深層攪拌石灰樁法在公路軟地基加固處理中的應(yīng)用_工程管理

1、深層攪拌石灰樁法在公路軟地基加固處理中的應(yīng)用從樁間土和樁身兩個方面具體分析了石灰樁加固軟地基的機(jī)理，并介紹了該方法相宜的地質(zhì)條件，結(jié)合工程實際，對施工工藝及施工過程中的留意事項進(jìn)行了詳細(xì)論述。大路作為一種線性帶狀的特別人工建筑，不行避開的要經(jīng)過不同的地質(zhì)地區(qū)。在我國沿江、沿海、沿湖等處廣泛分布著軟土，軟地基含水量高、空隙比大、壓縮性大、承載力量低，簡單產(chǎn)生地基滑動和過大沉降或不勻稱沉降等地基破壞事故。在軟地基上修建大路，選擇合理的軟地基處理方案對施工進(jìn)度、施工費(fèi)用、以及以后的平安運(yùn)行都起著非常重要的作用。1 石灰樁的加固原理石灰攪拌樁是靠石灰與土之間發(fā)生一系列的物理化學(xué)反應(yīng)而形成強(qiáng)度的，不同的

2、土質(zhì)會產(chǎn)生不同的加固效果。深層攪拌石灰樁施工時通過機(jī)械攪拌，鉆進(jìn)時噴射壓縮空氣，使預(yù)備加固的土在原位受到擾動。鉆進(jìn)到設(shè)計標(biāo)高后，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、水穩(wěn)性和肯定強(qiáng)度的石灰土樁，加固深度可以達(dá)到20m。生石灰在土壤中與水結(jié)合的反應(yīng)式CaO+H2OCa(OH)2+熱量Ca(OH)2+CO2CaCO3由分子式可知，石灰水化汲取了大量水分，并產(chǎn)生大量的熱量，引起土中水分蒸發(fā)，使土壤含水量降低，有利于土壤的排水固結(jié)。生石灰水化過程中，體積膨脹約為原來的2倍，在這個過程中樁周土顆粒

3、受到擠壓而使土壤密實度增大，這就是所謂的膨脹擠密作用，這使得非飽和土擠實，飽和土排水固結(jié)。Ca(OH)2與土中的CO2反應(yīng)生成強(qiáng)度較高的CaCO3，使樁體承載力大大增加。上述化學(xué)反應(yīng)主要發(fā)生在生石灰與土壤強(qiáng)制攪拌混合后的數(shù)小時內(nèi)，是石灰對軟粘土的早期基本作用。熟石灰與粘土顆粒中的活性硅鋁礦物進(jìn)一步緩慢的發(fā)生化學(xué)作用，反應(yīng)過程中又汲取熟石灰漿中的水分，形成一種簡單的不溶于水的、將土顆粒粘結(jié)在一起的硅酸鹽及硅酸鈣凝膠，轉(zhuǎn)變了粘土的結(jié)構(gòu)。硅酸鈣凝膠起到包裹和聯(lián)絡(luò)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)系得很堅固，大大改善了土的物理力學(xué)性質(zhì)，進(jìn)一步發(fā)揮石灰固化劑的強(qiáng)化作用。這一過程將持續(xù)數(shù)

4、年，是石灰對軟土的后期加固作用。通過對一些施工過程中的石灰攪拌樁觀測發(fā)覺，施工期間樁體含水量總是很高，直觀上表現(xiàn)為樁頂?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)大于樁間土。由于樁身材料拌和不勻稱，以及協(xié)作比、摻和料不同，樁體的滲透系數(shù)一般在在4.07×10-310-5cm/s之間，相當(dāng)于粉砂、細(xì)砂的滲透系數(shù)，比粘土、亞粘土的滲透系數(shù)大10倍至100倍，因此樁身排水固結(jié)作用較好。生石灰加固軟地基后，石灰攪拌樁與未加固部分地基形成復(fù)合地帶。復(fù)合地基的強(qiáng)度包括攪拌樁樁體的強(qiáng)度和樁周上粘聚力增加后的強(qiáng)度，攪拌樁與四周地基相比具有更高的抗剪強(qiáng)度。與攪拌樁相鄰的樁周上，由于拌和時產(chǎn)生的高

