石灰樁法地基加固講義課件（33內(nèi)容豐富）

第八章石灰灰樁法定義發(fā)展歷史分類加固機(jī)理設(shè)計(jì)施工檢驗(yàn)1定義：指采用機(jī)械或或人工方法在在地基中成孔孔，然后灌入入生石灰或按按一定比例加加入粉煤灰、、爐渣、火山山灰等摻和料料及少量外加加劑的生石灰灰混合料，并并進(jìn)行振密或或夯實(shí)而形成成的石灰樁樁樁體，該樁體體與經(jīng)過改良良后的樁周土土共同承擔(dān)上上部建筑物載載荷。屬屬復(fù)合合地基中的低低粘結(jié)強(qiáng)度的的柔性樁石灰樁法1加固機(jī)理和適適用范圍21加固機(jī)理和適適用范圍石灰樁法發(fā)展歷史我國將石灰作作為建筑材料料利用，始于于距今五、六六千年前的仰仰韶文化時期期。西方最早早的石灰窖大大約建于公元元前2000年，幾乎所有有古代文明的的民族都懂得得燒制石灰。。用石灰加固軟軟弱地基至少少有2000年的歷史，但但直到上世紀(jì)紀(jì)中葉，不論論在我國還是是國外，大多多屬于表層或或淺層處理，，例如用3:7或2:8的灰土夯實(shí)作作為路基和房房基；或?qū)⑸抑苯油锻度胲浲翆樱?，用木夯夯?shí)實(shí)，使土擠密密、干燥和變變硬。由此，，發(fā)展到用木木槌在土中沖沖孔，在土中中投入生石灰灰塊，經(jīng)吸水水膨脹形成樁樁體，其深度度一般在300～500mm。31加固機(jī)理和和適用范圍圍石灰樁法發(fā)展歷史我國與1953年開始對石石灰樁進(jìn)行行了研究，，當(dāng)時天津津大學(xué)與天天津市等單單位對生石石灰的基本本性質(zhì)、加加固機(jī)理、、設(shè)計(jì)和施施工等方面面進(jìn)行了系系統(tǒng)的研究究，由于當(dāng)當(dāng)時的條件件，施工系系手工操作作，樁徑僅僅100～200mm，長度僅2m，又因?yàn)榘l(fā)發(fā)現(xiàn)樁中心心軟弱等問問題，所以以工作未能能繼續(xù)。1975年～1980年間，北京京鐵路局勘勘測設(shè)計(jì)所所、同濟(jì)大大學(xué)等單位位進(jìn)行了石石灰樁與其其它加固方方法對比試試驗(yàn)研究，，證明了石石灰樁的良良好加固效效果。41加固機(jī)機(jī)理和和適用用范圍圍石灰樁樁法發(fā)展歷歷史直到1981年后，，江蘇蘇省建建筑設(shè)設(shè)計(jì)院院對東東南沿沿海的的大面面積軟軟土地地基采采用生生石灰灰與粉粉煤灰灰摻和和料進(jìn)進(jìn)行加加固，，僅南南京市市采用用生石石灰樁樁加固固了50余幢房房屋的的軟土土地基基，加加固面面積達(dá)達(dá)3萬m2，取得得了較較好的的經(jīng)濟(jì)濟(jì)技術(shù)術(shù)效果果；其后浙浙江省省建筑筑科學(xué)學(xué)研究究所與與湖北北省建建筑科科學(xué)研研究院院等單單位相相繼展展開了了試驗(yàn)驗(yàn)研究究和工工程實(shí)實(shí)踐應(yīng)應(yīng)用，，都作作出了了卓有有成就就的工工作。。51加固機(jī)機(jī)理和和適用用范圍圍石灰樁樁法發(fā)展歷歷史在國外外，60年代期期間，，德、、美、、英、、法、、原蘇蘇聯(lián)、、日、、瑞典典、澳澳大利利亞等等國紛紛紛開開展石石灰加加固軟軟基的的研究究和應(yīng)應(yīng)用，，現(xiàn)代代化機(jī)機(jī)械施施工加加大了了樁長長的應(yīng)應(yīng)用，，拓寬寬了應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)領(lǐng)域。。61加固機(jī)機(jī)理和和適用用范圍圍石灰樁樁法種類1.塊灰灌灌入法法（亦亦稱石石灰樁樁法））采用鋼鋼套管管成孔孔，在在孔內(nèi)內(nèi)灌入入新鮮生生石灰灰塊，或在在石灰灰塊中中摻入入適量量的水水硬性性摻和和料粉粉煤灰灰和火火山灰灰，配配合比比一般般為8:2或7:3。在拔拔管的的同時時進(jìn)行行振密密和擠擠密。。