第四章砂桩和第五章石灰桩

1、第四章第四章 砂桩砂桩 砂桩是指用振动或冲击荷载在软弱地基中成孔砂桩是指用振动或冲击荷载在软弱地基中成孔后，再将砂挤入土中，形成大直径的密实柱体。后，再将砂挤入土中，形成大直径的密实柱体。 砂桩适用于松散砂土、人工填土、粘性土、粉砂桩适用于松散砂土、人工填土、粘性土、粉土和杂填土等地基，以提高地基的强度，减少地基土和杂填土等地基，以提高地基的强度，减少地基的压缩性，或提高地基的抗震能力，以防止饱和松的压缩性，或提高地基的抗震能力，以防止饱和松散砂土地基的振动液化。对加固饱和软弱土地基则散砂土地基的振动液化。对加固饱和软弱土地基则应慎重，如果建筑物以变形为控制条件，则砂桩处应慎重，如果建筑物以变

2、形为控制条件，则砂桩处理后的软弱地基需经预压，以消除沉降后才可作为理后的软弱地基需经预压，以消除沉降后才可作为建筑物地基，否则难以满足建筑物对沉降的要求。建筑物地基，否则难以满足建筑物对沉降的要求。 根据国内外的使用经验，砂桩适用于中小型工根据国内外的使用经验，砂桩适用于中小型工业与民用建筑物、散料堆场、码头、路堤、油罐等业与民用建筑物、散料堆场、码头、路堤、油罐等工程的地基加固。工程的地基加固。 4.1 砂桩的加固机理砂桩的加固机理 一、在松散砂土中的加固机理一、在松散砂土中的加固机理 砂土属单粒结构，可分为疏松和密实两种极端状态。砂土属单粒结构，可分为疏松和密实两种极端状态。密实的单粒结构

3、，颗粒间的排列已接近最稳定状态，在动密实的单粒结构，颗粒间的排列已接近最稳定状态，在动（静）荷载下，一般不再产生大的变形。而疏松的单粒结（静）荷载下，一般不再产生大的变形。而疏松的单粒结构，颗粒间孔隙大，颗粒位置不稳定，在动（静）荷载作构，颗粒间孔隙大，颗粒位置不稳定，在动（静）荷载作用下容易产生位移，因而会产生较大的沉降，特别在动荷用下容易产生位移，因而会产生较大的沉降，特别在动荷载作用下更为显著，可减少载作用下更为显著，可减少20%，因此必须经过人工处理，因此必须经过人工处理后才可作为建筑物的地基。后才可作为建筑物的地基。 在砂桩的成桩过程中，因采用振动或冲击方法，桩管在砂桩的成桩过程中，

4、因采用振动或冲击方法，桩管对周围砂土产生很大的横向挤压力，将地基中等于桩管体对周围砂土产生很大的横向挤压力，将地基中等于桩管体积的砂挤向周围的砂层，这种强制挤密使砂土的相对密度积的砂挤向周围的砂层，这种强制挤密使砂土的相对密度增加，孔隙比降低，干密度和内摩擦角增大，土的物理力增加，孔隙比降低，干密度和内摩擦角增大，土的物理力学性能得到改善，地基承载力大幅度提高，一般可提高学性能得到改善，地基承载力大幅度提高，一般可提高25倍。当砂土地基被挤密到临界孔隙比以下时，还可防倍。当砂土地基被挤密到临界孔隙比以下时，还可防止砂土振动液化。止砂土振动液化。 二、在软弱粘土中的加固机理二、在软弱粘土中的加固

5、机理 砂桩在软弱粘性土地基中主要起置换作用和排水作砂桩在软弱粘性土地基中主要起置换作用和排水作用，这样形成的复合地基，可提高地基的承载力和整体稳定用，这样形成的复合地基，可提高地基的承载力和整体稳定性。性。 1 1、置换作用、置换作用 粘性大多为蜂窝结构，在成桩过程中受扰动后，比具有粘性大多为蜂窝结构，在成桩过程中受扰动后，比具有相同密实度和含水量的原状土的力学性质会降低，不仅很难相同密实度和含水量的原状土的力学性质会降低，不仅很难起到挤密加固作用，甚至会使桩周土体强度出现暂时降低。起到挤密加固作用，甚至会使桩周土体强度出现暂时降低。所以砂桩加固软弱地基主要利用砂桩本身的强度形成复合地所以砂桩