5、溫柔分散反應(yīng)形成厚度達(dá)數(shù)厘米的高度硬殼，此硬殼的存在會阻礙攪拌樁的吸水和排水，尤其是后期排水，但在施工期內(nèi)該硬殼尚未形成，排水作用可以發(fā)揮的。石灰攪拌樁加固后的地基，樁體強(qiáng)度高于樁間土。因此，在工程結(jié)構(gòu)載荷和車輛載荷作用下，土體被壓縮，承載力主要靠樁體擔(dān)當(dāng)。由于土相對于樁有向下滑動的趨勢，樁面對樁周土產(chǎn)生一向上的摩擦阻力，故靠近樁周土的壓力值為向下的施工載荷值與向上的摩擦力兩部分之和。因此，靠近樁邊的土擔(dān)當(dāng)?shù)膲毫ψ钚?，樁間地基土應(yīng)力下降，而攪拌樁樁體產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。2 石灰樁相宜的地質(zhì)條件軟粘土的礦物成分中，主要為高嶺土、伊利土和蒙脫土，而從結(jié)構(gòu)、能量和成分三個方面又能說明蒙脫土最簡單與石灰

6、發(fā)生反應(yīng)，例如對于淤泥質(zhì)粘土土樣用X射線衍射礦物分析，穩(wěn)定性好的礦物石英含量在40%以上，高嶺土和伊利土的含量為40%，把其中一段大氣干燥的淤泥粘土石灰攪拌樁鉆取試樣放入水中，約一個小時就完全崩解為泥漿，速度和一般粘土非常接近，說明白這類粘土恰恰缺少蒙脫土類粘土礦物，石灰較難與土發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不能大量生成碳酸鈣等膠結(jié)物，致使石灰攪拌樁強(qiáng)度變低，這也揭示了石灰攪拌樁相宜于蒙脫土類礦物含量粘土地基。3 施工工藝及留意事項由于石灰樁的膨脹擠密效應(yīng)和排水固結(jié)作用，石灰樁在設(shè)計過程中應(yīng)采納 小樁徑、密布樁的原則。石灰樁常用樁徑為250400mm，最常用的樁徑為300mm，石灰樁的加固深度、樁間距應(yīng)經(jīng)穩(wěn)定

7、驗算、沉降驗算確定，并滿意工后沉降要求。相鄰樁的凈距應(yīng)4.0倍樁徑。用石灰樁處理軟地基時，應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定驗算和沉降計算。石灰樁施工工藝分管內(nèi)成樁和管外成樁兩種工藝，一般多采納管內(nèi)成樁，在此簡述管內(nèi)成樁工藝。管內(nèi)成樁是指用人工或機(jī)械成孔后，再填料夯實、封頂、自上而下成孔、自下而上填夯成樁。它包括人工挖孔成樁、沖擊法成樁、螺旋鉆成樁、沉管法成樁、爆擴(kuò)法成樁等施工方法。工藝流程為：樁機(jī)就位-成孔至設(shè)計深度-填料-夯壓實-封頂-完成-根樁的施工。石灰樁施工的要點(diǎn)主要有以下幾個方面：(1)樁體材料的選擇。構(gòu)成樁體的主材是生石灰和粉煤灰，生石灰的活性CaO應(yīng)大于85%，灰塊直徑以5cm左右為宜，粉灰含量應(yīng)小于

8、20%，矸石含量小于5%;粉煤灰為SiO2、Al2O3活性元素含量較高的新奇粉煤灰，含水量應(yīng)小于40%。(2)按合適的比例對樁體材料進(jìn)行配比。在孔底有余水殘漿時，樁端0.5m灰比為1：1，0.5m以上樁體為1：2，樁端增加灰比解決了樁身密實度和施工平安，但留下了人為的脆弱樁段，因此，在樁端0.5m摻入5%7%的水泥，亦可消退人為膏化段。(3) 留意防止施工中地表水和接近水源滲透進(jìn)入石灰樁身。(4) 打樁挨次應(yīng)當(dāng)“先外排后內(nèi)排，先周邊后中間”的原則，對單排樁應(yīng)采納“先兩端后中間”的施工方式。樁機(jī)行駛路線宜采納前進(jìn)式，并采納兩遍跳打方式。(5) 對填料和樁身密實應(yīng)留意：填料量宜為樁孔體積的1.52