利用用生石石灰吸吸取樁樁周土土體中中水分分進(jìn)行行水化化反應(yīng)應(yīng)，此此時生生石灰灰的吸吸水、、膨脹脹、發(fā)發(fā)熱及及離子子交換換作用用，使使樁四四周土土體的的含水水量降降低、、孔隙隙減小小，土土體擠擠密和和樁體體硬化化。71加固機(jī)機(jī)理和和適用用范圍圍石灰樁樁法種類2.粉灰攪攪拌法法（亦亦稱石石灰柱柱法））是粉體體噴射射攪拌拌法中中的一一種。。原料料為石灰粉粉，通過過特制制的攪攪拌機(jī)機(jī)械將將石灰灰粉加加固料料與原原位軟軟土攪攪拌均均勻，，促使使軟土土硬結(jié)結(jié)，形形成石石灰（（土））樁。。83.石灰漿漿壓力力噴注注法壓力注注漿法法的一一種，，用壓壓力將將石灰漿漿或石石灰和和粉煤煤灰漿漿噴注于于地基基的孔孔隙或或預(yù)先先鉆好好的鉆鉆孔內(nèi)內(nèi)，使使灰漿漿在地地基中中擴(kuò)散散或硬硬凝形形成不不透水水的網(wǎng)網(wǎng)狀結(jié)結(jié)構(gòu)層層。用于處處理膨膨脹土土，加加固堤堤岸岸岸坡，，整治治易于于下沉沉的鐵鐵路路路基。。91加固機(jī)機(jī)理和和適用用范圍圍石灰樁樁法加固機(jī)機(jī)理1.置換作作用2.吸水、、升溫溫使樁樁間土土強(qiáng)度度提高高膠凝、、離子子交換換和鈣鈣化作作用使使樁周周土強(qiáng)強(qiáng)度提提高擠密作作用排水固固結(jié)作作用加固層層的減減載作作用101加固機(jī)機(jī)理和和適用用范圍圍石灰樁樁法1.置換作作用由于石石灰樁樁樁體體具有有樁間間土更更大的的強(qiáng)度度（抗抗壓強(qiáng)強(qiáng)度約約0.5~1MPa），通通過這這種置置換作作用，，形成成復(fù)合合地基基，從從而達(dá)達(dá)到提提高地地基承承載力力和減減小沉沉降的的目的的。111加固機(jī)機(jī)理和和適用用范圍圍石灰樁樁法2.吸水、、升溫溫使樁樁間土土強(qiáng)度度提高高軟粘土土的含含水量量一般般為40％～80％，1Kg生石灰灰的消消化反反應(yīng)要要吸收收0.8~0.9Kg的水，，同時時在理理論上上將放放出1172kJ的熱量量。我國加加摻和和料的的石灰灰樁，，樁內(nèi)內(nèi)溫度度最高高到200～400攝氏度度。樁樁間土土的溫溫度升升高滯滯后于于樁體體，在在正常常情況況下，，樁間間土的的溫度度最高高可達(dá)達(dá)40～50度，其其土體體產(chǎn)生生一定定的氣氣化脫脫水。。吸水和和升溫溫脫水水，從從而使使土體體含水水量下下降，，土體體產(chǎn)生生固結(jié)結(jié)，孔孔隙減減小，，土體體顆粒?？繑n攏擠密密，加加固區(qū)區(qū)的地地下水水位也也有一一定的的下降降。樁樁間土土的抗抗剪強(qiáng)強(qiáng)度得得到提提高。。121加固機(jī)機(jī)理和和適用用范圍圍石灰樁樁法3.膠凝、、離子子交換換和鈣鈣化作作用使使樁周周土強(qiáng)強(qiáng)度提提高石灰樁樁與樁樁間土土之間間能夠夠產(chǎn)生生離子子交換換。生石灰灰吸水水生成成的Ca(OH)2一部分分與土土中二二氧化化硅和和氧化化鋁長長生反反應(yīng)，，生成成水化化硅酸鈣鈣、水水化鋁鋁酸鈣鈣等。水化物物對土土體顆顆粒起起膠結(jié)結(jié)作用用，使使土聚聚集體體積增增大，，并趨趨于緊緊密。。加固土體體粘粒含含量減少少，說明明顆粒膠膠結(jié)根本本上變了了土的結(jié)結(jié)構(gòu)，石石灰樁體體與四周周土體接接觸處形形成硬殼體，提高了了土的強(qiáng)強(qiáng)度。且且隨著齡齡期增加加，強(qiáng)度度也會逐逐漸提高高。131加固機(jī)理理和適用用范圍石灰樁法法1）成樁擠擠密作用用石灰樁施施工時是是由振動動鋼管下下沉成孔孔，使樁樁間土產(chǎn)產(chǎn)生擠壓壓和排土土作用，，其擠密密效果與與土質(zhì)、、上覆壓壓力及地地下水狀狀況等有有密切關(guān)關(guān)聯(lián)。