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(jī)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(jìn)行振密或夯實(shí)而形成的石灰樁樁體，該樁體與經(jīng)過(guò)改良后的樁周土共同承擔(dān)上部建筑物載荷。 屬?gòu)?fù)合地基中的低粘結(jié)強(qiáng)度的柔性樁 石灰樁法 6.1 加固機(jī)理和適用范圍 6.1 加固機(jī)理和適用范圍 石灰樁法發(fā)展歷史 我國(guó)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(shí)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(jì)中葉，不論在我國(guó)還是國(guó)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(shí)作為路基和房基；或?qū)⑸抑苯油度胲浲翆樱媚竞缓粚?shí)，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(jīng)吸水膨脹形成樁體，其深度一般在300500mm。6.1 加固機(jī)理和適用范圍 石灰樁法發(fā)展歷史 我國(guó)與1953年開(kāi)始對(duì)石灰樁進(jìn)行了研究，當(dāng)時(shí)天津大學(xué)與天津市等單位對(duì)生石灰的基本性質(zhì)、加固機(jī)理、設(shè)計(jì)和施工等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，由于當(dāng)時(shí)的條件，施工系手工操作，樁徑僅100200mm，長(zhǎng)度僅2m，又因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)樁中心軟弱等問(wèn)題，所以工作未能繼續(xù)。1975年1980年間，北京鐵路局勘測(cè)設(shè)計(jì)所、同濟(jì)大學(xué)等單位進(jìn)行了石灰樁與其它加固方法對(duì)比試驗(yàn)研究，證

3、明了石灰樁的良好加固效果。6.1 加固機(jī)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(shè)計(jì)院對(duì)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(jìn)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(dá)3萬(wàn)m2，取得了較好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果； 其后浙江省建筑科學(xué)研究所與湖北省建筑科學(xué)研究院等單位相繼展開(kāi)了試驗(yàn)研究和工程實(shí)踐應(yīng)用，都作出了卓有成就的工作。6.1 加固機(jī)理和適用范圍 石灰樁法發(fā)展歷史 在國(guó)外，60年代期間，德、美、英、法、原蘇聯(lián)、日、瑞典、澳大利亞等國(guó)紛紛開(kāi)展石灰加固軟基的研究和應(yīng)用，現(xiàn)代化機(jī)械施工加大了樁長(zhǎng)的應(yīng)用，拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域。6.1 加固機(jī)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(nèi)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(shí)進(jìn)行振密和擠密。利用生石灰吸取樁周土體中水分進(jìn)行水化反應(yīng)，此時(shí)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(jī)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(guò)特制的攪拌機(jī)械將石灰粉加固料與原位軟土攪拌均勻，促使軟土硬結(jié)，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(guò)特制的攪拌機(jī)將石灰粉加固料攪拌均勻，促使軟土硬結(jié)，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(nèi)或者預(yù)先鉆好的孔內(nèi)，使石灰漿在地基中擴(kuò)散和硬結(jié) 。6.1 加固機(jī)理和適用范圍 石灰樁法加固機(jī)理1. 置換作用2. 吸水、升溫使樁間土強(qiáng)度提高膠凝、離子交換和鈣化作用使樁周土強(qiáng)度提高擠密作用排水固結(jié)作用加固層的減載作用6.1 加固機(jī)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(qiáng)度（抗壓強(qiáng)度約0.51MPa），通過(guò)這種置換作用，形成復(fù)合地基，從而達(dá)到提高地基承載力和減小沉降的

6、目的。6.1 加固機(jī)理和適用范圍 石灰樁法2. 吸水、升溫使樁間土強(qiáng)度提高 軟粘土的含水量一般為4080，1Kg生石灰的消化反應(yīng)要吸收0.80.9Kg的水，同時(shí)在理論上將放出1172kJ的熱量。 我國(guó)加摻和料的石灰樁，樁內(nèi)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(dá)4050度，其土體產(chǎn)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(chǎn)生固結(jié)，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(qiáng)度得到提高。6.1 加固機(jī)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(qiáng)度提高 石灰樁與樁間土之間能夠產(chǎn)

