石灰桩法地基加固讲义课件（33内容丰富）

第八章石灰灰桩法定义发展历史分类加固机理设计施工检验1定义：指采用机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、、炉渣、火山山灰等掺和料料及少量外加加剂的生石灰灰混合料，并并进行振密或或夯实而形成成的石灰桩桩桩体，该桩体体与经过改良良后的桩周土土共同承担上上部建筑物载载荷。属属复合合地基中的低低粘结强度的的柔性桩石灰桩法1加固机理和适适用范围21加固机理和适适用范围石灰桩法发展历史我国将石灰作作为建筑材料料利用，始于于距今五、六六千年前的仰仰韶文化时期期。西方最早早的石灰窖大大约建于公元元前2000年，几乎所有有古代文明的的民族都懂得得烧制石灰。。用石灰加固软软弱地基至少少有2000年的历史，但但直到上世纪纪中叶，不论论在我国还是是国外，大多多属于表层或或浅层处理，，例如用3:7或2:8的灰土夯实作作为路基和房房基；或将生生石灰直接投投入软土层，，用木夯夯实实，使土挤密密、干燥和变变硬。由此，，发展到用木木槌在土中冲冲孔，在土中中投入生石灰灰块，经吸水水膨胀形成桩桩体，其深度度一般在300～500mm。31加固机理和和适用范围围石灰桩法发展历史我国与1953年开始对石石灰桩进行行了研究，，当时天津津大学与天天津市等单单位对生石石灰的基本本性质、加加固机理、、设计和施施工等方面面进行了系系统的研究究，由于当当时的条件件，施工系系手工操作作，桩径仅仅100～200mm，长度仅2m，又因为发发现桩中心心软弱等问问题，所以以工作未能能继续。1975年～1980年间，北京京铁路局勘勘测设计所所、同济大大学等单位位进行了石石灰桩与其其它加固方方法对比试试验研究，，证明了石石灰桩的良良好加固效效果。41加固机机理和和适用用范围围石灰桩桩法发展历历史直到1981年后，，江苏苏省建建筑设设计院院对东东南沿沿海的的大面面积软软土地地基采采用生生石灰灰与粉粉煤灰灰掺和和料进进行加加固，，仅南南京市市采用用生石石灰桩桩加固固了50余幢房房屋的的软土土地基基，加加固面面积达达3万m2，取得得了较较好的的经济济技术术效果果；其后浙浙江省省建筑筑科学学研究究所与与湖北北省建建筑科科学研研究院院等单单位相相继展展开了了试验验研究究和工工程实实践应应用，，都作作出了了卓有有成就就的工工作。。51加固机机理和和适用用范围围石灰桩桩法发展历历史在国外外，60年代期期间，，德、、美、、英、、法、、原苏苏联、、日、、瑞典典、澳澳大利利亚等等国纷纷纷开开展石石灰加加固软软基的的研究究和应应用，，现代代化机机械施施工加加大了了桩长长的应应用，，拓宽宽了应应用领领域。。61加固机机理和和适用用范围围石灰桩桩法种类1.块灰灌灌入法法（亦亦称石石灰桩桩法））采用钢钢套管管成孔孔，在在孔内内灌入入新鲜生生石灰灰块，或在在石灰灰块中中掺入入适量量的水水硬性性掺和和料粉粉煤灰灰和火火山灰灰，配配合比比一般般为8:2或7:3。在拔拔管的的同时时进行行振密密和挤挤密。。利用用生石石灰吸吸取桩桩周土土体中中水分分进行行水化化反应应，此此时生生石灰灰的吸吸水、、膨胀胀、发发热及及离子子交换换作用用，使使桩四四周土土体的的含水水量降降低、、孔隙隙减小小，土土体挤挤密和和桩体体硬化化。71加固机机理和和适用用范围围石灰桩桩法种类2.粉灰搅搅拌法法（亦亦称石石灰柱柱法））是粉体体喷射射搅拌拌法中中的一一种。。原料料为石灰粉粉，通过过特制制的搅搅拌机机械将将石灰灰粉加加固料料与原原位软软土搅搅拌均均匀，，促使使软土土硬结结，形形成石石灰（（土））桩。。83.石灰浆浆压力力喷注注法压力注注浆法法的一一种，，用压压力将将石灰浆浆或石石灰和和粉煤煤灰浆浆喷注于于地基基的孔孔隙或或预先先钻好好的钻钻孔内内，使使灰浆浆在地地基中中扩散散或硬硬凝形形成不不透水水的网网状结结构层层。用于处处理膨膨胀土土，加加固堤堤岸岸岸坡，，整治治易于于下沉沉的铁铁路路路基。。91加固机机理和和适用用范围围石灰桩桩法加固机机理1.置换作作用2.吸水、、升温温使桩桩间土土强度度提高高胶凝、、离子子交换换和钙钙化作作用使使桩周周土强强度提提高挤密作作用排水固固结作作用加固层层的减减载作作用101加固机机理和和适用用范围围石灰桩桩法1.