一一般地基基土的滲透性愈大，打打樁擠密密效果越越好；擠擠密效果果地下水水位以上上比以下下的要好好。2）膨脹擠擠密作用用石灰樁在在成孔后后貫入生生石灰便便吸水膨膨脹，使使樁間土土收到強(qiáng)強(qiáng)大的擠壓力，這對地地下水位位一下軟軟粘土的的擠密起起主導(dǎo)作作用。測測試結(jié)果果表明：：根據(jù)生生石灰質(zhì)質(zhì)量高低低，在自自然狀態(tài)態(tài)下熟化化后其體體積可增增加1.5～3.5倍，即體體膨脹系系數(shù)為1.5～3.5。4.擠密作用用141加固機(jī)理理和適用用范圍石灰樁法法5.排水固結(jié)結(jié)作用試驗(yàn)分析析結(jié)果表表明，石石灰樁樁樁體的滲滲透系數(shù)數(shù)一般為為10-5～10-3cm/s，亦相當(dāng)當(dāng)于細(xì)砂砂。由于于其樁間間距較小小（一般般為2～3倍樁徑）），水平平排水路路徑很短短，具有有較好的的排水固固結(jié)作用用。從建建筑物沉沉降記錄錄表明，，建筑竣竣工開始始，其沉沉降已基基本穩(wěn)定定。151加固機(jī)理理和適用用范圍石灰樁法法6.加固層的的減載作作用石灰樁的的密度為為8kN/m，顯著小小于土的的密度，，即使樁樁體飽和和后，其其密度也也小于土土的天然然密度。。當(dāng)采用用排土成成樁時，，加固層層的自重重減小，，作用在在下臥層層的自重重應(yīng)力顯顯著減小小，即減減小了下下臥層頂頂面的附加應(yīng)力力。采用不排排土成樁樁時，對對于雜填填土和砂砂類土等等，由于于成孔擠擠密了樁樁間土，，加固層層的重量量變化不不大。對對于飽和和粘性土土，成孔孔時土體體將隆起起或側(cè)向向擠出，，加固層層的減載載作用仍仍可考慮慮。16石灰樁法法1.樁孔直徑徑的選用用2.填料選用用3.樁位布置置和樁距距設(shè)計(jì)4.樁長設(shè)計(jì)計(jì)5.墊層6.布樁范圍圍的確定定7.承載力計(jì)計(jì)算2設(shè)計(jì)2設(shè)計(jì)172設(shè)計(jì)石灰樁法法樁孔直徑徑根據(jù)工工程地基基條件和和采用的的施工方方法和機(jī)機(jī)具確定定，一般般選用300~500mm。1.樁孔直徑徑的選用用2.填料選用用石灰樁的的材料以以生石灰灰為主，，生石灰灰選用現(xiàn)現(xiàn)燒的并并過篩，，粒徑一一般為50mm以下，含含粉量不不得超過過總重量量的20％，CaO含量不低低于70％，其中中夾石或或其他雜雜物不大大于5％。摻和料優(yōu)優(yōu)先選用用粉煤灰、、火山灰灰、爐渣渣等工業(yè)廢廢料、生生石灰與與摻和料料的配合合比宜根根據(jù)地質(zhì)質(zhì)情況確確定，生生石灰與與摻和料料的體積積比可選選用1:1或1:2，對于淤淤泥、淤淤泥質(zhì)土土等軟土土可適當(dāng)當(dāng)增加生生石灰用用量，樁樁頂附近近生石灰灰用量不不宜過大大。當(dāng)摻摻石膏和和水泥時時，摻加加量為生生石灰的的3%~10%。182設(shè)計(jì)石灰樁法法3.樁位布置置和樁間間距設(shè)計(jì)計(jì)樁位布置置：一般選用用等邊三三角形布布置，也也可采用用正方形形或矩形形布置。。樁間距距一般選選用樁孔孔直徑的的2.5~3.5倍。具體體尺寸應(yīng)應(yīng)該根據(jù)據(jù)復(fù)合地地基承載載力公式式來計(jì)算算。復(fù)合合地基極極限承載載力的表表達(dá)式為為：式中：pcf為復(fù)合地地基極限限承載力力；Ppf為石灰樁樁極限承承載力，，由現(xiàn)場場試驗(yàn)確確定選用用值；λ為樁間土土強(qiáng)度發(fā)發(fā)揮程度度。Psf為樁間土極極限承載載力，由由試驗(yàn)確確定選用用值。（1）192設(shè)計(jì)石灰樁法法3.樁位布置置和樁間間距設(shè)計(jì)計(jì)對于等邊邊三角形形，復(fù)合合地基置置換率m表達(dá)式為為：式中：L---樁孔中心心距；d----樁孔直徑徑；（2）202設(shè)計(jì)石灰樁法法3.