灰漿壓力噴注法采用壓力將石灰漿噴于地基土的孔隙內或者預先鉆好的孔內，使石灰漿在地基中擴散和硬結 。6.1 加固機理和適用范圍 石灰樁法加固機理1. 置換作用2. 吸水、升溫使樁間土強度提高膠凝、離子交換和鈣化作用使樁周土強度提高擠密作用排水固結作用加固層的減載作用6.1 加固機理和適用范圍 石灰樁法1. 置換作用 由于石灰樁樁體具有樁間土更大的強度（抗壓強度約0.51MPa），通過這種置換作用，形成復合地基，從而達到提高地基承載力和減小沉降的

6、目的。6.1 加固機理和適用范圍 石灰樁法2. 吸水、升溫使樁間土強度提高 軟粘土的含水量一般為4080，1Kg生石灰的消化反應要吸收0.80.9Kg的水，同時在理論上將放出1172kJ的熱量。 我國加摻和料的石灰樁，樁內溫度最高到200400攝氏度。樁間土的溫度升高滯后于樁體，在正常情況下，樁間土的溫度最高可達4050度，其土體產生一定的氣化脫水。 吸水和升溫脫水，從而使土體含水量下降，土體產生固結，孔隙減小，土體顆?？繑n擠密，加固區(qū)的地下水位也有一定的下降。樁間土的抗剪強度得到提高。6.1 加固機理和適用范圍 石灰樁法3. 膠凝、離子交換和鈣化作用使樁周土強度提高 石灰樁與樁間土之間能夠產

7、生離子交換。 生石灰吸水生成的Ca(OH)2一部分與土中二氧化硅和氧化鋁發(fā)生反應，生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等。 水化物對土體顆粒起膠結作用，使土聚集體積增大，并趨于緊密。 加固土體粘粒含量減少，說明顆粒膠結根本上變了土的結構，石灰樁體與四周土體接觸處形成硬殼體，提高了土的強度。且隨著齡期增加，強度也會逐漸提高。 1）成樁擠密作用 石灰樁施工時是由振動鋼管下沉成孔，使樁間土產生擠壓和排土作用，其擠密效果與土質、上覆壓力及地下水狀況等有密切關聯(lián)。一般地基土的滲透性愈大，打樁擠密效果越好；擠密效果地下水位以上比以下的要好。 2）膨脹擠密作用 石灰樁在成孔后貫入生石灰便吸水膨脹，使樁間土收到強大的擠

8、壓力，這對地下水位以下軟粘土的擠密起主導作用。測試結果表明：根據(jù)生石灰質量高低，在自然狀態(tài)下熟化后其體積可增加1.53.5倍，即體膨脹系數(shù)為1.53.5。4. 擠密作用6.1 加固機理和適用范圍 石灰樁法5. 排水固結作用 試驗分析結果表明，石灰樁樁體的滲透系數(shù)一般為10-510-3cm/s，亦相當于細砂。由于其樁間距較?。ㄒ话銥?3倍樁徑），水平排水路徑很短，具有較好的排水固結作用。從建筑物沉降記錄表明，建筑竣工開始，其沉降已基本穩(wěn)定。6.1 加固機理和適用范圍 石灰樁法6. 加固層的減載作用 石灰樁的密度為8kN/m，顯著小于土的密度，即使樁體飽和后，其密度也小于土的天然密度。當采用排土成

9、樁時，加固層的自重減小，作用在下臥層的自重應力顯著減小，即減小了下臥層頂面的附加應力。 采用不排土成樁時，對于雜填土和砂類土等，由于成孔擠密了樁間土，加固層的重量變化不大。對于飽和粘性土，成孔時土體將隆起或側向擠出，加固層的減載作用仍可考慮。6.1 加固機理和適用范圍 石灰樁法 石灰樁法1. 樁孔直徑的選用2. 填料選用3. 樁位布置和樁距設計4. 樁長設計5. 墊層6.布樁范圍的確定 7. 承載力計算6.2 設計6.2 設計 樁孔直徑根據(jù)工程地基條件和采用的施工方法和機具確定，一般選用300500mm。1. 樁孔直徑的選用2. 填料選用 石灰樁的材料以生石灰為主，生石灰選用現(xiàn)燒的并過篩，粒徑