置换作作用由于石石灰桩桩桩体体具有有桩间间土更更大的的强度度（抗抗压强强度约约0.5~1MPa），通通过这这种置置换作作用，，形成成复合合地基基，从从而达达到提提高地地基承承载力力和减减小沉沉降的的目的的。111加固机机理和和适用用范围围石灰桩桩法2.吸水、、升温温使桩桩间土土强度度提高高软粘土土的含含水量量一般般为40％～80％，1Kg生石灰灰的消消化反反应要要吸收收0.8~0.9Kg的水，，同时时在理理论上上将放放出1172kJ的热量量。我国加加掺和和料的的石灰灰桩，，桩内内温度度最高高到200～400摄氏度度。桩桩间土土的温温度升升高滞滞后于于桩体体，在在正常常情况况下，，桩间间土的的温度度最高高可达达40～50度，其其土体体产生生一定定的气气化脱脱水。。吸水和和升温温脱水水，从从而使使土体体含水水量下下降，，土体体产生生固结结，孔孔隙减减小，，土体体颗粒粒靠拢拢挤密密，加加固区区的地地下水水位也也有一一定的的下降降。桩桩间土土的抗抗剪强强度得得到提提高。。121加固机机理和和适用用范围围石灰桩桩法3.胶凝、、离子子交换换和钙钙化作作用使使桩周周土强强度提提高石灰桩桩与桩桩间土土之间间能够够产生生离子子交换换。生石灰灰吸水水生成成的Ca(OH)2一部分分与土土中二二氧化化硅和和氧化化铝长长生反反应，，生成成水化化硅酸钙钙、水水化铝铝酸钙钙等。水化物物对土土体颗颗粒起起胶结结作用用，使使土聚聚集体体积增增大，，并趋趋于紧紧密。。加固土体体粘粒含含量减少少，说明明颗粒胶胶结根本本上变了了土的结结构，石石灰桩体体与四周周土体接接触处形形成硬壳体，提高了了土的强强度。且且随着龄龄期增加加，强度度也会逐逐渐提高高。131加固机理理和适用用范围石灰桩法法1）成桩挤挤密作用用石灰桩施施工时是是由振动动钢管下下沉成孔孔，使桩桩间土产产生挤压压和排土土作用，，其挤密密效果与与土质、、上覆压压力及地地下水状状况等有有密切关关联。一一般地基基土的渗透性愈大，打打桩挤密密效果越越好；挤挤密效果果地下水水位以上上比以下下的要好好。2）膨胀挤挤密作用用石灰桩在在成孔后后贯入生生石灰便便吸水膨膨胀，使使桩间土土收到强强大的挤压力，这对地地下水位位一下软软粘土的的挤密起起主导作作用。测测试结果果表明：：根据生生石灰质质量高低低，在自自然状态态下熟化化后其体体积可增增加1.5～3.5倍，即体体膨胀系系数为1.5～3.5。4.挤密作用用141加固机理理和适用用范围石灰桩法法5.排水固结结作用试验分析析结果表表明，石石灰桩桩桩体的渗渗透系数数一般为为10-5～10-3cm/s，亦相当当于细砂砂。由于于其桩间间距较小小（一般般为2～3倍桩径）），水平平排水路路径很短短，具有有较好的的排水固固结作用用。从建建筑物沉沉降记录录表明，，建筑竣竣工开始始，其沉沉降已基基本稳定定。151加固机理理和适用用范围石灰桩法法6.加固层的的减载作作用石灰桩的的密度为为8kN/m，显著小小于土的的密度，，即使桩桩体饱和和后，其其密度也也小于土土的天然然密度。。当采用用排土成成桩时，，加固层层的自重重减小，，作用在在下卧层层的自重重应力显显著减小小，即减减小了下下卧层顶顶面的附加应力力。采用不排排土成桩桩时，对对于杂填填土和砂砂类土等等，由于于成孔挤挤密了桩桩间土，，加固层层的重量量变化不不大。对对于饱和和粘性土土，成孔孔时土体体将隆起起或侧向向挤出，，加固层层的减载载作用仍仍可考虑虑。16石灰桩法法1.桩孔直径径的选用用2.填料选用用3.桩位布置置和桩距距设计4.桩长设计计5.垫层6.布桩范围围的确定定7.承载力计计算2设计2设计172设计石灰桩法法桩孔直径径根据工工程地基基条件和和采用的的施工方方法和机机具确定定，一般般选用300~500mm。1.桩孔直径径的选用用2.填料选用用石灰桩的的材料以以生石灰灰为主，，生石灰灰选用现现烧的并并过筛，，粒径一一般为50mm以下，含含粉量不不得超过过总重量量的20％，CaO含量不低低于70％，其中中夹石或或其他杂杂物不大大于5％。