6、加固软弱地基主要利用砂桩本身的强度形成复合地基，提高地基的承载力和地基的整体稳定性。基，提高地基的承载力和地基的整体稳定性。 2 2、排水作用、排水作用 一般软弱地基土的渗透性很小一般软弱地基土的渗透性很小, ,渗透系数多在渗透系数多在 1 11010-7-71 11010-4-4cm/scm/s范围内。在软弱地基中设置砂桩后范围内。在软弱地基中设置砂桩后, ,减少减少了软弱地基土的的排水距离了软弱地基土的的排水距离, ,加快了固结速率加快了固结速率, ,有助于地基土有助于地基土强度的提高。强度的提高。 4.2 砂桩的设计与计算砂桩的设计与计算 一、加固范围一、加固范围 加固范围应根据建筑物的

7、重要性和场地条件确定，通常砂桩挤密地基的宽度应超出基础的宽度，每边放宽不应少于13排；当砂桩用于防止砂层液化时，每边放宽不宜小于处理深度的1/2（并不应小于5m）。当可液化层上覆盖有厚度大于3m的非液化层时，每边放宽不宜小于液化层厚度的1/2（并不应小于3m）。 二二 、桩位布置、桩位布置 砂桩最常用的布置方式有等边三角形和正方形两种。对于砂土地基，砂桩主要起挤密作用，采用等边三角形更有利，可使地基挤密较为均匀。对于软粘土地基，采用正方形或等边三角形均可。 三、砂桩直径三、砂桩直径 砂桩直径可根据成桩方法、施工机械能力和置换率确定，多采用300800mm。对饱和粘性土地基宜选用较大的直径。 四

8、、砂桩长度四、砂桩长度 砂桩长度应根据软弱土层的性能、厚度或工程砂桩长度应根据软弱土层的性能、厚度或工程要求按下列原则确定：要求按下列原则确定：(综合确定综合确定) （1）当软弱土层厚度不大时，砂桩应穿过软弱）当软弱土层厚度不大时，砂桩应穿过软弱土层，以减少地基变形。土层，以减少地基变形。 （2）当软弱土层厚度较大时，对按稳定性控制）当软弱土层厚度较大时，对按稳定性控制的工程，砂桩长度应不小于最危险滑动面以下的工程，砂桩长度应不小于最危险滑动面以下1m（一般为（一般为1.52.0m）深度；对按变形控制的工程，）深度；对按变形控制的工程，砂桩长度应满足砂桩复合地基沉降量不超过建筑砂桩长度应满足砂

9、桩复合地基沉降量不超过建筑物地基容许沉降量要求，并满足地基软弱下卧层物地基容许沉降量要求，并满足地基软弱下卧层强度要求。强度要求。 （3）在可液化地基中，桩长应穿透可液化层，）在可液化地基中，桩长应穿透可液化层，或按国家标准或按国家标准建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范的有关规定的有关规定执行。执行。 砂桩桩长不宜小于砂桩桩长不宜小于4m。 五、桩距计算五、桩距计算 砂桩在砂性与软弱粘性土中桩距计算方法有砂桩在砂性与软弱粘性土中桩距计算方法有差别，通常桩距是通过现场试验确定差别，通常桩距是通过现场试验确定.如无现场试如无现场试验资料，也可采用计算方法进行估算。验资料，也可采用计算方法进行估算。

10、（一）砂性土地基中桩距设计（一）砂性土地基中桩距设计 当前砂性土地基中桩距设计方法主要有二种：当前砂性土地基中桩距设计方法主要有二种：第一种方法假定挤密后土体颗粒增多而体积不变，第一种方法假定挤密后土体颗粒增多而体积不变，由加固后要求的孔隙比计算出砂桩的间距；第二由加固后要求的孔隙比计算出砂桩的间距；第二种方法是以灌砂率为参数，绘出天然地基标贯值、种方法是以灌砂率为参数，绘出天然地基标贯值、砂桩地基桩土间标贯值之间关系曲线，借以求出砂桩地基桩土间标贯值之间关系曲线，借以求出砂桩间距和灌砂量。砂桩间距和灌砂量。 1、根据孔隙比要求设计、根据孔隙比要求设计 设砂桩的布置如图4.2-1所示。假定在松

