深層攪拌石灰樁在高等級公路中的應用

深層攪拌石灰樁在高等級公路中的應用摘

要討論深層攪拌石灰樁強度形成機理，加固處理公路軟基的有效性和應用條件。該方法具有設備簡單、施工方便、經(jīng)濟效益好的特點。關鍵詞公路軟基；復合地基；深層攪拌石灰樁

在高等級公路中，遇到不少涵洞、通道、擋土結構等結構物置于軟弱地基上或軟厚的雜填土之上，施工期短暫時，成為不少建設單位和設計單位的棘手問題。針對這個問題，采用生石灰噴粉深層攪拌樁（簡稱石灰攪拌樁）進行軟土地基處理，具有技術簡單可行，且經(jīng)濟合理的特點，能有效地加固軟弱地基，減少軟土層沉降和整體工程工后沉降，提高軟土層的承載力。1、生石灰對軟粘土地基的基本作用

根據(jù)設計確定石灰攪拌樁鉆機的位置，啟動攪拌機，鉆進時噴射壓縮空氣，準備加固的土在原位受到擾動。隨著鉆進到設計標高，鉆機鉆頭反向旋轉，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產(chǎn)生的空隙部位噴入被攪拌的土體中，使土體和石灰進行充分拌和，形成具有整體性好，水穩(wěn)定性好和一定強度的石灰土樁。

通過機構攪拌，將軟土重塑的同時摻入適量的石灰，石灰與軟土礦物發(fā)生化學反應，形成一種復雜的不溶于水的、將土顆粒粘結在一起的硅酸鈣凝膠，硅酸鈣凝膠起到包裹和聯(lián)結的作用，形成網(wǎng)狀結構，在土顆粒間相互穿插，使土顆粒聯(lián)系得很牢固，改善了土的物理力學性質，發(fā)揮了石灰固化劑的強化作用。

要形成硅酸鈣凝膠，只有在有足夠的水使Ca2+和OH-1離子能夠轉移到粘土顆粒表面時才能實現(xiàn)，利用土顆粒、水和石灰之間的化學反應達到這一目的，以改善土的性質，具體來說，石灰對軟土的基本作用如下：（1）生石灰與地基軟粘土通過強制做拌均勻，很快產(chǎn)生水化作用，形成Ca（OH)2。在這生石灰變?yōu)槭焓业倪^程中，產(chǎn)生的熱量促進水分蒸發(fā)，使軟土地基的含水量降低，同時石灰體積產(chǎn)生膨脹，此時膨脹力所作的功轉化為周圍土的變形位能。例如廣東省云浮硫鐵礦專用線有一座4．5m蓋板涵基礎采用石灰噴粉深層攪拌處理軟基，鉆頭直徑為500mm，形成石灰樁之后，在粉細砂層直徑增大為520mm，在軟土層直徑內(nèi)直徑增大為600-700mm，樁體體積增大，對周圍土起了壓密作用。（2）熟石灰的Ca2+離子在水的作用下與軟土顆粒產(chǎn)生絮凝反應作用，這一反應過程使軟土顆粒結合水膜厚度減簿，土的塑性降低，土粒間的粘結力增加，土體強度和水穩(wěn)定性提高。

上述兩種化學反應過程，主要發(fā)生在生石灰與軟土強制攪拌混合后的數(shù)小時內(nèi)，是石灰對軟粘土的早期基本作用。（3）熟石灰與粘土顆粒中的活性硅鋁礦物進一步緩慢地產(chǎn)生化學作用，過程中又吸收熟石灰漿中的水分，形成結晶和生成鋁酸鹽和水化硅酸鈣，改變了粘土的結構。這一反應過程將持續(xù)數(shù)年，是石灰對軟粘土的后期作用。2石灰攪拌樁身的排水固結作用

通過對一些工程施工的石灰攪拌樁觀測，發(fā)現(xiàn)施工期樁體含水量總是很高，直觀表現(xiàn)在樁頂?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)均大于樁間土。由于樁身材料拌合不均勻，以及配合比、摻合料不同，涮得樁身滲透系數(shù)在4.07×10-3-10-5cm／s之間，相當于粉砂、細砂的滲透系數(shù)，較粘土、亞粘土的滲透系數(shù)大10倍至100倍，說明石灰樁身排水固結作用較好。

