石灰桩处理PPT课件

1、 1) 1) 石灰桩法( (或称块灰灌入法): ): 用钢套管成孔后，灌入新鲜生石灰块或再掺入适量水硬性掺合料水硬性掺合料( (粉煤灰和火山灰粉煤灰和火山灰) ) ，一般经验，一般经验配合比配合比7 7：3 3或或8 8： 。在拔管的同时进行振密成桩。 2) 2) 石灰柱法( (亦称粉灰搅拌法): ): 主要通过特制的搅拌机将石灰粉加固原料与原位软土搅拌均匀，促使软土硬结，形成力学性能较强的石灰( (土) ) 柱（实际上是粉体搅拌法的一种）。 3) 3) 石灰浆压力喷注法: : 采用压力将石灰浆或石灰粉煤灰混合浆喷注于地基土的孔隙内或预先钻孔之内，使浆体在地基中扩散和凝固硬化而达到加固的目的（

2、该种处理方法实质是压力注浆法的一种）。 第1页/共35页 石灰桩加固地基的机理包括石灰桩加固地基的机理包括 成孔挤密作用成孔挤密作用; ; 桩料吸水膨胀挤密作用桩料吸水膨胀挤密作用; ; 桩周土脱水固结作用桩周土脱水固结作用; ; 桩身置换作用桩身置换作用; ; 胶凝强化作用胶凝强化作用等方面。等方面。第2页/共35页1) 1) 成孔挤密作用（物理加固效应） 桩孔是通过对钢管的振动或打入完成的。 当钢管被打入土中时，由钢管所置换的土体挤入四周土体内，使得桩周土 得到挤密，挤密效果除了与石灰桩的置换率有关外，还与原地基土的渗透性能及地下水状况( (水位) )有关。当然，如果采用排土成孔方法时，则

3、不存在挤密效应。第3页/共35页2) 2) 桩料吸水膨胀挤密作用（物理加固效应） 成孔后，灌入桩孔中的石灰桩吸水包括两个部分：成孔后，灌入桩孔中的石灰桩吸水包括两个部分：一部一部分是分是CaOCaO的水化反应吸水；另一部分是石灰桩本身的水化产物的水化反应吸水；另一部分是石灰桩本身的水化产物Ca(OH)Ca(OH)2 2的孔隙吸水。的孔隙吸水。1 kg1 kg的的CaOCaO完全潮解的理论吸水量是完全潮解的理论吸水量是 0.32 0.32 kgkg ，且生成的，且生成的Ca(OH)Ca(OH)2 2不含水，它会继续从四周土中吸取水分，不含水，它会继续从四周土中吸取水分，储存在桩体孔隙中。储存在桩

4、体孔隙中。吸水后桩体发生的膨胀使桩间土产生强大吸水后桩体发生的膨胀使桩间土产生强大的挤压力而使其获得密实效果。的挤压力而使其获得密实效果。( (生石灰在熟化之后的体积可达生石灰在熟化之后的体积可达到原体积的到原体积的1.51.53.53.5倍倍) )。第4页/共35页3) 3) 脱水挤密固结作用（物理加固效应） 石灰桩吸水后，桩间土的含水量必然降低。桩身吸水必然对应桩周土的脱水土颗粒靠拢挤密、固结。 另一方面，生石灰吸水反映后产生的热效应造成水体蒸发，进一步促进了桩固土体中水的脱出。桩周土含水量、孔隙比 ，土体密实度提高，强度。 第5页/共35页 石灰的重度为石灰的重度为8kN8kNm m3

5、3，显著小于土的密度。即使桩体饱，显著小于土的密度。即使桩体饱和后其重度约为和后其重度约为14kN14kNm m3 3，仍然小于土的天然密度。，仍然小于土的天然密度。 当采用排土成桩时，加固层的自重减轻，作用在桩底平当采用排土成桩时，加固层的自重减轻，作用在桩底平面的自重应力显著减少，可减少桩底下卧层顶面的附加压力。面的自重应力显著减少，可减少桩底下卧层顶面的附加压力。当采用不排土成孔时，对于杂填土、砂类土等，由于成孔挤当采用不排土成孔时，对于杂填土、砂类土等，由于成孔挤密了桩间土，加固层的重量变化不大。密了桩间土，加固层的重量变化不大。第6页/共35页 桩体吸水后，其溶液中随钙离子桩体吸水后

6、，其溶液中随钙离子(Ca2+)的增多变为的增多变为碱性环碱性环境境， 一部分钙离子一部分钙离子(Ca2+)又与桩周土中的又与桩周土中的SiO2及及Al2O3发发生反映，生成结构较复杂的生反映，生成结构较复杂的硅酸钙水化物硅酸钙水化物(CaOSiO2nH2O)、铝铝酸钙水化物钙水化物(CaOAl2O3nH2O) 以及以及钙铝黄长石水化物钙铝黄长石水化物(2CaOAl2O3SiO26H2O)，这些水化物又牢牢地将其周围土，这些水化物又牢牢地将其周围土颗粒胶结、固化在一起，形成网状结构颗粒胶结、固化在一起，形成网状结构 土颗粒间联系的更加牢固、强度大大增加强，并与土颗粒间联系的更加牢固、强度大大增加