11、散砂土中打入砂桩能起到100%的挤密效果,即成桩过程中地面没有隆起或下沉现象,被加固的砂土没有流失。设一根砂桩所分担的加固面积为A,桩截面面积为Ap,桩距为L,单位深度灌砂量为q,原砂土地基单位深度的平均体积为Vo。其中砂固相颗粒体积为Vs,见图4.2-2。 图中 Vv为天然地基中单位深度加固区的孔隙，Vv为加固挤密后的孔隙。 当桩距为正方形布置时： 处理前体积 V0=L21=Vs（1+e0） （4.2-1） 处理后体积 V1=Vs（1+e1）=V0-q=V0-Ap1 （4.2-2） 式中：e0=Vv/Vs e1=Vv/Vs 由式（4.2-1） 、 （4.2-2）可得： 00010111VAV

12、eeVVp （4.2-3） 0101eeeAp 201001LeeeV （4.2-4） 设桩体直径为 d，则 Ap=24d 正方形布置时：L=0.90d1001eee （4.2-5） 等边三角形布置时：L=0.95d1001eee （4.2-6） 地基挤密后要求达到的孔隙比 e1可由两种方法确定： （1）根据工程对地基承载力的要求，结合设计规范，给出砂土要求的密实度，从而推算出加固后的孙隙比 e1。 （2）根据工程的抗震要求，确定加固后地基的相对密实度Dr，再按下式求得： e1=emax - Dr(emax-emin) (4.2-7) 式中：emax、emin分别为砂土的最大和最小孔隙，可按国

13、家标准土工试验方法标准 （GBJ12388）的有关规定确定；Dr相对密实度，可取 0.700.85。 无粘性土紧密状态指标 相对密度n然而，由于砂土的密实度还与砂粒的形状、粒径级配有关（比如，疏松的级配良好的砂土的孔隙比，有时要比紧密的颗粒均匀的砂土的孔隙比小），因此仅采用天然孔隙比作为砂土紧密状态的分类指标缺乏概括性。maxmaxminreeDee紧密状态Dr密实0.67-1中密0.33-0.67稍密0.2-0.33松散0-0.2新规范规定：新规范规定： 砂石桩的间距应通过现场试验确定，对于砂石桩的间距应通过现场试验确定，对于粉土和砂土地基不宜大于砂石桩直径的粉土和砂土地基不宜大于砂石桩直径

14、的4.5倍；对于粘性土地基不宜大于砂石桩直径倍；对于粘性土地基不宜大于砂石桩直径的的3倍，也可按以下公式进行估算：倍，也可按以下公式进行估算： （1）砂土地基和松散粉土地基可根据挤密）砂土地基和松散粉土地基可根据挤密后要求达到的孔隙比后要求达到的孔隙比e1来确定：来确定：)(189. 0:195. 0:minmax1max1100100eeDeeeeedseeedsr正三角形布桩等边三角形布桩式中式中s 砂石桩的间距；砂石桩的间距；Dr1 地基处理后要求达到的相对密度地基处理后要求达到的相对密度,可取可取0.70.85；e1地基处理后要求达到的孔隙比密度。地基处理后要求达到的孔隙比密度。修正系

15、数，当考虑振动下沉密实作用时，可取修正系数，当考虑振动下沉密实作用时，可取1.11.2, ,不考虑不考虑振动下沉密实作用时，可取振动下沉密实作用时，可取1.0。# 2、根据灌砂率设计、根据灌砂率设计 砂桩单位深度的平均灌砂率可由下式计算： Fv=q/A （4.2-8） 式中：q砂桩单位深度的灌砂量（m3/m） ；A 一 根桩分担的加固面积（m2） 。 （1） 用试算法求 Fv， 先假定一个灌砂率为 Fv， 由图 4.2-3 和图 4.2-4分别查得处理后砂桩中心处的标贯值 Np 和桩间土的标贯值 N1，把Np与 N1代入下式即可求得地基处理的平均贯值1N。 1N =FsNp+(1-Fv)N1