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(yīng)，生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等。 水化物對(duì)土體顆粒起膠結(jié)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(shuō)明顆粒膠結(jié)根本上變了土的結(jié)構(gòu)，石灰樁體與四周土體接觸處形成硬殼體，提高了土的強(qiáng)度。且隨著齡期增加，強(qiáng)度也會(huì)逐漸提高。 1）成樁擠密作用 石灰樁施工時(shí)是由振動(dòng)鋼管下沉成孔，使樁間土產(chǎn)生擠壓和排土作用，其擠密效果與土質(zhì)、上覆壓力及地下水狀況等有密切關(guān)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(qiáng)大的擠

8、壓力，這對(duì)地下水位以下軟粘土的擠密起主導(dǎo)作用。測(cè)試結(jié)果表明：根據(jù)生石灰質(zhì)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(jī)理和適用范圍 石灰樁法5. 排水固結(jié)作用 試驗(yàn)分析結(jié)果表明，石灰樁樁體的滲透系數(shù)一般為10-510-3cm/s，亦相當(dāng)于細(xì)砂。由于其樁間距較小（一般為23倍樁徑），水平排水路徑很短，具有較好的排水固結(jié)作用。從建筑物沉降記錄表明，建筑竣工開(kāi)始，其沉降已基本穩(wěn)定。6.1 加固機(jī)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(dāng)采用排土成

9、樁時(shí)，加固層的自重減小，作用在下臥層的自重應(yīng)力顯著減小，即減小了下臥層頂面的附加應(yīng)力。 采用不排土成樁時(shí)，對(duì)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(duì)于飽和粘性土，成孔時(shí)土體將隆起或側(cè)向擠出，加固層的減載作用仍可考慮。6.1 加固機(jī)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(shè)計(jì)4. 樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)5. 墊層6.布樁范圍的確定 7. 承載力計(jì)算6.2 設(shè)計(jì)6.2 設(shè)計(jì) 樁孔直徑根據(jù)工程地基條件和采用的施工方法和機(jī)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(guò)篩，粒徑

10、一般為50mm以下，含粉量不得超過(guò)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(zhì)情況確定，生石灰與摻和料的體積比可選用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(guò)大。當(dāng)摻石膏和水泥時(shí)，摻加量為生石灰的3%10%。 石灰樁法6.2 設(shè)計(jì)3. 樁位布置和樁間距設(shè)計(jì)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(yīng)該根據(jù)復(fù)合地基承載力公式來(lái)計(jì)算。復(fù)合地基極限承載力的表達(dá)式為：式中： pcf為復(fù)合地基極限

11、承載力； Ppf為石灰樁極限承載力，由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定選用值； 為樁間土強(qiáng)度發(fā)揮程度。 Psf為樁間土極限承載力，由試驗(yàn)確定選用值。 （1） 石灰樁法6.2 設(shè)計(jì)3. 樁位布置和樁間距設(shè)計(jì)對(duì)于等邊三角形，復(fù)合地基置換率m表達(dá)式為：式中：S-樁孔中心距； d-樁孔直徑；（2） 石灰樁法6.2 設(shè)計(jì)3. 樁位布置和樁間距設(shè)計(jì)可得到等邊三角形布置的樁孔間距S，為類似，對(duì)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(qiáng)度有關(guān)。隨著樁間距增大，由于樁體的物理化學(xué)作用引起的樁間土強(qiáng)度的提高減弱，樁間土強(qiáng)度降低。在式（1）的應(yīng)用中應(yīng)該考慮這一點(diǎn)。 石灰樁法6.2 設(shè)計(jì)4. 樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)樁的長(zhǎng)度取決

