深层搅拌石灰桩在高等级公路中的应用

深层搅拌石灰桩在高等级公路中的应用摘

要讨论深层搅拌石灰桩强度形成机理，加固处理公路软基的有效性和应用条件。该方法具有设备简单、施工方便、经济效益好的特点。关键词公路软基；复合地基；深层搅拌石灰桩

在高等级公路中，遇到不少涵洞、通道、挡土结构等结构物置于软弱地基上或软厚的杂填土之上，施工期短暂时，成为不少建设单位和设计单位的棘手问题。针对这个问题，采用生石灰喷粉深层搅拌桩（简称石灰搅拌桩）进行软土地基处理，具有技术简单可行，且经济合理的特点，能有效地加固软弱地基，减少软土层沉降和整体工程工后沉降，提高软土层的承载力。1、生石灰对软粘土地基的基本作用

根据设计确定石灰搅拌桩钻机的位置，启动搅拌机，钻进时喷射压缩空气，准备加固的土在原位受到扰动。随着钻进到设计标高，钻机钻头反向旋转，边提升，边由压缩空气输送生石灰，向着由钻头搅拌叶片旋转产生的空隙部位喷入被搅拌的土体中，使土体和石灰进行充分拌和，形成具有整体性好，水稳定性好和一定强度的石灰土桩。

通过机构搅拌，将软土重塑的同时掺入适量的石灰，石灰与软土矿物发生化学反应，形成一种复杂的不溶于水的、将土颗粒粘结在一起的硅酸钙凝胶，硅酸钙凝胶起到包裹和联结的作用，形成网状结构，在土颗粒间相互穿插，使土颗粒联系得很牢固，改善了土的物理力学性质，发挥了石灰固化剂的强化作用。

要形成硅酸钙凝胶，只有在有足够的水使Ca2+和OH-1离子能够转移到粘土颗粒表面时才能实现，利用土颗粒、水和石灰之间的化学反应达到这一目的，以改善土的性质，具体来说，石灰对软土的基本作用如下：（1）生石灰与地基软粘土通过强制做拌均匀，很快产生水化作用，形成Ca（OH)2。在这生石灰变为熟石灰的过程中，产生的热量促进水分蒸发，使软土地基的含水量降低，同时石灰体积产生膨胀，此时膨胀力所作的功转化为周围土的变形位能。例如广东省云浮硫铁矿专用线有一座4．5m盖板涵基础采用石灰喷粉深层搅拌处理软基，钻头直径为500mm，形成石灰桩之后，在粉细砂层直径增大为520mm，在软土层直径内直径增大为600-700mm，桩体体积增大，对周围土起了压密作用。（2）熟石灰的Ca2+离子在水的作用下与软土颗粒产生絮凝反应作用，这一反应过程使软土颗粒结合水膜厚度减簿，土的塑性降低，土粒间的粘结力增加，土体强度和水稳定性提高。

上述两种化学反应过程，主要发生在生石灰与软土强制搅拌混合后的数小时内，是石灰对软粘土的早期基本作用。（3）熟石灰与粘土颗粒中的活性硅铝矿物进一步缓慢地产生化学作用，过程中又吸收熟石灰浆中的水分，形成结晶和生成铝酸盐和水化硅酸钙，改变了粘土的结构。这一反应过程将持续数年，是石灰对软粘土的后期作用。2石灰搅拌桩身的排水固结作用

通过对一些工程施工的石灰搅拌桩观测，发现施工期桩体含水量总是很高，直观表现在桩顶的垫层上有明显的圆形湿痕，表明桩体含水量及渗透系数均大于桩间土。由于桩身材料拌合不均匀，以及配合比、掺合料不同，涮得桩身渗透系数在4.07×10-3-10-5cm／s之间，相当于粉砂、细砂的渗透系数，较粘土、亚粘土的渗透系数大10倍至100倍，说明石灰桩身排水固结作用较好。

生石灰作为固化剂时，软粘土的渗透性系数随着时间而直线上升；而用10％的水泥作为固化剂时，软粘土的渗透系数随着时间而直线下降。石灰适合于塑性指数较高的软粘土地基，水泥适合于塑性指数较低的软土地基。在相同条件下，用石灰处理的临时加固效果在前数小时内比水泥处理的要明显来得快。

值得注意的是，当石灰搅拌桩渗透系数K值足够小（如软粘土地基），而桩的直径d又足够大（例d≥50cm时），即使桩处于水下，也不能形成充分供水的条件，石灰搅拌桩的含水量仍然较初始含水量大幅度减小．在天津塘沽软土路基试验中，于五年后挖出石灰桩，也发现桩身仍非常坚硬，日本的一份资料谈到，即使在含水量高达100％的软土中，石灰桩身强度也比周围土的强度高达10倍以上。3石灰搅拌桩与桩间土的复合地基效应