16、(4.2-9) 如果1N与设计要求的标贯值 N1不一致，重新取一个 Fv值，直到计算出的1N与设计要求的 N1相等。这个 Fv就是要求的值，然后再由图 4.2-5 或图 4.2-6 查得所求桩距。 图 4.2-5 和图 4.2-6 是根据一些实际工程的资料作出的， 只有当采用的施工方法与这些实例相同时，才可使用这些曲线设计桩距。 （2）由诺谟图求灌砂率）由诺谟图求灌砂率 Fv。先假定一个 Fv值，由图 4.2-7 求出处理后的平均标贯值1N。 如果所查出的1N与设计要求的标贯值 N1不符时， 可改变 Fv， 直到1N与N1相等。这时的 Fv就是要求的值，再由图 4.2-5 或图 4.2-6 确

17、定桩距。 根据灌砂率设计砂桩应注意的事项： 1）确定天然地基的平均标贯击数 N0时，应考虑砂土密实度分布的不均匀性。 2）地基中含水量对处理效果有很大影响。当砂土处于完全干燥或饱和状态时才可能获得最大的振动密实度。如果砂土含水但并不饱和时，由于毛细压力作用，砂土在荷载作用难以获得好的挤密效果。 3）粘土颗粒含量对处理效果也会有影响。一般以为粘土颗粒含量超过 20%，挤密效果明显降低。 4）地表层约 2m 内桩周土所受约束较小，很难充分挤密，因而要用其它表层压实方法进行处理。 二）粘性土地基中桩距设计二）粘性土地基中桩距设计 粘性土地基中桩距的设计，根据工程要求的不粘性土地基中桩距的设计，根据工

18、程要求的不同，主要有以下两种方法：同，主要有以下两种方法： 1、按地基承载力公式计算、按地基承载力公式计算 其具体步骤为：其具体步骤为： （1）选定桩土应力比）选定桩土应力比n值，其取值范围为值，其取值范围为24，具体数值由天然地基土强度或建筑物的容许变形具体数值由天然地基土强度或建筑物的容许变形而定。当土的不排水抗剪强度而定。当土的不排水抗剪强度Cu=2030kPa时，时，n取取34。天然地基土强度低取大值，强度高取小值；。天然地基土强度低取大值，强度高取小值；建筑物容许变形值小取低值，容许变形大取高值。建筑物容许变形值小取低值，容许变形大取高值。 （2）由天然地基承载力和复合地基要求的承载

19、）由天然地基承载力和复合地基要求的承载力计算面积置换率力计算面积置换率m值值: : 由由:fsp,k=1+m(n-1)fs,k 得得: (3)选定砂桩直径选定砂桩直径,计算砂桩横截面面积计算砂桩横截面面积Ap; (4)由面积置换率计算一根砂桩的分担面积由面积置换率计算一根砂桩的分担面积A; 由由m=Ap/A得得: A=Ap/m (5)根据布桩方式和分担面积根据布桩方式和分担面积A值计算桩距值计算桩距L。 正三角形布置：正三角形布置：L=1.08A1/2 （新规范）（新规范） 正方形布置：正方形布置： L=A1/2 （新规范）（新规范）11/,nffmksksp 六、复合地基六、复合地基 沉降计

20、算沉降计算 经砂桩处理后的复合地基的沉降计算可参考第三章的有关内容。 砂桩复合地基的沉降量应控制在容许范围内，特别对地基沉降敏感的建筑物或构筑物，必须进行验算。 第五章第五章 石灰桩石灰桩 石灰桩是指用人工或机械在地基中成孔后石灰桩是指用人工或机械在地基中成孔后,灌入生石灰块灌入生石灰块(或在生石灰块中掺入适量的水硬性或在生石灰块中掺入适量的水硬性掺合料掺合料,如粉煤灰、火山灰等如粉煤灰、火山灰等)，经振密或夯压后，经振密或夯压后形成的桩柱体。形成的桩柱体。 用石灰桩加固软弱地基用石灰桩加固软弱地基,不同的土质会产生不不同的土质会产生不同的加固效果。如果被加固土的渗透系数太小同的加固效果。如果