生石灰作為固化劑時，軟粘土的滲透性系數(shù)隨著時間而直線上升；而用10％的水泥作為固化劑時，軟粘土的滲透系數(shù)隨著時間而直線下降。石灰適合于塑性指數(shù)較高的軟粘土地基，水泥適合于塑性指數(shù)較低的軟土地基。在相同條件下，用石灰處理的臨時加固效果在前數(shù)小時內(nèi)比水泥處理的要明顯來得快。

值得注意的是，當石灰攪拌樁滲透系數(shù)K值足夠?。ㄈ畿浾惩恋鼗?，而樁的直徑d又足夠大（例d≥50cm時），即使樁處于水下，也不能形成充分供水的條件，石灰攪拌樁的含水量仍然較初始含水量大幅度減?。谔旖蛱凉淋浲谅坊囼炛校谖迥旰笸诔鍪覙?，也發(fā)現(xiàn)樁身仍非常堅硬，日本的一份資料談到，即使在含水量高達100％的軟土中，石灰樁身強度也比周圍土的強度高達10倍以上。3石灰攪拌樁與樁間土的復合地基效應

生石灰加固軟弱地基后，石灰攪拌與未加固部分地基土形成復合地基，復合地基的強度包括攪拌樁樁體的強度和樁周土粘聚力增加后的強度，石灰攪拌樁與周圍地基相比具有更高的抗剪強度。與生石灰攪拌樁鄰接的樁周土，由于拌合時產(chǎn)生的高溫和凝聚反應形成厚度達數(shù)厘米的高度硬殼，此層硬層的存在影響了石灰攪拌樁的吸水和排水，尤其是后期排水，但在施工期內(nèi)此層硬殼尚未形成，排水作用是可以發(fā)揮的。從對一些工程的天然土和單樁復合地基荷載試驗中，發(fā)現(xiàn)石灰攪拌樁復合地基的加荷后穩(wěn)定時間較天然土基為短，也就證實了石灰攪拌樁的排水固結作用。丟石灰攪拌汁樁與樁間蒜土的復合糠地基抗剪鏟強度可用享下式曉計算晌：兆τ蛛ˊ抗=軌發(fā)（遼1-d淋ˊ宗s)C鍛ˊ僵+d幼ˊ海s決τ迷p荷亂（食1焰）豈式中滿：終τ守ˊ瑞反—桶—尋復合地基珠抗剪強度接，悅KPa;稿τ犁ˊ迎P悅報—德—擇石灰攪拌足樁的抗剪爆強度侄，艙KP慮a算；房d陰ˊ循s境各—威—貼消化和凝臂硬反應結皂束后石灰械攪拌樁加筆固率（面繁積比）見d顏ˊ禍s=(滲1.5-構1.8)猜ds撫鵝（病2栗）哲ds禿鵝—碌—臺石灰攪拌稈樁置換率暫（面積比坡）階ds=根非π叮d2/4馳l2唉?。ㄘ?勉）鉛d河踏—限—聯(lián)石灰攪拌門樁直徑贊，玻d=50趟cm;溝l櫻攀—鎮(zhèn)—迷石灰攪拌拍樁間中心便距窯，庭cm;象C駛ˊ擦挑—篩—紙石灰攪拌構樁加固后歌地基土的澇粘聚力倚，歇KP新a譽；宋C但ˊ唱=C怖o幟＋陡d元Δ燥P拔，喂邁（塵4蒙）抬式中拘：菊Co擠賞—釘—特原地基土廣的粘聚力蒜，興KP帥a追；涼d悉充—旺—解經(jīng)石灰攪雄拌樁處理沖后的強度錄增加系數(shù)獄，積d=0耐.1-0通.孔4棕；惕Δ另P頃饅—濁—眨有效壓縮傲荷載，它薦是固結試憐驗曲線中端與加固后亦孔隙側比駛e踏'執(zhí)對應的壓伸縮荷學載呼P典'血與固結屈嘩服應舉力竟P魄c下之差。習

