土桩灰土桩石灰桩

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1、河南理工大学土木工程学院,地基处理技术,挤密桩法,compaction pile,Technical of Soil Improvement,第5章 挤密桩法,5.1 砂石桩法 5.2 石灰桩法 5.3 土挤密桩法和灰土挤密桩法 5.4 夯实水泥土法 5.5 水泥粉煤灰碎石桩法,5.2 石灰桩法,5.2.1 概述 5.2.2 加固机理 5.2.3 设计计算 5.2.4 施工 5.2.5 质量检验,1)灰土桩：以消石灰和土（粉煤灰或矿渣）为桩体材料，成孔夯实并挤密桩周形成复合地基。 2）石灰柱(喷粉桩）：通过特殊的搅拌机将石灰粉与原位软土搅拌均匀，促使软土硬结，形成石灰柱。 3）石灰浆压力喷注法

2、：压力注浆的一种。,一. 概述,石灰桩：成孔后，孔中加入生石灰块，或石灰块中掺入水硬性材料和火山灰。在拔管的同时进行振密，捣密。利用生石灰的的水化反应（吸水，膨胀，发热，离子交换），使桩周土体的含水量降低，孔隙比减小.,石灰桩的定义,石灰桩：将不同比例的生石灰与粉煤灰等掺合料，拌合和均匀，在孔内夯实形成竖向增强体，并与桩间土组成复合地基的处理方法。石灰桩属可压缩的低粘结强度桩。 由于生石灰与地基中的水，土产生一系列物理化学作用，改善桩体周围土体的物理力学性质，从而使桩间土与桩体形成复合地基，达到地基加固的目的。,适用于处理杂填土、素填土、一般粘性土、淤泥质土以及透水性小的粉土。 适用于道路、码

3、头、铁路、软弱地基的加固工程及托还工程和基坑支护工程。,1）生石灰的水化反应及其特性 1.反应过程吸收大量水分: 生石灰的吸水量包括两部分，一部分是CaO水化所需的水量，另一部分是生石灰的水化产物Ca(OH)2的孔隙吸水量。 2.生石灰的水化反应为放热反应: 所放热量可使地基土温度提高，产生汽化脱水现象，降低地基土的含水量，从而减少土的孔隙比，增加土的密实度。 3.生石灰水化反应中伴随有体积的显著增大: 水化过程中，由于固相体积和孔隙体积的增大，生石灰水化后可膨胀到原体积的1.53.5倍。,二.石灰桩的加固机理,2）可从桩间土、桩身和复合地基三个方面分析 1)桩间土 a.成孔挤密作用 采用振动

4、沉管法成孔，会对桩间土产生挤密效果。但对灵敏度高的饱和软粘土，成桩过程会破坏土的原状结构，降低土的强度。 b.吸水作用：实践证明，1kg纯氧化钙消化成为熟石灰可吸水0.32 kg。对石灰桩桩体，在一般压力下吸水量约为6570。根据石灰桩吸水总量等于桩间土降低的水总量，可得出软土含水量的降低值。 c.膨胀挤密：生石灰具有吸水膨胀作用，在压力50100kPa时，膨胀量为2030。膨胀的结果使桩周土挤密。,d.发热脱水：1kg氧化钙在水化时可产生280卡热量，桩身温度可达200-300度。使土产生一定的气化脱水，从而导致土中含水量下降、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的下降。

5、 e.离子交换：软土中钠离子与石灰中的钙离子发生置换，改善了桩间土的性质，并在石灰桩表层形成一个强度很高的硬层。 f.置换作用：软土为强度较高的石灰桩所代替，从而增加复合地基承载力。 g.减载作用：石灰桩的搀和料为轻质的粉煤灰或炉渣，生石灰的重度约为10kN/m3，石灰桩身饱和后的重度为13kN/m3，因此，当采用洛阳铲或螺旋钻成孔，将桩位处原土取出，换成石灰桩体，并在土中形成大量密集分布的桩体，相当于以轻质的石灰桩置换土，复合土层的自重减轻，置换率越大，则减载作用越明显。由此可减少桩底下卧层软弱土层的附加应力，对减少软土变形有一定作用。,2) 桩身加固机理 生石灰桩本身具有一定的强度和刚度，