樁位布置置和樁間間距設(shè)計(jì)計(jì)可得到等等邊三角角形布置置的樁孔孔間距S，為類似，對對于正方方形布置置的樁孔孔間距S，為值得注意意的是：：石灰樁樁樁間距距與樁間間土強(qiáng)度度有關(guān)。。隨著樁樁間距增增大，由由于樁體體的物理理化學(xué)作作用引起起的樁間間土強(qiáng)度度的提高高減弱，，樁間土土強(qiáng)度降降低。在在式（1）的應(yīng)用用中應(yīng)該該考慮這這一點(diǎn)。。212設(shè)計(jì)石灰樁法法4.樁長設(shè)計(jì)計(jì)樁的長度度取決與與石灰樁樁的加固固目的和和上部結(jié)結(jié)構(gòu)的條條件（1）如果加加固目的的是為了了形成一一個壓縮縮小的墊層，則樁長長可較小小，一般般可取2～4m。洛陽鏟成孔時不不宜超過過6m；機(jī)械成成孔外投投料時，，樁長不不宜超過過8m；螺旋鉆成孔及管管內(nèi)投料料時可適適當(dāng)增加加。（2）若加固固目的是是為了減減少沉降降，則就就需要較較長的樁樁。如果果為了解解決深層層滑動問問題，也也需要較較長的樁樁，保證證樁身穿穿過滑動動面。（3）根據(jù)加加固區(qū)下下臥層承承載力要要求和建建筑物沉沉降來確確定（4）取決于于施工機(jī)機(jī)具及施施工工藝藝水平，，一般小小于8m。22式中pz－加固區(qū)區(qū)下臥層層頂面處處附加壓壓力（kPa）pcz－加固區(qū)區(qū)下臥層層頂面處處自重壓壓力（kPa）faz－加固區(qū)區(qū)下臥層層頂面經(jīng)經(jīng)深度修修正后的的地基承承載力特特征值（（kPa），宜通通過試驗(yàn)驗(yàn)確定。。下臥土層層承載力力：2設(shè)計(jì)石灰樁法法23式中Ec－復(fù)合地地基壓縮縮模量；；m－復(fù)合地地基置換換率；Ep－石灰樁樁樁體壓壓縮模量量；Es－樁間土土壓縮模模量。建筑物沉沉降量控控制：2設(shè)計(jì)石灰樁法法24（1）當(dāng)?shù)鼗枰排潘ǖ赖罆r，可可在樁頂頂以上設(shè)設(shè)200～300mm厚的砂石石墊層。。因?yàn)槭一覙秾倏煽蓧嚎s性性樁，一一般情況況樁頂可可不設(shè)墊墊層。其其滲透系系數(shù)一般般為10-5～10-3cm/s，可作為為排水通通道。（2）石灰樁樁宜留500mm，以上的的孔口高高度，并并用含水水量適當(dāng)當(dāng)?shù)恼承孕酝练饪诳?，封口口材料?wù)務(wù)必夯實(shí)實(shí)。2設(shè)計(jì)石灰樁法法5.墊層石灰樁加加固范圍圍宜大于于基礎(chǔ)寬寬度，當(dāng)當(dāng)大面積積滿堂布布樁時，，一般在在基礎(chǔ)外外緣增布布1~2排石灰樁。。6.布樁范圍圍的確定定25（1）復(fù)合地基基承載力特特征值不宜宜超過160MPa，當(dāng)土質(zhì)較較好且采取取保證樁身身強(qiáng)度的措措施時，經(jīng)經(jīng)過試驗(yàn)后后可適當(dāng)提提高。（2）其復(fù)合地地基承載力力特征值應(yīng)應(yīng)通過單樁樁或多樁復(fù)復(fù)合地基載載荷試驗(yàn)確確定。（3）初步設(shè)計(jì)計(jì)時可按一一般散體材材料樁的復(fù)復(fù)合地基承承載力公式式估算：2設(shè)計(jì)石灰樁法7.承載力計(jì)算算263施工石灰樁法3施工在地基中設(shè)設(shè)置石灰樁樁通常有4種方法：（1）沉管法成成孔提管投投料壓實(shí)法法；（2）沉管法成成孔投料提提管壓實(shí)法法；（3）挖孔填料料夯實(shí)法；；（4）長螺旋鉆鉆施工法。。273施工石灰樁法（1）沉管法成成孔提管投投料壓實(shí)法法是采用沉管管打樁機(jī)在在地基中沉沉管成孔，，然后提管管-填料-壓實(shí)-再提管-再填料-再壓實(shí)，重重復(fù)直至成成樁，再填填土封口壓壓實(shí)。封口口土體高度度不宜小于于0.5m。孔口封土土高度應(yīng)高高于地面，，防止地面面水浸泡樁樁頂。施工