21、被加固土的渗透系数太小,不不利于软土脱水固结；如果被加固土的渗透系数太利于软土脱水固结；如果被加固土的渗透系数太大大,石灰石灰难难以密实。根据国内外的工程经验以密实。根据国内外的工程经验,石灰石灰桩适用于处理桩适用于处理杂填土、素填土、饱和粘性土、淤杂填土、素填土、饱和粘性土、淤泥质土和淤泥等泥质土和淤泥等。51 石灰桩的加固机理石灰桩的加固机理 51 石灰桩的加固机理石灰桩的加固机理 石灰桩的加固机理可从桩间土、桩身和复合石灰桩的加固机理可从桩间土、桩身和复合地基三个方面进行分析。地基三个方面进行分析。 一、一、 桩间土桩间土 1成孔挤密作用成孔挤密作用 如果石灰桩施工是采用振动沉管法成孔，

22、则如果石灰桩施工是采用振动沉管法成孔，则会对桩间土产生挤密作用，其挤密效果与石灰桩的会对桩间土产生挤密作用，其挤密效果与石灰桩的置换率、土质情况、上覆土压力及地下水状况等有置换率、土质情况、上覆土压力及地下水状况等有关。但对灵敏度高的饱和软粘土，成桩过程会破坏关。但对灵敏度高的饱和软粘土，成桩过程会破坏土的结构，这样不仅不会挤密桩间土，还会降低土土的结构，这样不仅不会挤密桩间土，还会降低土的强度。另外，对饱和软粘土，成桩后地面会隆起，的强度。另外，对饱和软粘土，成桩后地面会隆起，更使挤密效果减弱。更使挤密效果减弱。 若用人工成孔或钻孔施工方法成孔，就不若用人工成孔或钻孔施工方法成孔，就不存在挤

23、密作用存在挤密作用. 2吸水、升温和膨胀作用吸水、升温和膨胀作用 由于水化反映过程要吸收较多的水，并产生由于水化反映过程要吸收较多的水，并产生升温汽化现象，使地基中含水量下降，孔隙比减升温汽化现象，使地基中含水量下降，孔隙比减小，桩间土抗剪强度得到提高（提高的幅度与置小，桩间土抗剪强度得到提高（提高的幅度与置换率有关）。若采用换率有关）。若采用10%的置换率的置换率,，当石灰吸收，当石灰吸收的水全部是土孔隙中的水时，则土的平均失水量的水全部是土孔隙中的水时，则土的平均失水量约为约为8%9%，若石灰桩间距为，若石灰桩间距为3倍的桩径，采用倍的桩径，采用正三角形布置时，置换率约为正三角形布置时，置

24、换率约为9%，实测土的失水，实测土的失水率为率为5%。地基土降低。地基土降低5%9%的含的含水水量，只能使量，只能使土的承载力提高土的承载力提高15%20%，因此，吸水升温而，因此，吸水升温而提高的承载力的一般幅值为提高的承载力的一般幅值为15%20%。 生石灰水化时，对桩间土产生较大的挤压力，生石灰水化时，对桩间土产生较大的挤压力，使桩间土密实度提高，这将有助于提高地基的强使桩间土密实度提高，这将有助于提高地基的强度。度。 3胶凝及离子交换作用胶凝及离子交换作用 粘土颗粒表面带负电，从而由吸附作用形成粘土颗粒表面带负电，从而由吸附作用形成一个扩散双电层，扩散双电层的存在使土具有可一个扩散双电

25、层，扩散双电层的存在使土具有可塑性，扩散双电层越厚，土的抗剪强度越小，生塑性，扩散双电层越厚，土的抗剪强度越小，生石灰水化反应过程中产生的二价钙离子（石灰水化反应过程中产生的二价钙离子（Ca2+）与扩散双电层中的一价离子与扩散双电层中的一价离子Na+、k+发生离子交发生离子交换作用，交换的结果使扩散双电层变薄，粘土颗换作用，交换的结果使扩散双电层变薄，粘土颗粒间的结合力增强形成团粒结构，从而使土的塑粒间的结合力增强形成团粒结构，从而使土的塑性减小，抗剪强度提高。性减小，抗剪强度提高。 粘土中的二氧化硅和氧化铝与水化过粘土中的二氧化硅和氧化铝与水化过程中产生的程中产生的Ca(OH)Ca(OH)2

