挤密桩法之石灰桩35清楚明了

山东科技大学王清标17挤密桩法7.1概述7.2碎石桩和砂桩7.3石灰桩7.4灰土挤密桩和土挤密桩山东科技大学王清标27.3石灰桩一石灰桩概念与适用范围

以生石灰为主要固化剂与粉煤灰或火山灰、炉渣、矿渣、粘性土等掺合料按一定的比例均匀混合后，在桩孔中经机械或人工分层振压或夯实所形成的密实桩体。石灰桩与经改良的桩周土共同组成石灰桩复合地基。在生石灰块中掺人粉煤灰所形成的桩被称为“二灰桩”，掺入砂子的桩被称为“石灰砂桩”。

石灰桩径200～400mm，桩长不超过35m。但在日本加固深度可达60m，成柱直径800～1750mm。山东科技大学王清标3按用料和施工工艺将石灰桩可分为以下三大类：

（1）石灰桩法（石灰块灌人法）可在生灰块中掺人粉煤灰和火山灰，配合比8∶2或7∶3。

（2）石灰柱法（粉灰搅拌法）是粉体喷射搅拌法的一种，所用的原材料是石灰粉。

（3）石灰浆压力喷注法采用压力将石灰浆或石灰—粉煤灰（二灰）浆喷射注于地基土的孔隙内或预先钻进桩孔内，使灰浆在地基土中扩散和硬凝，形成网状结构层。山东科技大学王清标4适用范围：石灰桩法适用于处理饱和粘性土、淤泥、淤泥质土、素填土和杂填土等地基；用于地下水位以上的土层时，宜增加掺合料的含水量并减少生石灰用量，或采取土层浸水等措施。采用石灰桩法，可提高地基的承载力，减少沉降量，提高稳定性。山东科技大学王清标5二、石灰桩加固机理CaO+H2O=Ca(OH)2

1、反应过程吸水一、石灰桩反应及特征（1）CaO水化吸水。（2）水化后的熟石灰处于干燥状态，也吸收一部分水分；（3）约束压力增大，吸水量减小，50kPa围压下，1kgCaO吸水0.8～0.9kg。山东科技大学王清标63、体积显著增大CaO水化生成Ca(OH)2后，固相体积比CaO固相体积增大99%，将近一倍。2、生石灰的水化反应为放热反应生石灰在水化过程中，要产生热量，1kg的CaO能放出1160焦耳的热量，热量使地基土温度升高，产生汽化脱水现象，降低地基土的含水量，从而减少土的孔隙比。山东科技大学王清标7二加固机理（一）桩间土作用（1）成孔挤密