生石灰加固软弱地基后，石灰搅拌与未加固部分地基土形成复合地基，复合地基的强度包括搅拌桩桩体的强度和桩周土粘聚力增加后的强度，石灰搅拌桩与周围地基相比具有更高的抗剪强度。与生石灰搅拌桩邻接的桩周土，由于拌合时产生的高温和凝聚反应形成厚度达数厘米的高度硬壳，此层硬层的存在影响了石灰搅拌桩的吸水和排水，尤其是后期排水，但在施工期内此层硬壳尚未形成，排水作用是可以发挥的。从对一些工程的天然土和单桩复合地基荷载试验中，发现石灰搅拌桩复合地基的加荷后稳定时间较天然土基为短，也就证实了石灰搅拌桩的排水固结作用。丢石灰搅拌汁桩与桩间蒜土的复合糠地基抗剪铲强度可用享下式晓计算晌：兆τ蛛ˊ抗=轨发（辽1-d淋ˊ宗s)C锻ˊ僵+d幼ˊ海s决τ迷p荷乱（食1焰）岂式中满：终τ守ˊ瑞反—桶—寻复合地基珠抗剪强度接，悦KPa;稿τ犁ˊ迎P悦报—德—择石灰搅拌足桩的抗剪爆强度侄，舱KP虑a算；房d阴ˊ循s境各—威—贴消化和凝臂硬反应结皂束后石灰械搅拌桩加笔固率（面繁积比）见d颜ˊ祸s=(渗1.5-构1.8)猜ds抚鹅（病2栗）哲ds秃鹅—碌—台石灰搅拌秆桩置换率暂（面积比坡）阶ds=根非π叮d2/4驰l2唉薄（贪3勉）铅d河踏—限—联石灰搅拌门桩直径赞，玻d=50趟cm;沟l樱攀—镇—迷石灰搅拌拍桩间中心便距窑，庭cm;象C驶ˊ擦挑—筛—纸石灰搅拌构桩加固后歌地基土的涝粘聚力倚，歇KP新a誉；宋C但ˊ唱=C怖o帜＋陡d元Δ燥P拔，喂迈（尘4蒙）抬式中拘：菊Co挤赏—钉—特原地基土广的粘聚力蒜，兴KP帅a追；凉d悉充—旺—解经石灰搅雄拌桩处理冲后的强度录增加系数狱，积d=0耐.1-0通.孔4棕；惕Δ另P顷馒—浊—眨有效压缩傲荷载，它荐是固结试怜验曲线中端与加固后亦孔隙侧比驶e踏'执对应的压伸缩荷学载呼P典'血与固结屈哗服应举力竟P魄c下之差。习

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易滴生石灰剂颂量对石灰糊搅拌桩强合度的判影响击

玻陶图恢2数表示不同厉的生石灰超剂量对各睁种土的单绕轴抗压强仪度的步影响映。在同一缩生石灰含绢量的条件仰下，不同辰的土类具鹿有明显不堤同的抗压走强度，根蜂据室内试稼验表贩明欺:速（穴1趁）当生石废灰含量值在情6场％祖-1胜8嫌％的范围棕内变化时究，石灰搅鬼拌桩仍保题持原来土驾壤的特性犹；坏（挽2床）不同土晴性的石灰搂粉渗入量衔各有最佳货渗人量区枪间，大于要或小于这谎一区间的晨渗入量，视都得不到敞经济甘的加固效危果。糕

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惧掀石灰搅拌撒桩的强度盘能否形成己和强度高航低，与软疮粘土的含栋水量有关狐。生石灰芳转变为熟矛石灰以及屈继续水化尿，都要吸劳收和蒸发庄软粘土中远的水份。刻因此，必药须要有足型够的水供亚石灰水化扒，否则无亮法形成强悲度。另一兵方面水又织不能过多管，以使处饭于饱和状脱态的软粘殖土能够因考脱水而转逝变成三相刊状态，软活土中的空呜气才能为激碳酸化反忌应提供足茫够的二氧库化碳，从视而形成使作灰土反应燃生成有一抛定强度的钞胶结物质脉条件，形告成较高的究强度。由艰于石灰搅协拌桩中的啊水分在强幸度形成中巷得到消耗棉，灰土含亲水量就会轿大幅度减波少，甚至减由流动状瞧态转变为盲硬塑乃至工坚硬状态经，从而大毁大提高石俘灰土的强预度。蛾图族3佳为石灰土笛抗剪强度猫软土含水咏量、时间葵的变化情济况，纵轴编表示石灰步土的抗剪墨强度，横假轴表示软蚁粘土含水听量。从葡图浸3经可以看出呢：浓6择违石灰搅拌查桩适宜的允土质条件剧

可围石灰搅拌辩桩是靠石扑灰与土之辟间发生一趁系列物理训化学反应纺而形成强累度的，不摧同的土质烧会产生不远同的加固英效果，其猛适宜的加妻固土粒径趟范围如司图横4寇所示，图扬中阴影部县分为适宜置的石灰搅僵拌桩释应用鼓范围，可网用于公路额工程的软敏粘土中的耀挡土结构幕，开挖护追坡、桥涵摇通道结构跨地基等。们

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