7、强，并与时间成正相关时间成正相关。第7页/共35页 生石灰吸水后，一定条件下电离出的生石灰吸水后，一定条件下电离出的CaCa2+2+与粘土表面阴离与粘土表面阴离子交换并吸附在土颗粒表面上子交换并吸附在土颗粒表面上增大了钙质结核团粒，使土中增大了钙质结核团粒，使土中颗粒相对含量下降颗粒相对含量下降土力学性能改善。当桩体内掺入粉煤灰、土力学性能改善。当桩体内掺入粉煤灰、火山灰等掺合物之后，在整个桩体内的这种离子交换作用、胶火山灰等掺合物之后，在整个桩体内的这种离子交换作用、胶凝作用、胶凝作用也同时会发生，使桩体的后期强度比单纯的凝作用、胶凝作用也同时会发生，使桩体的后期强度比单纯的石灰桩更高。石灰

8、桩更高。 石灰与土体中二氧化碳气体反应石灰与土体中二氧化碳气体反应生成不溶的碳酸钙，在生成不溶的碳酸钙，在桩身外产生桩身外产生 。第8页/共35页 试验和实践表明，当桩体吸水量过大，会在桩体内部形成试验和实践表明，当桩体吸水量过大，会在桩体内部形成“软心软心”，此时桩体就难以起到承重作用。，此时桩体就难以起到承重作用。 然而，然而，当桩体夯填施工过程中，只要满足一定的初始填当桩体夯填施工过程中，只要满足一定的初始填充密实度，并保证一定的封顶压力，桩体就完全可以避免充密实度，并保证一定的封顶压力，桩体就完全可以避免“软心软心”现象的发生，而起到承重桩的作用，即置换作用。现象的发生，而起到承重桩的

9、作用，即置换作用。刚度较大的石灰桩体承受较大的应力，正常置换率下，石灰刚度较大的石灰桩体承受较大的应力，正常置换率下，石灰桩分担了桩分担了3030以上的荷载，此时，与发生了挤压密实效用的以上的荷载，此时，与发生了挤压密实效用的桩间土共同作用，支承载荷，发挥着复合地基的作用。桩间土共同作用，支承载荷，发挥着复合地基的作用。第9页/共35页u石灰桩的主要固化剂为生石灰石灰桩的主要固化剂为生石灰(CaO(CaO含量含量70%,70%,粒径粒径70mm,70mm,含粉量含粉量15%)15%)。u 掺合料宜优先选用掺合料宜优先选用粉煤灰、火山灰、炉渣等工业废料粉煤灰、火山灰、炉渣等工业废料。生石灰与掺合

10、料的配合比宜根据工程地质情况确定，生石灰与掺合料的配合比宜根据工程地质情况确定，生石灰生石灰与掺合料的体积比可选用与掺合料的体积比可选用1 1：1 1或或1 1：2 2。对于淤泥、淤泥质土对于淤泥、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。大。u 当掺石膏和水泥时，掺加量为生石灰用量的当掺石膏和水泥时，掺加量为生石灰用量的3%3%10%10%。第10页/共35页第11页/共35页第12页/共35页 1)1) 石灰桩复合地基承载力特征值不宜超过石灰桩复合地基承载力特征值不宜超过160Kpa160Kpa，当土层较当土层较好并

11、采取保证桩身强度措施之后，经试验后，可适当提高。好并采取保证桩身强度措施之后，经试验后，可适当提高。2)2) 承承载力特征值应通过单桩或多桩复合地基载荷试验确定。载力特征值应通过单桩或多桩复合地基载荷试验确定。初步设计初步设计时，可按公式时，可按公式: : 其中，其中，pkpk：桩身抗压强度比例界限值，由单桩竖向载荷试验桩身抗压强度比例界限值，由单桩竖向载荷试验确定，一般取确定，一般取350350500kPa500kPa，土质软时取低值；，土质软时取低值；SkSk：桩间土承载桩间土承载力特征值，取天然地基承载力特征值的力特征值，取天然地基承载力特征值的1.051.051.21.2倍；倍；m m

12、：桩土面：桩土面积置换率，桩面积按积置换率，桩面积按1.11.11.21.2倍成孔直径计算，土质软者取高值。倍成孔直径计算，土质软者取高值。 第13页/共35页 按照按照建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范GB5007GB5007有关规定计算处理后有关规定计算处理后的地基变形。变形经验系数按该区沉降观测资料及经验确定的地基变形。变形经验系数按该区沉降观测资料及经验确定 沉沉降量降量S=SS=S1 1( (桩长范围压缩量桩长范围压缩量) +S) +S2 2 ( (桩下土层的压缩量桩下土层的压缩量) ) 有关有关复合土层的压缩模量复合土层的压缩模量E ESP SP ，通过桩身及桩间土压缩试验，