（2）膨胀挤密生石灰吸水膨胀，使桩间土产生挤压力。生石灰愈细，膨胀就愈小。自然状态下熟化后其体积增到原来的1.5～3.5倍。

振动沉管法对桩间土体有挤密作用。但对于饱和软粘土，会造成土体结构的破坏，成桩后使地面隆起，所以用人工成孔法或钻孔施工方法成孔。成孔后灌入生石灰后吸水膨胀，使桩间土受到强大的挤压力，这对桩间土的挤密起主导作用。山东科技大学王清标8水化产物对土颗粒产生胶结作用，从而使土聚集，体积增大，并趋于紧密。（3）脱水挤密软粘土的含水量一般为40%～80%，1kg生石灰的消解反应要吸收0.32kg的水。实测桩土的温度在50°C以上，使土产生一定的汽化脱水。1、CaO水化反应要吸收较多的水2、升温汽化现象，使地基中的含水量下降，孔隙比（e）减小，桩间土抗剪强度τf提高，一般提高15%～20%。（4）胶凝作用（5）置换作用：石灰桩桩体比桩间土强度大，置换后形成复合地基。（6）排水固结作用：石灰桩的渗透系数较大；桩间距较小；水平排水路径很短。------具有较好的排水固结作用。（7）加固层的减载作用：石灰桩的密度为8KN/m，显著小于土的密度。山东科技大学王清标9山东科技大学王清标10（二）桩身作用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征。上覆压力越大，龄期越长，桩身强度越高上覆压力抗压强度上覆压力膨胀率龄期抗压强度桩身强度和膨胀率即吸水量有关，吸水量过大，会导致桩自身的软化山东东科科技技大大学学王王清清标标11（三三））复复合合地地基基作作用用复合合地地基基承承载载力力由由三三部部分分组组成成桩身身强强度度、、桩桩间间土土、、桩桩周周硬硬壳壳层层硬壳壳层层的的形形成成需需要要一一个个长长期期的的过过程程，，设设计计时时一一般般不不作作考考虑虑而而作作为为安安全全储储备备。。石灰灰桩桩复复合合地地基基桩桩土土应力力比比一一般般为为2.5～5.0对石石灰灰桩桩复复合合地地基基的的要要求求既能能把把桩桩周周土土中中的的水水吸吸干干，，又能能防防止止桩桩自自身身的的软软化化。。在采采取取了了防防止止桩桩身身软软化化措措施施后后，，桩桩身身可可以以有有较较高高的的强强度度,抗压压强强度度在在400～500kPa,因此此在在复复合合地地基基中中起起主主导导作作用用。。山东东科科技技大大学学王王清清标标12三设设计计计计算算1）桩桩体体掺掺合合料料配配合合比比生石石灰灰与与掺掺合合料料的的体体积积比比可可选选用用1:1或1:2，对对于于淤淤泥泥、、淤淤泥泥质质土土等等软软土土可可适适当当增增加加生生石石灰灰用用量量，，桩桩顶顶附附近近生生石石灰灰用用量量不不宜宜过过大大。。当当掺掺石石膏膏和和水水泥泥时时，，掺掺加加量量为为生生石石灰灰用用量量的的3%～10%。2）桩桩径径、、桩桩距距及及布布桩桩石灰灰桩桩成成孔孔直直径径300～400mm，可可按按等等边边三三角角形形或或矩矩形形布布桩桩，，桩桩中中心心距距可可取取2～3倍成成孔孔直直径径。。石灰灰桩桩可可仅仅布布置置在在基基础础底底面面下下，，当当基基底底土土的的承承载载力力特特征征值值小小于于70kPa时，，宜宜在在基基础础以以外外布布置置1～2排围围护护桩桩。。山东东科科技技大大学学王王清清标标133）桩桩长长加固固目目的的是是为为了了减减少少沉沉降降，，或或为为解解决决深深层层滑滑动动问问题题，，需需较较长长的的桩桩。。采用用洛阳阳铲铲成孔孔，，桩桩长长不不宜宜超超过过6m；机机械械成成孔孔管管外外投投料料时时，，桩桩长长不不宜宜超超过过8m；螺螺旋旋钻钻成成孔孔及及管管内内投投料料时时可可适适当当加加长长。。4）承承载载力力计计算算山东东科科技技大大学学王王清清标标14灰桩桩在在软软土土中中桩桩身身强强度度多多在在0.3～1.0MPa之间间,强度度较较低低。。复复合合地地基基承承载载力力特特征征值值不不宜宜超超过过160kPa。山东东科科技技大大学学王王清清标标155）沉沉降降计计算算石灰灰桩桩复复合合土土层层压压缩缩模模量量宜宜通通过过桩桩身身及及桩桩间间土土压压缩缩试试验验确确定定，，初初步步设设计计时时可可按按下下式式估估算算：：山东东科科技技大大学学王王清清标标16四施施工工技技术术1）材材料料选选用用石灰灰材材料料应应选选用用新新鲜鲜生生石石灰灰块块，，有有效效氧氧化化钙钙含含量量不不宜宜低低于于70%，粒粒径径不不应应大大于于70mm，含含粉粉量量（（即即消消石石灰灰））不不宜宜超超过过15%。