6、可以提高地基的承载力和改善地基的变形特性。另外要防止出现“软心”现象。 如何克服软心： a.必须要求石灰桩具有一定的初始密度，而且吸水过程中有一定的压力，限制其自由胀发。 b.加大充盈系数，提高石灰含量或缩短桩距，进一步约束桩的胀发。 c.桩顶采用粘土封顶，可限制石灰膨胀而隆起。 d.采用掺和料,也可防止软心。,3) 复合地基 石灰桩复合地基承载力由三部分组成： 桩身强度； 桩间土； 桩周形成的硬壳层。通过提高桩身强度、增加桩间土的加固效果都可以提高复合地基承载力。,问题1：石灰桩对软弱土的加固机理可分为物理加固和化学加固两个作用，下列属于物理加固作用的是（ ）。 A、吸水作用； B、膨胀挤密

7、作用；C、桩身置换作用； D、离子交换作用； E、凝胶作用；F、反应热作用；,问题2：对软土采用石灰桩处理后，石灰桩外表层会形成一层强度很高的硬壳层，这主要是由（ ）起的作用。 A、吸水膨胀；B、离子交换； C、反应热； D、碳酸反应；,石灰桩的技术特点： 1.能够使软土迅速固结。即使是松散的新填土，在加固范围内成桩后7-28天基本完成固结。 2.可大量使用工业废料，具有显著社会效益。 3.节约钢材，水泥，造价低廉。 4.设备简单，可就地取材，便于推广。 5.施工速度快。 6.人工挖孔施工无振动和噪声，可在狭窄的空间内施工。 7.国内受设备限制，大多采用6m内以内的浅层加固。,三. 石灰桩的设

8、计计算,石灰桩的设计以经验为主，无经验要进行试桩 桩径，桩位及布置： 石灰桩成孔直径应根据设计要求及所选用的成孔方法确定，常用300400mm，可按等边三角形或矩形布桩，桩中心距可取23倍成孔直径。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70kPa时，宜在基础以外布置12排围护桩。 2.桩长： 取决于加固目的，上部结构条件及成孔机具。 对于变形要求高的建筑物地基，宜达到计算压缩层底部； 对用于地基稳定目的的石灰桩，应穿过可能的滑动面； 应满足软弱下卧层承载力要求，并使复合地基沉降控制在容许值之内。,3.桩体材料： 石灰桩的主要固化剂为生石灰，掺合料宜优先选用粉煤灰、火山灰、炉渣等

9、工业废料。生石灰与掺合料的配合比宜根据地质情况确定，生石灰与掺合料的体积比可选用11或12，对于淤泥、淤泥质土等软土可适当增加生石灰用量，桩顶附近生石灰用量不宜过大。当掺石膏和水泥时，掺加量为生石灰用量的3%10%。 4.垫层： 当地基需要排水通道时，可在桩顶设200-300mm的砂石垫层。 5.石灰桩复合地基的承载力特征值： 不宜超过160kpa，当土质较好并采取保证桩身强度的措施，经过试验后可以适当提高。,a. 现场荷载试验法 b. 公式计算方法,桩身强度fpk:现场单桩静荷载试验或静力触探试验确定，初步设计时fpk300450kPa。 桩间土强度fsk ：取天然地基承载力特征值的1.05

10、1.20倍，土质软弱或置换率大时取高值. 面积置换率n: 桩面积按1.11.2倍成孔直径计算，土质软弱时宜取高值。,6.沉降计算： 处理后地基变形应按现行的国家标准建筑地基基础设计规范GB 50007有关规定进行计算。变形经验系数s可按地区沉降观测资料及经验确定 石灰桩复合土层的压缩模量宜通过桩身及桩间土压缩试验确定，初步设计时可按下式估算：,Esp：复合土层的压缩模量（MPa）； a:系数，可取1.11.3，成孔对桩周土挤密效应好或置换率大时取高值： n：桩土应力比，可取34，长桩取大值。 Es：天然上的压缩模量（MPa）；,四. 石灰桩的施工,1）材料: 石灰桩的材料以生石灰为主。MgO含

11、量小于或等于5的生石灰称为钙质生石灰，大于5的称为镁质生石灰。钙质生石灰水化反应能力大，反应速度快。 石灰桩不推采用纯生石灰，应掺人一定的掺舍料，一般掺舍料用量控制在30-50(重量比)范围内，使用掺和料的目的一方面是为了减少石灰用量，降低造价，更主要的是通过石灰与掺台料的化学反应提高桩身强度，掺和料常用有粉煤灰 炉渣、矿渣、松散的亚粘土等。掺合料含水量宜在20-40 ，便于夯实,1. 成桩,人工挖孔成桩、冲击法成桩、螺旋钻进法成桩、沉管法成桩、爆扩法成桩等5种施工工艺,a.人工挖孔成桩 一般多采用人工洛阳铲成孔，适用于一般粘性土、淤泥质土和淤泥。 b.冲击法成桩 应用冲击转机将一定质量的钻头