26、 2发生化学反应，生成水发生化学反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等水化产物，与粘化硅酸钙、水化铝酸钙等水化产物，与粘土颗粒粘在一起形成网状结构，增强了颗土颗粒粘在一起形成网状结构，增强了颗粒间的联结作用，改善了土的物理力学性粒间的联结作用，改善了土的物理力学性能。能。 由于上述作用，往往在石灰桩周围形由于上述作用，往往在石灰桩周围形成一圈成一圈210cm厚的硬壳层。厚的硬壳层。 （二）桩身（二）桩身 生石灰桩具有一定的强度和刚度，可以提高地基的承载力和改善地基的变形特性。 石灰桩桩身的强度与上覆压力和龄期有关，见图 5.1-1 和图 5.1-3，图 5.1-2 为膨胀率与上覆压力的关系。 图图

27、 5.1-1 抗压强度与上覆压力的关系抗压强度与上覆压力的关系 图图 5.1-2 膨胀率与上覆压力关系膨胀率与上覆压力关系 图 5。1-3 石灰桩应用的一个重要问题是防止出现“软心”现象，即桩周呈硬壳而中间呈软膏状态，使桩身缺少必要的强度。 三、复合地基三、复合地基 石灰桩复合地基承载力由三部分构成：石灰桩复合地基承载力由三部分构成：桩身强度；桩身强度；桩间土；桩周形成的硬壳层桩间土；桩周形成的硬壳层。由于硬壳层的形成需要。由于硬壳层的形成需要一个长期过程，在设计时一般不作考虑而作为安全贮备。一个长期过程，在设计时一般不作考虑而作为安全贮备。根据国内外实测数据，根据国内外实测数据，石灰桩复合地

28、基的桩土应力比一般石灰桩复合地基的桩土应力比一般为为2.55.0。 要提高复合地基的承载力可从两方面着手，即要提高复合地基的承载力可从两方面着手，即提高桩提高桩身强度与增加桩间土的加固效果。但应注意身强度与增加桩间土的加固效果。但应注意：桩间土的：桩间土的承载力应协调。既要保证桩身有较大的强度，又没必要过承载力应协调。既要保证桩身有较大的强度，又没必要过大增大桩身强度。桩身吸水量的增加有助于改善桩间土大增大桩身强度。桩身吸水量的增加有助于改善桩间土的物理力学性能，但吸水量过多又使桩身强度降低，为使的物理力学性能，但吸水量过多又使桩身强度降低，为使两者兼备有时必须采用较大的置换率。因此在提高复合

29、地两者兼备有时必须采用较大的置换率。因此在提高复合地基承载力时要进行综合考虑，确定桩间土强度、桩身强度基承载力时要进行综合考虑，确定桩间土强度、桩身强度和造价之间的最优关系。和造价之间的最优关系。 1. 提高桩间土加固效果的方法提高桩间土加固效果的方法 (1)采用优质生石灰。生石灰中纯采用优质生石灰。生石灰中纯CaO含量越高，水化反应能力越大。含量越高，水化反应能力越大。 (2)增加石灰桩的置换率。增加石灰桩的置换率。 (3)在相同置换率的情况下，采用在相同置换率的情况下，采用“细而细而密密”的布桩方案。的布桩方案。 2.提高桩身强度的方法提高桩身强度的方法 (1)石灰桩具有一定的初始密度并且

30、吸水过程石灰桩具有一定的初始密度并且吸水过程中有一定的约束力限制其自由胀发。满足这两个中有一定的约束力限制其自由胀发。满足这两个条件就可避免产生条件就可避免产生“软心软心”现象，并且桩身具有现象，并且桩身具有一定的强度。当填充密度为一定的强度。当填充密度为1.57t/m3，上覆压力，上覆压力大于大于50kPa时，石灰吸水并不软化。时，石灰吸水并不软化。 具体措施如下：控制填料量，采用较大的具体措施如下：控制填料量，采用较大的充盈系数（如充盈系数（如1.61.7）、夯实桩体填料等；桩）、夯实桩体填料等；桩顶采用粘土或其它不透水材料封顶，增加石灰桩顶采用粘土或其它不透水材料封顶，增加石灰桩膨胀时的