9、.0倍，算料時按米計算;如有摻合料時，應(yīng)按設(shè)計協(xié)作比與生石灰拌勻;填料前應(yīng)消退樁孔內(nèi)的雜物和積水，在軟土中施工宜在孔中先灌入50cm厚的砂;采納夯擊時，應(yīng)分段夯填，每段高度50100cm，由成樁試驗打算。(6) 石灰樁填夯后必需馬上用粘土等材料壓實封頂，以增加上覆壓力，防止地表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現(xiàn)象。封頂長度一般1.0m，且必需夯實或壓實。(7)實踐表明，為避開生石灰在地下水比較豐富的地區(qū)產(chǎn)生弱心點(diǎn)，摻入適量(石灰用量的10%)的粗砂及少量(石灰用量的3%)的水泥可以避開這種問題。緣由是摻入粗砂，可有效的填充生石灰塊間空隙，增加生石灰體積膨脹對土體的擠密作用。(

10、8)為了防止生石灰在地下水豐富地區(qū)消化速度過快，導(dǎo)致在施工成樁過程中沖出孔外，可選用過火生石灰。另外，施工時樁頭應(yīng)預(yù)留200mm左右的長度，填充爛泥，防止生石灰膨脹擠出樁孔。(9) 澆灌基礎(chǔ)應(yīng)在石灰樁達(dá)到肯定強(qiáng)度后進(jìn)行，一般為一月。4 樁體強(qiáng)度的影響因素4.1 生石灰的劑量不同的生石灰劑量對各種土的單軸抗壓強(qiáng)度均有影響。在同一生石灰含量的條件下，不同的土類具有明顯不同的抗壓強(qiáng)度。室內(nèi)試驗表明：當(dāng)生石灰含量在6%18%的范圍內(nèi)變化時，石灰攪拌樁仍保持原來土壤的特性;不同土性的石灰粉滲入量各有最佳滲入量區(qū)間，大于或小于這一區(qū)間的滲入量，都得不到經(jīng)濟(jì)的加固效果。生石灰的膨脹力與生石灰的含量成正比，但

11、膨脹應(yīng)力的大小，則與生石灰有效含鈣量、約束力的大小和方向、熟化的快慢有關(guān)，如采納有效氧化鈣含量為85%89%的生石灰，讓其在近似完全約束的條件下熟化，測得其軸向膨脹力最高可達(dá)11.6Mpa，隨著四周約束的放松，軸向膨脹力急劇減小，膨脹力所做的功轉(zhuǎn)化為四周土變形位能而趨于平衡?？傊?，對于一般的地基，特殊是軟土，當(dāng)生石灰用量超過肯定界限時，其約束力量肯定不行能阻擋生石灰攪拌樁的膨脹，巨大的膨脹力必將在相當(dāng)范圍內(nèi)傳布，這就是石灰攪拌樁真經(jīng)增大的緣由。4.2 軟粘土的含水量石灰攪拌樁的強(qiáng)度能否形成和強(qiáng)度凹凸，與軟粘土的含水量有關(guān)。生石灰轉(zhuǎn)變?yōu)槭焓乙约斑B續(xù)水化，都要汲取和蒸發(fā)軟粘土中的水分。因此，必需要有足夠的水供生石灰水化，否則無法形成強(qiáng)度。另一方面，水又不能太多，以使處于飽和狀態(tài)的軟粘土能因脫水而轉(zhuǎn)變成三相狀態(tài)，軟土中的空氣才能為碳酸化反應(yīng)供應(yīng)足夠的二氧化碳，從而形成使灰土反應(yīng)生成有肯定強(qiáng)度的膠結(jié)物質(zhì)條件，形成較高的強(qiáng)度。由于石灰攪拌樁中的水分在強(qiáng)度形成中得到消耗，灰土含水量會大幅度削減，甚至由流淌狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛菜苣酥翀杂矤顟B(tài)，從而提高石灰土的強(qiáng)度。4.3 施工方法另外值得留意的是， 施工過程中所采納的施工方法對樁體的強(qiáng)度也有很大的影響。實踐表明，施工中采納復(fù)攪和不復(fù)攪方法相比，復(fù)攪的樁體強(qiáng)度比不復(fù)攪的樁