12、，以0.52m的高度周期地冲击土层，每次冲击之后，钻头在钢丝绳带动下回转一定的角度，从而形成一个规整的圆形断面钻孔。,2）成桩工艺 1.管内成桩工艺 管内成桩工艺是指用人工或机械成孔后，再填料夯实、封顶，自上而下成孔、自下而上夯填成桩。,c.螺旋钻进法成桩,螺旋钻进法是一种干式回转钻进方法，特点是用螺旋钻杆不断地将土屑输送到地表，不使用冲洗液，符合石灰桩的施工要求，钻进效率高。 长螺旋钻进法 可以深孔钻进，但孔壁不能自立的土中无法适用。 套管式螺旋钻进法 适用于不稳定易塌孔的地层，最深可达35m。,d.沉管法成桩,沉管法包括振动沉管法和锤击沉管法 优点：沉管法成孔的孔壁光滑规整，挤密效果和施工

13、技术都较容易控制和掌握 缺点：最大成孔深度受桩架高度限制，一般不超过8m,e.爆扩法成孔,药眼法,适用于含水量不超过22的土层,药管法,适用于含水量较大的土层,管外成桩工艺,2. 施工要点及顺序,进行成桩试验和材料配合比试验，确定合理的成桩参数，并制定施工组织设计； 防止地表水和邻近水源渗透浸入石灰桩身； 打桩顺序按“先外排后内排，先周边后中间”的原则，单排采用“先两端后中间”顺序。,要严格控制填料量和材料质量，掺和材料严格按配合比与生石灰搅拌均匀。 成桩后应立即用粘土或混凝土等材料压实封顶，防止地表水流入桩身和防止石灰桩因水化过分激烈而引起桩孔喷料。 基础施工应在石灰桩达到一定强度后进行。

14、注意施工安全，防止石灰桩喷料伤人。,五 质量检验,一、桩身质量检验 检查桩径、桩的外观、桩身材料分布、桩身密实度等 静力触探、轻便触探、标贯试验测定桩身质量 荷载试验 二、桩间土检验 静力触探、标贯试验、轻便触探、旁压试验等原位测试手段，同时钻孔取样进行室内土工试验，测定加固后的各项指标变化。 三、复合地基质量检验 采用现场单桩或多桩复合地基荷载试验,5.3 土挤密桩和灰土挤密桩,5.3.1 概述 5.3.2 加固机理 5.3.3 设计计算 5.3.4.施工 5.3.5 质量检验,一. 概述,灰土挤密桩或土挤密桩通过成孔过程中的横向挤压作用，桩孔内的土被挤向周围，使桩间土得以挤密，然后将备好的

15、灰土或素土（粘性土）分层填入桩孔内，并分层捣实至设计标高。 用灰土分层夯实的桩体，称为灰土挤密桩；用素土分层夯实的桩体，称为土挤密桩。二者分别与挤密的桩间土组成复合地基，共同承受基础的上部荷载。 灰土挤密桩法和土挤密桩法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基，可处理地基的深度为515m。当以消除地基土的湿陷性为主要目的时，宜选用土挤密桩法。当以提高地基土的承载力或增强其水稳性为主要目的时，宜选用灰土挤密桩法。当地基土的含水量大于24、饱和度大于65时，不宜选用灰土挤密桩法或土挤密桩法。,【例题-1】下列哪些地基土适合采用灰土挤密桩法处理? (A)地下水位以上的湿陷性黄土、素填

16、土和杂填土 (B)湿陷性黄土、素填土和杂填土 (C)以消除地基土的湿陷性为主要目的的地下水位以上的湿陷性黄土 (D)以提高地基土的承载力或增强其水稳性为主要目的的地下水位以上的湿陷性黄土 (E)地基土的含水量小于24的湿陷性黄土,【例题-2】下列哪些地基土适合采用土挤密桩法处理? (A)地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土 (B)湿陷性黄土、素填土和杂填土 (C)以消除地基土的湿陷性为主要目的的地下水位以上的湿陷性黄土 (D)以提高地基土的承载力或增强其水稳性为主要目的的地下水位以上的湿陷性黄土 (E)地基土的含水量小于24的湿陷性黄土,二. 加固机理,1.挤密作用 土中成孔时，桩孔内原有土体被强制侧向挤出，使桩间土一定范围内的土层受到挤压、使桩周一定范围内的土层密实度提高。,2.灰土性质作用 灰土桩：石灰与土按一定体积比例拌和，并在桩孔内夯实加密后形成的桩。 3.桩体作用 灰土桩的变形模量远大于桩间土的变形模量，基底下桩可分担近一半荷载，产生应力集中，消除