掺掺合合料料应应保保持持适适当当的的含含水水量量，，使使用用粉粉煤煤灰灰或或炉炉渣渣时时含含水水量量宜宜控控制制在在30%左右右。。2）施施工工顺顺序序在加加固固范范围围内内施施工工时时，，先先外外排排再再内内排排；；先先周周边边后后中中间间；；单单排排桩桩应应先先施施工工两两端端后后中中间间，，并并按按每每间间隔隔1～2孔的的施施工工顺顺序序进进行行，，不不允允许许由由一一边边向向另另一一边边平平行行推推移移。。如对原建筑物物地基加固，，其施工顺序序应由外及里里地进行；如如临近建筑物物或紧贴水源源边，可先施施工部分“隔隔断桩”将其其施工区隔开开；对很软粘粘性土地基，，应先在较大大距离打石灰灰桩，过28d后再按设计间间距补桩。山东科技大学学王清清标173）成孔方法可采用洛阳铲铲或机械成孔孔。机械成孔孔分为沉管、、冲击、螺旋旋及爆破成孔孔等。（1）沉管法：沉孔最大深度度不超过8m。（2）冲击法：用冲击钻机将将0.6～3.2t锥形钻头提升升0.5～2.0m高度后自由落落下，反复冲冲击，使土层层成孔。孔径径大，孔深不不受限制。（3）螺旋钻进法：桩孔深度不不受设备限制制。（4）爆破破法：：其成成孔工工艺简简便，，不需需要打打桩机机械，，适用用于缺缺少施施工机机械的的建筑筑工程程场地地。可可分为为药眼眼法和和药管管法两两种施施工法法。a药眼法法。此此法适适用于于含水水量不不超过过22%的土层层。b药管法法。此此法适适用于于含水水量较较大土土层。。山东科科技大大学王王清清标184）成桩桩工艺艺可采用用管外外投料料法、、管内内投料料法、、挖孔孔投料料法成成桩。。（1）管外外投料料法管外投投料法法成桩桩工艺艺流程程1.堆放桩桩料2.成下段段孔3.堆填桩桩料4.成下段段孔5.填料6.夯实成成下桩桩身7.填料8.夯实9.封顶山东科科技大大学王王清清标19管外投投料法法施工工要点点：①灌料量量控制制当掺合合料为为粉煤煤灰和和煤渣渣时，，桩料料干密密度达达到10～11kN／m3，可保保证桩桩身密密实度度。确定灌灌料量量时，，将计计算乘乘以1.4的压实实系数数（施施工充充盈系系数））作为为每延延米灌灌料量量。设计桩桩径为为桩管管直径径的1.2～1.4倍，当当桩管管直径径较大大时，，由于于反插插后拔拔管较较大，，要防防止造造成拔拔管困困难。。②打桩桩顺序序应尽量量采用用封闭闭式打打法，，即从从外圈圈向内内圈施施工。。能以以桩身身重量量增加加覆盖盖压力力，减减少地地面隆隆起。。为避免免生石石灰膨膨胀引引起邻邻近孔孔的塌塌孔，，宜间间隔施施打。。山东科科技大大学王王清清标20（2）管内内投料料法与振动动沉管管施工工法类类似，，管内内投料料施工工适用用于地地下水水位较较高的的软土土地区区，不不易形形成桩桩回淤淤而导导致的的桩身身缩颈颈、断断裂等等现象象。（3）挖孔孔投料料法利用洛洛阳铲铲，人人工成成孔，，投料料夯实实。待挖孔孔验收收合格格后，，用小小型污污水泵泵将孔孔内水水排干干。桩桩材每每次拌拌合量量为0.3～0.4m桩长用用料量量，拌拌均匀匀后灌灌人孔孔内，，夯击击密实实。工艺流流程：：定位位→十十字镐镐、钢钢钎或或铁锹锹开口口→工工人洛洛阳铲铲成孔孔→孔孔径、、孔深深检查查→孔孔内抽抽水→→孔口口拌和和桩料料→下下料→→夯实实→再再下料料→再再夯实实→封封口填填土→→夯实实。石灰桩桩法施施工图图片山东科科技大大学王王清清标21五提提高高石灰灰桩复复合地地基承承载力力途径径1）提高高桩身身强度度的方方法（1）增加加桩身身的约约束力力，限限制膨膨胀①采用用灰土土、素素土、、低标标号混混凝土土以及及其他他不透透水材材料压压实封封顶，，利用用施工工机械械前进进式的的打桩桩顺序序等均均可增增加限限制膨膨胀力力的上上覆压压力；；②保证证填筑筑石灰灰的干干密度度为11.6kN／m3，膨胀胀时压压力能能达到到50kPa，则石石灰桩桩吸水水膨胀胀后的的干密密度能能保持持在8.8～8.9kN／m3，能保保证桩桩身不不出现现“软软心””，并并具有有一定定桩身身强度度。（2）桩身身掺加加活性性材料料主要是是高硅硅质材材料，，如火火山灰灰、粉粉煤灰灰等，，实际际工程程中多多用粉粉煤灰灰。如如果同同时再再掺加加一些些石膏膏、水水泥或或铁粉粉，效效果可可能更更佳。。山东科科技大大学王王清清标222）改善善桩间间土加加固效效果的的措施施（1）采用用优质质生石石灰是是改善善桩间间土加加固效效果的的首要要措施施。（2）增加加石灰灰的置置换率率。常常用的的置换换率在在1／11～1／5之间。。