焰劫石灰攪拌錯加固后的愉地基，樁素體強度高夢于樁間土辛。因此，臟在工程結臺構荷載和沫車輛荷載漁作用下，活土體被壓低縮，承載罩力主要靠站樁體承擔懲。由于土協(xié)相對于樁粉有向下滑兄動的趨勢連，樁面對艇樁周土產(chǎn)令生一向上渠的摩擦阻敲力，故靠沃近樁周土讓的壓力值侵為向下的燙施工荷載殲值與向上勝的摩擦力嗓兩部分之攝和。因此趨，靠近樁予邊的土承腔受的壓力對最小，樁染間地基土鋪應力降低墓，而石灰飲攪拌樁樁跟體產(chǎn)生應荷力集中現(xiàn)裂象，根據(jù)浙基礎底面荷樁和樁間厲土上埋沒訊的土壓力別盒測定結販果，得出塞樁體和樁蟻間土的荷擺載應力分籍擔公比目n浪＝棗P/S=宗3-1畜5孟（為石灰慰攪拌承擔伏的應力，撫為樁間土辟承擔的應戶力）．在攔用石灰攪賄拌樁加固佳公路軟基厭時，一般巾采盒用氧n=皇3田～泛5溪較適宜。棚石灰攪拌工樁加固公悼路軟基的躍容許沉降扇量燕S默用下式蟲計算應：騾S冒=笨Δ陪H找-軍Δ脊S婚梢（嫌5煩）幅式中你：度Δ烏H挪覺—鋒—貨加固前的鉛地基土最忽終沉降量啞，讓c極m跑；建Δ修S句情—伸—臣石灰攪拌瘦樁在垂直竹方向產(chǎn)生延的固結沉誼降滴，稻cm;今Δ拋S=HC傻*慘Δ向e/(1自+e0)腎?。?齡）桌式中松：威HC蜜苗—認—恭石灰攪拌鬼樁的加固氣深度；蝕Δ突e別?！ぁ椏紫侗鹊拿{降低值；悶Δ湯e=e0阻-e湊ˊ族=GS慰*默Δ久H/10峽0惱策（舉7驕）外式中獲：合e0濫聚—桂—側原地基的塔初始孔隙簡比；繁e訊儉—潑—踐地基加固宇后孔隙比蚊；送Δ區(qū)w給堵—平—技由罷式煙(剩s吧）求出的顏含水量降聚低值；方GS條脊—眠—擔土顆粒比鉛重。奔

壁具據(jù)資料介概紹某一路僵堤地基用緣深層攪拌冶石灰樁處成理軟土地榨基，該地蜜基由高靈舌敏度的粉絡質軟粘土間構成，厚勻度所6-12盤m移，抗剪強攻度石10KP旗a排，含水稼量湊6品0泥％，經(jīng)室嘗內(nèi)試驗表蛋明，用制功備的石灰線加固試樣誕測試其抗數(shù)剪強度，桐在溫10復d愛后增加悅到亮50KP鑰a演,革三個月后角測試強度尖增加符到春100K漠P買a舉，在試驗鮮路骨堤硬4昂m養(yǎng)高的下面眉，石灰攪土拌樁的設蔥計間距薪為剖1.0-睛1.2虜m粱，樁尿長嬌10序m戀。經(jīng)現(xiàn)場迫測試的沉方降曲線表款明，用石臘灰攪拌樁燃加固的地碎基沉降減獨少了大石約粒6艦0漫％，其沉研降量腐為側20-2虎5綢m偵，設計計丑算值與實射測值吻合嶄較好。視4

易滴生石灰劑頌量對石灰糊攪拌樁強合度的判影響擊

玻陶圖恢2數(shù)表示不同厲的生石灰超劑量對各睜種土的單繞軸抗壓強儀度的步影響映。在同一縮生石灰含絹量的條件仰下，不同辰的土類具鹿有明顯不堤同的抗壓走強度，根蜂據(jù)室內(nèi)試稼驗表販明欺:速（穴1趁）當生石廢灰含量值在情6場％祖-1勝8嫌％的范圍棕內(nèi)變化時究，石灰攪鬼拌樁仍保題持原來土駕壤的特性猶；壞（挽2床）不同土晴性的石灰摟粉滲入量銜各有最佳貨滲人量區(qū)槍間，大于要或小于這謊一區(qū)間的晨滲入量，視都得不到敞經(jīng)濟甘的加固效危果。糕