10、一般為50mm以下，含粉量不得超過總重量的20，CaO含量不低于70，其中夾石或其他雜物不大于5。 摻和料優(yōu)先選用粉煤灰、火山灰、爐渣等工業(yè)廢料、生石灰與摻和料的配合比宜根據(jù)地質情況確定，生石灰與摻和料的體積比可選用1：1或1：2，對于淤泥、淤泥質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，摻加量為生石灰的3%10%。 石灰樁法6.2 設計3. 樁位布置和樁間距設計樁位布置：一般選用等邊三角形布置，也可采用正方形或矩形布置。樁間距一般選用樁孔直徑的2.53.5倍。具體尺寸應該根據(jù)復合地基承載力公式來計算。復合地基極限承載力的表達式為：式中： pcf為復合地基極限

11、承載力； Ppf為石灰樁極限承載力，由現(xiàn)場試驗確定選用值； 為樁間土強度發(fā)揮程度。 Psf為樁間土極限承載力，由試驗確定選用值。 （1） 石灰樁法6.2 設計3. 樁位布置和樁間距設計對于等邊三角形，復合地基置換率m表達式為：式中：S-樁孔中心距； d-樁孔直徑；（2） 石灰樁法6.2 設計3. 樁位布置和樁間距設計可得到等邊三角形布置的樁孔間距S，為類似，對于正方形布置的樁孔間距S，為 值得注意的是：石灰樁樁間距與樁間土強度有關。隨著樁間距增大，由于樁體的物理化學作用引起的樁間土強度的提高減弱，樁間土強度降低。在式（1）的應用中應該考慮這一點。 石灰樁法6.2 設計4. 樁長設計樁的長度取決

12、與石灰樁的加固目的和上部結構的條件（1）如果加固目的是為了形成一個壓縮小的墊層，則樁長可較小，一般可取24m。洛陽鏟成孔時不宜超過6m；機械成孔外投料時，樁長不宜超過8m；螺旋鉆成孔及管內投料時可適當增加。 （2）若加固目的是為了減少沉降，則就需要較長的樁。如果為了解決深層滑動問題，也需要較長的樁，保證樁身穿過滑動面。（3）根據(jù)加固區(qū)下臥層承載力要求和建筑物沉降來確定（4）取決于施工機具及施工工藝水平，一般小于8m。 石灰樁法6.2 設計式中 pz加固區(qū)下臥層頂面處附加壓力（kPa） pcz加固區(qū)下臥層頂面處自重壓力（kPa） faz加固區(qū)下臥層頂面經深度修正后的地基承載力特征值（kPa），宜

13、通過試驗確定。 下臥土層承載力： 石灰樁法6.2 設計式中 Ec 復合地基壓縮模量； m 復合地基置換率； Ep石灰樁樁體壓縮模量； Es 樁間土壓縮模量。 建筑物沉降量控制： 石灰樁法6.2 設計 （1）當?shù)鼗枰潘ǖ罆r，可在樁頂以上設200300mm厚的砂石墊層。 因為石灰樁屬可壓縮性樁，一般情況樁頂可不設墊層。其滲透系數(shù)一般為10-510-3cm/s，可作為排水通道。 （2）石灰樁宜留500mm，以上的孔口高度，并用含水量適當?shù)恼承酝练饪?，封口材料務必夯實?. 墊層 石灰樁加固范圍宜大于基礎寬度，當大面積滿堂布樁時，一般在基礎外緣增布12排石灰樁。6. 布樁范圍的確定 石灰樁法6.