31、约束力；用砂等充填料填充石灰桩的膨胀时的约束力；用砂等充填料填充石灰桩的孔隙，充分发挥生石灰的膨胀力。孔隙，充分发挥生石灰的膨胀力。 （2）桩身掺入活性材料，如粉煤灰、火山灰）桩身掺入活性材料，如粉煤灰、火山灰等。工程中多采用粉煤灰。等。工程中多采用粉煤灰。 石灰桩身中掺入粉煤灰或火山灰后，由于石灰桩身中掺入粉煤灰或火山灰后，由于其中含有丰富的其中含有丰富的SiO2、Al2O3、Fe2O3等成分，等成分，能与生石灰产生一系列的化学反应，生成能与生石灰产生一系列的化学反应，生成具有一定强度和水硬性的水化硅酸钙具有一定强度和水硬性的水化硅酸钙CaOSiO2（n+1）H2O、水化铝酸钙水化铝酸钙Ca

32、OAl2O3(n+1)H2O和水化铁酸钙和水化铁酸钙CaOFe2O3(n+1)H2O，增加了桩身强度，增加了桩身强度。 5.2 石灰桩的设计计算石灰桩的设计计算 石灰桩的设计方法多以经验为主石灰桩的设计方法多以经验为主,对无对无石灰桩应用经验的地区石灰桩应用经验的地区,在确定方案前应进在确定方案前应进行成桩工艺、桩身材料配合比、地基加固行成桩工艺、桩身材料配合比、地基加固效果等有关试验效果等有关试验,以证实石灰桩方案的可行以证实石灰桩方案的可行性并取得合理的设计和工艺参数。性并取得合理的设计和工艺参数。 石灰桩主要固化剂为生石灰和外加掺合石灰桩主要固化剂为生石灰和外加掺合料，掺合料为粉煤灰、火

33、山灰和炉碴等工料，掺合料为粉煤灰、火山灰和炉碴等工业废料。生石灰和掺合料的体积比为业废料。生石灰和掺合料的体积比为1:1或或1:2，而对于加固淤泥、淤泥质土等软土可，而对于加固淤泥、淤泥质土等软土可适当增加生石灰用量。为了提高桩身强度，适当增加生石灰用量。为了提高桩身强度，还可掺加石膏、水泥等外加剂。还可掺加石膏、水泥等外加剂。 石灰桩的设计内容包括：桩径、桩长、桩石灰桩的设计内容包括：桩径、桩长、桩距、承载力及沉降等。距、承载力及沉降等。 一桩径一桩径 桩径主要由当地施工条件决定，一般为桩径主要由当地施工条件决定，一般为150400mm。二桩的布置二桩的布置 石灰桩的布置方式一般为正方形或正

34、三角形。膨胀前的置换率： 正方形布置 m=0.785(d/l)2 (5.2-1) 正三角形布置 m=0.907(d/l)2 (5.2-2) 膨胀后的置换率：m=m (5.2-3) 式中：d石灰桩桩径；l石灰桩桩距；石灰桩膨胀率，按表 5.2-1 选用。 表表 5.2-1 不同掺合不同掺合料的确石灰桩膨胀率参考值料的确石灰桩膨胀率参考值 纯石灰桩 2:8(粉煤灰:生石灰) 3:7(粉煤灰:生石灰) 2:8(火山灰:生石灰) 3:7(火上灰:生石灰) 1.21.5 1.151.40 1.101.35 1.101.35 1.051.25 注：桩身约束力大时取小值。 石灰桩的布桩范围应超出基础一定的宽

35、度，对条形基础，在软土地区宜取基础宽度的 2倍，对大面积加固通常要增设 23 排围护桩。 三桩距三桩距 桩距宜用试验确定，要满足地基承载力和变形的要桩距宜用试验确定，要满足地基承载力和变形的要求，一般为桩径的求，一般为桩径的3倍左右。对淤泥和淤泥质土可取倍左右。对淤泥和淤泥质土可取23倍桩径，若土质好可适当放宽。倍桩径，若土质好可适当放宽。 四桩长四桩长 桩的长度取决于石灰桩的加固目的和上部结构的条件。桩的长度取决于石灰桩的加固目的和上部结构的条件。 (1)对变形要求较高的建筑物地基，桩长宜达到计算压对变形要求较高的建筑物地基，桩长宜达到计算压塑层底部；塑层底部； (2)对用于地基稳定目的的石