掺和料优优先选用用粉煤灰、、火山灰灰、炉渣渣等工业废废料、生生石灰与与掺和料料的配合合比宜根根据地质质情况确确定，生生石灰与与掺和料料的体积积比可选选用1:1或1:2，对于淤淤泥、淤淤泥质土土等软土土可适当当增加生生石灰用用量，桩桩顶附近近生石灰灰用量不不宜过大大。当掺掺石膏和和水泥时时，掺加加量为生生石灰的的3%~10%。182设计石灰桩法法3.桩位布置置和桩间间距设计计桩位布置置：一般选用用等边三三角形布布置，也也可采用用正方形形或矩形形布置。。桩间距距一般选选用桩孔孔直径的的2.5~3.5倍。具体体尺寸应应该根据据复合地地基承载载力公式式来计算算。复合合地基极极限承载载力的表表达式为为：式中：pcf为复合地地基极限限承载力力；Ppf为石灰桩桩极限承承载力，，由现场场试验确确定选用用值；λ为桩间土土强度发发挥程度度。Psf为桩间土极极限承载载力，由由试验确确定选用用值。（1）192设计石灰桩法法3.桩位布置置和桩间间距设计计对于等边边三角形形，复合合地基置置换率m表达式为为：式中：L---桩孔中心心距；d----桩孔直径径；（2）202设计石灰桩法法3.桩位布置置和桩间间距设计计可得到等等边三角角形布置置的桩孔孔间距S，为类似，对对于正方方形布置置的桩孔孔间距S，为值得注意意的是：：石灰桩桩桩间距距与桩间间土强度度有关。。随着桩桩间距增增大，由由于桩体体的物理理化学作作用引起起的桩间间土强度度的提高高减弱，，桩间土土强度降降低。在在式（1）的应用用中应该该考虑这这一点。。212设计石灰桩法法4.桩长设计计桩的长度度取决与与石灰桩桩的加固固目的和和上部结结构的条条件（1）如果加加固目的的是为了了形成一一个压缩缩小的垫层，则桩长长可较小小，一般般可取2～4m。洛阳铲成孔时不不宜超过过6m；机械成成孔外投投料时，，桩长不不宜超过过8m；螺旋钻成孔及管管内投料料时可适适当增加加。（2）若加固固目的是是为了减减少沉降降，则就就需要较较长的桩桩。如果果为了解解决深层层滑动问问题，也也需要较较长的桩桩，保证证桩身穿穿过滑动动面。（3）根据加加固区下下卧层承承载力要要求和建建筑物沉沉降来确确定（4）取决于于施工机机具及施施工工艺艺水平，，一般小小于8m。22式中pz－加固区区下卧层层顶面处处附加压压力（kPa）pcz－加固区区下卧层层顶面处处自重压压力（kPa）faz－加固区区下卧层层顶面经经深度修修正后的的地基承承载力特特征值（（kPa），宜通通过试验验确定。。下卧土层层承载力力：2设计石灰桩法法23式中Ec－复合地地基压缩缩模量；；m－复合地地基置换换率；Ep－石灰桩桩桩体压压缩模量量；Es－桩间土土压缩模模量。建筑物沉沉降量控控制：2设计石灰桩法法24（1）当地基基需要排排水通道道时，可可在桩顶顶以上设设200～300mm厚的砂石石垫层。。因为石灰灰桩属可可压缩性性桩，一一般情况况桩顶可可不设垫垫层。其其渗透系系数一般般为10-5～10-3cm/s，可作为为排水通通道。（2）石灰桩桩宜留500mm，以上的的孔口高高度，并并用含水水量适当当的粘性性土封口口，封口口材料务务必夯实实。2设计石灰桩法法5.垫层石灰桩加加固范围围宜大于于基础宽宽度，当当大面积积满堂布布桩时，，一般在在基础外外缘增布布1~2排石灰桩。。6.布桩范围围的确定定25（1）复合地基基承载力特特征值不宜宜超过160MPa，当土质较较好且采取取保证桩身身强度的措措施时，经经过试验后后可适当提提高。（2）其复合地地基承载力力特征值应应通过单桩桩或多桩复复合地基载载荷试验确确定。（3）初步设计计时可按一一般散体材材料桩的复复合地基承承载力公式式估算：2设计石灰桩法7.承载力计算算263施工石灰桩法3施工在地基中设设置石灰桩桩通常有4种方法：（1）沉管法成成孔提管投投料压实法法；（2）沉管法成成孔投料提提管压实法法；（3）挖孔填料料夯实法；；（4）长螺旋钻钻施工法。。273施工石灰桩法（1）沉管法成成孔提管投投料压实法法是采用沉管管打桩机在在地基中沉沉管成孔，，然后提管管-填料-压实-再提管-再填料-再压实，重重复直至成成桩，再填填土封口压压实。封口口土体高度度不宜小于于0.5m。孔口封土土高度应高高于地面，，防止地面面水浸泡桩桩顶。施工