14、2 設計 （1）復合地基承載力特征值不宜超過160MPa，當土質較好且采取保證樁身強度的措施時，經過試驗后可適當提高。 （2）其復合地基承載力特征值應通過單樁或多樁復合地基載荷試驗確定。 （3）初步設計時可按一般散體材料樁的復合地基承載力公式估算：7. 承載力計算 石灰樁法6.2 設計石灰樁的施工工藝 先用人工或者機械成孔后，再填料夯實、封頂。自上而下成孔、自下而上夯實成柱。 施工工序 一般是先外排后內排，先周邊后中間，單排樁應先施工兩端后中間，并按每間隔1-2孔的施工順序進行，不得由一邊向另一邊平行推進，以免樁擠向一邊。石灰樁成孔方法： 包括人工挖孔成樁、沖擊法成樁、螺旋鉆進法成樁、沉管法成

15、樁、爆擴法成樁5種施工工藝。人工挖孔成樁：一般采用人工洛陽鏟成孔，適用于一般黏性土、淤泥、淤泥質土。洛陽鏟法沖擊法成樁：適用于沖擊鉆機成孔。 使用沖擊鉆機將0.6-3.2t錐形鉆頭提升0.5-2.0m高度后自由落下，反復沖擊，使土層成孔。成孔孔徑大，孔深不受機架高度限制。螺旋鉆進法成樁：螺旋鉆進發(fā)成樁是一種干式鉆進方法，特點是用螺旋鉆桿不斷將土輸送到地面，不使用沖洗液，鉆進效率高?？煞譃椋洪L螺旋鉆進法和套管式螺旋鉆進法。 長螺旋鉆進法 可以深孔鉆進，但是孔壁不能自立的土中不能使用。套管式螺旋鉆進法 適用于不穩(wěn)定的塌孔地層，最深可以達到35m。套管式螺旋鉆進法沉管法成樁： 包括震動沉管法和沖擊沉

16、管法 。優(yōu)點：成孔孔壁光滑，擠密效果和施工工藝都較于控制和掌握。缺點：最大空深受到樁架限制，一般不超過8m.爆擴法成樁 包括藥眼法（適用于含水量不大于22%的土層）和藥管法（適用于含水量較大的土層）。 石灰樁投料石灰樁的投料方法有：管外投料法，管內投料法和挖孔投料法。1.管外投料法 先拔管再投料。生石灰和摻合料中的水分發(fā)生反應，生石灰體積膨脹，極易發(fā)生堵管現(xiàn)象。 優(yōu)點：管外投料法避免了堵管。 缺點：軟土中成孔，拔管時易發(fā)生塌孔或縮孔現(xiàn)象。 工藝流程：樁機定位-沉管-提管-填料-壓實-再提管-再填料-再壓實-成樁。 2.管內投料法 適用于地下水位較高的軟土地區(qū)。從管體投料口投料再拔管。. 3.挖

17、孔投料法 洛陽鏟成孔。對周圍環(huán)境影響小。震動小、噪聲低。經濟可靠，適用范圍廣。 施工注意質量問題1 頸縮或坍孔： 石灰樁應打一孔填一孔，若土質較差，夯填速度較慢，宜采用間隔打法，以免因振動、擠壓，造成相鄰樁孔出現(xiàn)頸縮或坍孔。 控制拔管速度，一般為0.8-1.0m/min。 2 生石灰失效影響擠密： 石灰樁不宜雨期施工?，F(xiàn)場存料不得超過2d，應隨運隨施工。 樁位按梅花形布置。 出現(xiàn)軟心應重復灌注石灰或加打砂樁。 供應新鮮石灰，不得受潮，保證投料量150-160kg/m。 適當控制加荷時間，應使石灰樁達到一個月左右的硬化期。 3 漏鉆、漏填灰、漏夯、欠夯、樁體松： 施工中應加強質量監(jiān)控，每次填灰厚度、落錘高度、錘擊數(shù)要符合規(guī)定，以防止出現(xiàn)漏鉆、漏填灰、