12、與石灰樁的加固目的和上部結(jié)構(gòu)的條件（1）如果加固目的是為了形成一個(gè)壓縮小的墊層，則樁長(zhǎng)可較小，一般可取24m。洛陽(yáng)鏟成孔時(shí)不宜超過(guò)6m；機(jī)械成孔外投料時(shí)，樁長(zhǎng)不宜超過(guò)8m；螺旋鉆成孔及管內(nèi)投料時(shí)可適當(dāng)增加。 （2）若加固目的是為了減少沉降，則就需要較長(zhǎng)的樁。如果為了解決深層滑動(dòng)問(wèn)題，也需要較長(zhǎng)的樁，保證樁身穿過(guò)滑動(dòng)面。（3）根據(jù)加固區(qū)下臥層承載力要求和建筑物沉降來(lái)確定（4）取決于施工機(jī)具及施工工藝水平，一般小于8m。 石灰樁法6.2 設(shè)計(jì)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(jīng)深度修正后的地基承載力特征值（kPa），宜

13、通過(guò)試驗(yàn)確定。 下臥土層承載力： 石灰樁法6.2 設(shè)計(jì)式中 Ec 復(fù)合地基壓縮模量； m 復(fù)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(shè)計(jì) （1）當(dāng)?shù)鼗枰潘ǖ罆r(shí)，可在樁頂以上設(shè)200300mm厚的砂石墊層。 因?yàn)槭覙秾倏蓧嚎s性樁，一般情況樁頂可不設(shè)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(dāng)?shù)恼承酝练饪?，封口材料?wù)必夯實(shí)。5. 墊層 石灰樁加固范圍宜大于基礎(chǔ)寬度，當(dāng)大面積滿堂布樁時(shí)，一般在基礎(chǔ)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(shè)計(jì) （1）復(fù)合地基承載力特征值不宜超過(guò)160MPa，當(dāng)土質(zhì)較好且采取保證樁身強(qiáng)度的措施時(shí)，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)后可適當(dāng)提高。 （2）其復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)通過(guò)單樁或多樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定。 （3）初步設(shè)計(jì)時(shí)可按一般散體材料樁的復(fù)合地基承載力公式估算：7. 承載力計(jì)算 石灰樁法6.2 設(shè)計(jì)石灰樁的施工工藝 先用人工或者機(jī)械成孔后，再填料夯實(shí)、封頂。自上而下成孔、自下而上夯實(shí)成柱。 施工工序 一般是先外排后內(nèi)排，先周邊后中間，單排樁應(yīng)先施工兩端后中間，并按每間隔1-2孔的施工順序進(jìn)行，不得由一邊向另一邊平行推進(jìn)，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(jìn)法成樁、沉管法成

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

16、管法 。優(yōu)點(diǎn)：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(diǎn)：最大空深受到樁架限制，一般不超過(guò)8m.爆擴(kuò)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(nèi)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(yīng)，生石灰體積膨脹，極易發(fā)生堵管現(xiàn)象。 優(yōu)點(diǎn)：管外投料法避免了堵管。 缺點(diǎn)：軟土中成孔，拔管時(shí)易發(fā)生塌孔或縮孔現(xiàn)象。 工藝流程：樁機(jī)定位-沉管-提管-填料-壓實(shí)-再提管-再填料-再壓實(shí)-成樁。 2.管內(nèi)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(yáng)鏟成孔。對(duì)周圍環(huán)境影響小。震動(dòng)小、噪聲低。經(jīng)濟(jì)可靠，適用范圍廣。 施工注意質(zhì)量問(wèn)題1 頸縮或坍孔： 石灰樁應(yīng)打一孔填一孔，若土質(zhì)較差，夯填速度較慢，宜采用間隔打法，以免因振動(dòng)、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。現(xiàn)場(chǎng)存料不得超過(guò)2d，應(yīng)隨運(yùn)隨施工。 樁位按梅花形布置。 出現(xiàn)軟心應(yīng)重復(fù)灌注石灰或加打砂樁。 供應(yīng)新鮮石灰，不得受潮，保證投料量150-160kg/m。 適當(dāng)控制加荷時(shí)間，應(yīng)使石灰樁達(dá)到一個(gè)月左右的硬化期。 3 漏鉆、漏填灰、漏夯、欠夯、樁體松： 施工中應(yīng)加強(qiáng)質(zhì)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、