13、通过桩身及桩间土压缩试验确定。初步设计时，可按下试估算：确定。初步设计时，可按下试估算： 第14页/共35页 1）特点 石灰桩体中一般均含有大量的掺和料，掺料不可避免有石灰桩体中一般均含有大量的掺和料，掺料不可避免有一定含水量，当掺料与生石灰拌和后，内中的水分会迅速发一定含水量，当掺料与生石灰拌和后，内中的水分会迅速发生反应，生石灰体积膨胀，极容易发生生反应，生石灰体积膨胀，极容易发生堵管现象堵管现象。 管外投料法避免了堵管，管外投料法避免了堵管，可以利用现有的混凝土灌注桩可以利用现有的混凝土灌注桩设备施工。但在软土中成孔时容易发生塌孔或缩孔现象，且设备施工。但在软土中成孔时容易发生塌孔或缩孔

14、现象，且孔深不宜超过孔深不宜超过6m6m。桩径和桩长的保证率也相对较低。桩径和桩长的保证率也相对较低。第15页/共35页2) 施工方法 3) 工艺流程 采用打入、振入、压入的灌注桩设备均可施工。桩管采用采用打入、振入、压入的灌注桩设备均可施工。桩管采用200200325mm325mm无缝钢管。为防止拔管时孔内负压进入造成塌孔，无缝钢管。为防止拔管时孔内负压进入造成塌孔，采用活动式桩尖，拔管时桩尖靠自重落下，空气由桩管进入孔采用活动式桩尖，拔管时桩尖靠自重落下，空气由桩管进入孔内，避免负压。内，避免负压。 桩尖角度一般为桩尖角度一般为4545、60 60 、90 90 。土质较硬时用小值。土质较

15、硬时用小值。 桩机定位桩机定位沉管沉管提管提管填料填料压实压实再提管再提管再填料再填料再再压实，这样反复几次，最后填土封口压实，一根桩即告完成。压实，这样反复几次，最后填土封口压实，一根桩即告完成。第16页/共35页 4) 施工控制 第17页/共35页石灰桩施工顺序图石灰桩施工顺序图第18页/共35页第19页/共35页第20页/共35页 1 1）优点。）优点。利用特制的洛阳铲人工挖孔、投料夯实，是广泛利用特制的洛阳铲人工挖孔、投料夯实，是广泛应用的一种施工方法。由于洛阳铲在切土、取土过程中对周围土应用的一种施工方法。由于洛阳铲在切土、取土过程中对周围土体的扰动很小，在软土甚至淤泥中可保持孔壁稳

16、定。体的扰动很小，在软土甚至淤泥中可保持孔壁稳定。 该施工方法避免了振动和噪声、能在狭窄场地和室内作业，该施工方法避免了振动和噪声、能在狭窄场地和室内作业，造价低、工期短、质量可靠。因此，适用的范围较大。造价低、工期短、质量可靠。因此，适用的范围较大。 2 2）限制。）限制。挖孔投料法主要受深度的限制，一般情况下桩长挖孔投料法主要受深度的限制，一般情况下桩长不宜超过不宜超过6m6m。在地下水位下的砂类土及塑性指数小于。在地下水位下的砂类土及塑性指数小于8 8的粉土中的粉土中则难以成孔。则难以成孔。 3 3）工艺流程。）工艺流程。定位定位钢钎或铁锹开口钢钎或铁锹开口( (深度深度50cm50cm

17、左右左右) ) 人人工洛阳铲成孔工洛阳铲成孔孔内抽水孔内抽水孔口拌和桩料孔口拌和桩料下料下料夯击夯击再下料再下料再夯实再夯实封口填土夯实。封口填土夯实。第21页/共35页第22页/共35页 有沉管法、冲击法、螺旋钻进法；爆扩法、挖孔法多种。第23页/共35页第24页/共35页第25页/共35页第26页/共35页第27页/共35页第28页/共35页第29页/共35页【例题例题1 1】 对软土采用石灰桩处理后，石灰桩外表层会形成一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。层强度很高的硬壳层，这主要是由（）起的作用。 A A、吸水膨胀；、吸水膨胀；B B

18、、离子交换；、离子交换；C C、反应热；、反应热；D D、碳酸钙化反、碳酸钙化反应；应；答案：答案：第30页/共35页【例题例题 2】 在初步设计时，对于采用石灰桩处理过的地基，其复合在初步设计时，对于采用石灰桩处理过的地基，其复合土层的压缩模量可以按照式土层的压缩模量可以按照式Esp=1+m(n-1)Es进行估算，进行估算，为系数，其值为为系数，其值为（）。（）。 A、小于、小于1； B、大于、大于0.5； C、大于、大于0.9； D、大于、大于1，可取，可取1.11.3；答案：答案：第31页/共35页【例题例题3】 为了保证石灰桩的施工安全，下列说法正确的是为了保证石灰桩的施工安全，下列说法正确的是( ) A、石灰桩施工时，必须强调用电安全；石灰桩施工时，必须强调用电安全； B、石