礦只生石灰的辮膨脹力與機生石灰的悔含量成正均比，但膨匙脹應力的票大小，則竟與生石灰溝有效氧化嘉鈣含量、脖約束力的悲大小和方窮向、熟化港的快慢有輝關，如采薦用有效氧外化鈣含量影為屬8飾5軋％本-8朋9協(xié)％的生石瓜灰它,纖讓其在近憑似完全約透束的條件五下熟化，冶測得其軸挺向膨脹應帝力最高可涂達秩11.6撥MP尿a述，隨著周慕圍約束的頑放松，軸鑒向膨脹應拉力急劇減緩少，膨脹爪力所做的班功已轉化南為周圍土坐的變形位織能而趨于竄平衡?？偼钢瑢τ谡硪话愕牡孛艋ㄌ貏e菠是軟土）俊，當生石躁灰用量超救過一定界抹限時，其始約束力絕嚷對不可能而阻止石灰肚攪拌樁的載膨脹，巨書大的膨脹列力必將在暴相當范圍窮內(nèi)傳布，足這就是石驕灰攪拌樁近直徑增大皺的原因。份5芳牽石灰攪拌露樁的強度紐取決于軟貫粘土的含吹水量任

懼掀石灰攪拌撒樁的強度盤能否形成己和強度高航低，與軟瘡粘土的含棟水量有關狐。生石灰芳轉變?yōu)槭烀乙约扒^續(xù)水化尿，都要吸勞收和蒸發(fā)莊軟粘土中遠的水份?？桃虼?，必藥須要有足型夠的水供亞石灰水化扒，否則無亮法形成強悲度。另一兵方面水又織不能過多管，以使處飯于飽和狀脫態(tài)的軟粘殖土能夠因考脫水而轉逝變成三相刊狀態(tài)，軟活土中的空嗚氣才能為激碳酸化反忌應提供足茫夠的二氧庫化碳，從視而形成使作灰土反應燃生成有一拋定強度的鈔膠結物質脈條件，形告成較高的究強度。由艱于石灰攪協(xié)拌樁中的啊水分在強幸度形成中巷得到消耗棉，灰土含親水量就會轎大幅度減波少，甚至減由流動狀瞧態(tài)轉變?yōu)槊び菜苣酥凉杂矤顟B(tài)經(jīng)，從而大毀大提高石俘灰土的強預度。蛾圖族3佳為石灰土笛抗剪強度貓軟土含水詠量、時間葵的變化情濟況，縱軸編表示石灰步土的抗剪墨強度，橫假軸表示軟蟻粘土含水聽量。從葡圖浸3經(jīng)可以看出呢：濃6擇違石灰攪拌查樁適宜的允土質條件劇

可圍石灰攪拌辯樁是靠石撲灰與土之辟間發(fā)生一趁系列物理訓化學反應紡而形成強累度的，不摧同的土質燒會產(chǎn)生不遠同的加固英效果，其猛適宜的加妻固土粒徑趟范圍如司圖橫4寇所示，圖揚中陰影部縣分為適宜置的石灰攪僵拌樁釋應用鼓范圍，可網(wǎng)用于公路額工程的軟敏粘土中的耀擋土結構幕，開挖護追坡、橋涵搖通道結構跨地基等。們

遮魚粘土顆粒在粒徑小，撤表面積大壞，分散性守大，穩(wěn)定寧性差，容林易和石灰枝發(fā)生反應版，并且粘展土較小的退滲透系數(shù)終?？墒故驶覕嚢铇洱埡拷翟畹停詼p石灰攪拌岸樁適宜處執(zhí)理軟粘土慶地基。在沒軟粘土礦犬物成份中教，高嶺土炎、伊利土戶和蒙脫土倘為三種主庸要的粘土臣礦物成分貝，而從結枝構、能量稿和成份三跟個方面又巴可以說明孝蒙脫土最滾容易與石幫灰發(fā)生反怕應，例如紀對于淤泥舟質粘土土槳樣殃用顯X爸射線衍射點礦物臺分析梯，穩(wěn)定性博好的礦物墾石英含量特在感4藍0屢％以上，客高嶺土和太伊利土含納量灣為饞4神0先％，把其征中一段大脾氣干燥的捏淤泥粘土鋒石灰攪拌敏樁鉆取試遍樣放入水廈中，約一呀個多小時觀就完全崩氧解為泥漿授，崩解速回度與一般礎粘土十分弄接近，說被明了這類約粘土恰恰慮缺少蒙脫想土類粘土獨礦物，石蔬灰較難與運土發(fā)生