（3）在置置换率率相同同的情情况下下，采采取““细而而密””的布布桩方方案，，大大大缩短短桩间间土的的固结结排水水路径径，有有利于于桩间间土的的改善善。（4）在高高含水水量的的软土土中设设置排排水砂砂井等等。山东科科技大大学王王清清标23六质质量量检测测施工检检测宜宜在施施工7～10d后进行行；竣竣工验验收检检测在在施工工后28d后进行行。施工检检测可可采用用静力力触探探、动动力触触探或或标准准贯入入试验验。检检测部部位为为桩中中心及及桩间间土，，每两两点为为一组组。检检测组组数不不少于于总桩桩数的的1%。基竣工工验收收时，，承载载力检检验应应采用用复合合地基基载荷荷试验验。载载荷试试验数数量宜宜为地地基处处理面面积每每200m2左右布布置一一个点点，每每一单单体工工程不不应少少于3点。七工程应应用实实例山东科科技大大学王王清清标247挤密桩桩法7.1概述7.2碎石桩桩和砂砂桩7.3石灰桩桩7.4灰土挤挤密桩桩和土土挤密密桩山东科科技大大学王王清清标257.4灰土挤挤密桩桩和土土挤密密桩一灰灰土土挤密密桩和和土挤挤密桩桩的概概念与与适用用范围围用灰土土分层层夯实实的桩桩体，，称为为灰土挤挤密桩桩；用素素土分分层夯夯实的的桩体体，称称为土挤密密桩。二者者分别别与挤挤密的的桩间间土组组成复复合地地基。。土桩和和灰土土桩法法具有有原位位处理理、深深层挤挤密、、就地地取材材、施施工工工艺多多样、、施工工速度度快和和造价价低廉廉的特特点，，多用用于处处理厚厚度较较大的的湿陷陷性黄黄土或或填土土地基基，有有显著著的技技术经经济效效益，，在我我国西西北和和华北北等地地区已已广泛泛应用用。20世纪60年代中中期，，西安安地区区为解解决杂杂填土土地基基的深深层处处理问问题，，在土土桩挤挤密法法的基基础上上试验验成功功于灰灰土桩桩挤密密法，，并自自20世纪70年代初初起逐逐步推推广应应用。。山东科科技大大学王王清清标26适用范范围：：灰土挤挤密桩桩法和和土挤挤密桩桩法适适用于于处理理地下下水位位以上上的湿湿陷性性黄土土、素素填土土和杂杂填土土等地地基，，可处处理地地基的的深度度为5～15m。当以消消除地地基上上的湿湿陷性性为主主要目目的时时，宜宜选用用土挤挤密桩桩法。。当以提提高地地基土土的承承载力力或增增强其其水稳稳性为为主要要目的的时，，宜选选用灰灰土挤挤密桩桩法。。山东科科技大大学王王清清标27二加加固机机理1）挤密密作用用2）灰土土性质质作用用灰土桩桩是用用石灰灰和土土按一一定体体积比比例（（2:8或3:7）拌和和，这这种材材料在在化学学性能能上具具有气硬性性和水水硬性性，使灰灰土逐逐渐增增加强强度。。3）桩体体作用用灰土桩桩变形形模量量E0=40～200MPa，相当当于夯夯实素素土的的2～10倍。总总荷载载的一一半由由灰土土桩承承担。。三设计计计算山东科科技大大学王王清清标28四施施工工技术术1）成孔孔技术术应按设设计要要求、、成孔孔设备备、现现场土土质和和周围围环境境等情情况，，选用用沉管管（振振动、、锤击击）、、冲击击或爆爆扩等等方法法进行行成孔孔。成孔时时，地地基土土宜接接近最最优（（或塑塑限））含水水量，，当土土的含含水量量低于于12%时，宜宜对拟拟处理理范围围内的的土层层进行行增湿湿。山东科科技大大学王王清清标29增湿土土的加加水量量估算算：应于地地基处处理前前4～6d，将需需增湿湿的水水通过过一定定数量量和一一定深深度的的渗水水孔，，均匀匀地浸浸入拟拟处理理范围围内的的土层层中。。山东科科技大大学王王清清标302）桩孔孔填夯夯（1）填料料选配配①素土土：土土料宜宜选用用纯净净的黄黄土、、一般般粘性性土或或Ip>4的粉土土，有有机质质含量量不得得超过过5%，也不不得含含有杂杂土、、砖瓦瓦块、、石块块、膨膨胀土土、盐盐渍土土和冻冻土块块等。。土块块的粒粒径不不宜大大于15mm。②石灰灰：应应选用用新鲜鲜的消消石灰灰，颗颗粒直直径不不得大大于5mm。石灰灰的质质量不不应低低于Ⅲ级标准准，活活性CaO和MgO的含量量（按按干重重计））不少少于50％。③灰土：配配合比为体体积比2:8或3:7。灰土的最优优含水量一一般为21％～26％，而素土土的最优含含水量多数数在20％以下，两两者相差悬悬殊。拌和和中需加入入适量水才才能使灰土土接近其最最优含水量量。山东科技大大学王王清标31②卷扬机提升升式夯实机机锤重可达450kg，落距为1～3m。夯击能量量大，一次次可填入较较多的土料料，夯实效效果较好，，但需人工工操作。锤重不宜小小于100kg。夯锤最大大直径比桩桩孔直径小小100～160mm。填料时每一一锨料夯击击一次或二二次，夯击击2