36、灰桩，桩长应穿过可能的对用于地基稳定目的的石灰桩，桩长应穿过可能的滑动面；滑动面； (3)对其它情况，可采用复合垫层法确定桩长，即把对其它情况，可采用复合垫层法确定桩长，即把 加固土层看作硬层，和未加固的软弱下卧层组成双层地基，加固土层看作硬层，和未加固的软弱下卧层组成双层地基，应满足软弱下卧层的承载力要求，并使其复合地基沉降控应满足软弱下卧层的承载力要求，并使其复合地基沉降控制在容许范围之内。制在容许范围之内。 五承载力计算五承载力计算 确定石灰桩复合地基承载力的方法有现场荷确定石灰桩复合地基承载力的方法有现场荷载试验和计算方法。载试验和计算方法。 现场荷载试验方法可参考有关规定进行。现场荷

37、载试验方法可参考有关规定进行。 计算方法可采用一般复合地基承载力特征值计算方法可采用一般复合地基承载力特征值计算公式：计算公式： fsp,k=1+m(n-1) f s,k (5.2-4) 式中：式中：f s,k加固后桩周土承载力特征值。加固后桩周土承载力特征值。 公式中公式中m 受石灰质量、掺合料配合比、桩体受石灰质量、掺合料配合比、桩体密实度、桩周土质等情况的影响密实度、桩周土质等情况的影响,宜由现场试验确宜由现场试验确定定,但也可按但也可按m=m 估算。估算。 桩土应力比桩土应力比n一般采用一般采用n=35。 加固后桩周土的承载力标准值加固后桩周土的承载力标准值f s,k 可按加固可按加固

38、后桩间土的平均含水量后桩间土的平均含水量w，孔隙比孔隙比e等物理指标查等物理指标查有关现行规范而得。有关现行规范而得。 CZ-22 型冲击钻机型冲击钻机 1电动机；2冲连杆；3主轴；4压轮； 5钻具天车；6桅杆；7钢丝绳；8抽轴天车 六沉降计算六沉降计算参照复合地基参照复合地基. 本讲重点本讲重点 1、了解砂桩（散体）、石灰桩（柔性桩）、了解砂桩（散体）、石灰桩（柔性桩）的适用范围；的适用范围； 2、了解砂桩、石灰桩的加固机理；、了解砂桩、石灰桩的加固机理； 3、掌握砂桩、石灰桩的在地基加固中的加、掌握砂桩、石灰桩的在地基加固中的加固范围原则；（类似：稍有差异）固范围原则；（类似：稍有差异）

39、4、掌握砂桩、石灰桩的桩长确定原则；、掌握砂桩、石灰桩的桩长确定原则；（砂桩前两点与石灰桩前三点类似，砂桩（砂桩前两点与石灰桩前三点类似，砂桩第三点针对液化处理）第三点针对液化处理）本讲重点本讲重点 5、砂桩设计重点之一、砂桩设计重点之一砂桩桩距的确定：砂桩桩距的确定： （1）掌握在砂土地基中的确定方法：）掌握在砂土地基中的确定方法： （2）掌握在粘土地基中按地基承载力的确）掌握在粘土地基中按地基承载力的确定方法。（定方法。（5步）步） 6、了解石灰桩复合地基承载力计算与一般、了解石灰桩复合地基承载力计算与一般复合地基承载力的复合地基承载力的异同异同。 7、整体上把握砂桩、石灰桩的设计内容。、整体上把握砂桩、石灰桩的设计内容。 思考题： 1、（1）砂石桩适用于哪些类型地基处理？（2）其桩间距和桩长如何确定？ （1）要点：（A）砂桩适用于松散砂土、砂桩适用于松散砂土、人工填土、粉土和杂填土的地基处理。人工填土、粉土和杂填土的地基处理。 （B B）饱和粘性土地基对变形控制要求不严）饱和粘性土地基对变形控制要求不严的工程也可采用砂市桩置换处理。砂石桩的工程也可采用砂市桩置换处理。砂石桩法也可处理可液化地基。法也可处理可液化地基。（2 2） 桩间距确定要点桩间距确定要点 ： 砂石桩的间距应通过现场试验确定，对于砂石桩的间距应通过现