挤密桩法之石灰桩清楚明了

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科技大学王清标11（三）复合地基作用复合地基承载力由三部分组成桩身强度、桩间土、桩周硬壳层

硬壳层的形成需要一个长期的过程，设计时一般不作考虑而作为安全储备。石灰桩复合地基桩土应力比一般为2.5～5.0对石灰桩复合地基的要求既能把桩周土中的水吸干，又能防止桩自身的软化。

在采取了防止桩身软化措施后，桩身可以有较高的强度,抗压强度在400～500kPa,因此在复合地基中起主导作用。山东科技大学王清标12三设计计算1）桩体掺合料配合比

生石灰与掺合料的体积比可选用1:1或1:2，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大。当掺石膏和水泥时，掺加量为生石灰用量的3%～10%。2）桩径、桩距及布桩石灰桩成孔直径300～400mm，可按等边三角形或矩形布桩，桩中心距可取2～3倍成孔直径。石灰桩可仅布置在基础底面下，当基底土的承载力特征值小于70kPa时，宜在基础以外布置1～2排围护桩。山东科技大学王清标133）桩长加固目的是为了减少沉降，或为解决深层滑动问题，需较长的桩。采用洛阳铲成孔，桩长不宜超过6m；机械成孔管外投料时，桩长不宜超过8m；螺旋钻成孔及管内投料时可适当加长。4）承载力计算山东科技大学王清标14灰桩在软土中桩身强度多在0.3～1.0MPa之间,强度较低。复合地基承载力特征值不宜超过160kPa。山东科技大学王清标155）沉降计算石灰桩复合土层压缩模量宜通过桩身及桩间土压缩试验确定，初步设计时可按下式估算：山东科技大学王清标16四施工技术1）材料选用石灰材料应选用新鲜生石灰块，有效氧化钙含量不宜低于70%，粒径不应大于70mm，含粉量（即消石灰）不宜超过15%。掺合料应保持适当的含水量，使用粉煤灰或炉渣时含水量宜控制在30%左右。

2）施工顺序在加固范围内施工时，先外排再内排；先周边后中间；单排桩应先施工两端后中间，并按每间隔1～2孔的施工顺序进行，不允许由一边向另一边平行推移。如对原建筑物地基加固，其施工顺序应由外及里地进行；如临近建筑物或紧贴水源边，可先施工部分“隔断桩”将其施工区隔开；对很软粘性土地基，应先在较大距离打石灰桩，过28d后再按设计间距补桩。山东科技大学王清标17

3）成孔方法可采用洛阳铲或机械成孔。机械成孔分为沉管、冲击、螺旋及爆破成孔等。

（1）沉管法：沉孔最大深度不超过8m。（2）冲击法：用冲击钻机将0.6～3.2t锥形钻头提升0.5～2.0m高度后自由落下，反复冲击，使土层成孔。孔径大，孔深不受限制。（3）螺旋钻进法：桩孔深度不受设备限制。（4）爆破法：其成孔工艺简便，不需要打桩机械，适用于缺少施工机械的建筑工程场地。可分为药眼法和药管法两种施工法。

a药眼法。此法适用于含水量不超过22%的土层。

b药管法。此法适用于含水量较大土层。山东科技大学王清标18

4）成桩工艺

可采用管外投料法、管内投料法、挖孔投料法成桩。

（1）管外投料法管外投料法成桩工艺流程1.堆放桩料2.成下段孔3.堆填桩料4.成下段孔5.填料6.夯实成下桩身7.填料8.夯实9.封顶山东三科技三大学三王三清标19管外三投料三法施三工要三点：①灌料三量控三制当掺三合料三为粉三煤灰三和煤三渣时三，桩三料干三密度三达到10～11三kN／m3，可三保证三桩身三密实三度。确定三灌料三量时三，将三计算三乘以1.三4的压三实系三数（三施工三充盈三系数三）作三为每三延米三灌料三量。设计三桩径三为桩三管直三径的1.三2～1.三4倍，三当桩三管直三径较三大时三，由三于反三插后三拔管三较大三，要三防止三造成三拔管三困难三。②打三桩顺三序应尽三量采三用封三闭式三打法三，即三从外三圈向三内圈三施工三。能三以桩三身重三量增三加覆三盖压三力，三减少三地面三隆起三。为避三免生三石灰三膨胀三引起三邻近三孔的三塌孔三，宜三间隔三施打三。山东三科技三大学三王三清标20（2）管三内投三料法与振三动沉三管施三工法三类似三，管三内投三料施三工适三用于三地下三水位三较高三的软三土地三区，三不易三形成三桩回三淤而三导致三的桩三身缩三颈、三断裂三等现三象。（3）挖三孔投三料法利用三洛阳三铲，三人工三成孔三，投三料夯三实。待挖三孔验三收合三格后三，用三小型三污水三泵将三孔内三水排三干。三桩材三每次三拌合三量为0.三3～0.三4m桩长三用料三量，三拌均三匀后三灌人三孔内三，夯三击密三实。工艺三流程三：定三位→三十字三镐、三钢钎三或铁三锹开三口→三工人三洛阳三铲成三孔→三孔径三、孔三深检三查→三孔内三抽水三→孔三口拌三和桩三料→三下料三→夯三实→三再下三料→三再夯三实→三封口三填土三→夯三实。石灰三桩法三施工三图片山东三科技三大学三王三清标21五三提三高石三灰桩三复合三地基三承载三力途三径1）提三高桩三身强三度的三方法（1）增三加桩三身的三约束三力，三限制三膨胀①采三用灰三土、三素土三、低三标号三混凝三土以三及其三他不三透水三材料三压实三封顶三，利三用施三工机三械前三进式三的打三桩顺三序等三均可三增加三限制三膨胀三力的三上覆三压力三；②保三证填三筑石三灰的三干密三度为11三.6三kN／m3，膨三胀时三压力三能达三到50三kP三a，则三石灰三桩吸三水膨三胀后三的干三密度三能保三持在8.三8～8.三9k三N／m3，能三保证三桩身三不出三现“三软心三”，三并具三有一三定桩三身强三度。（2）桩三身掺三加活三性材三料主要三是高三硅质三材料三，如三火山三灰、三粉煤三灰等三，实三际工三程中三多用三粉煤三灰。三如果三同时三再掺三加一三些石三膏、三水泥三或铁三粉，三效果三可能三更佳三。山东三科技三大学三王三清标222）改三善桩三间土三加固三效果三的措三施（1）采三用优三质生三石灰三是改三善桩三间土三加固三效果三的首三要措三施。（2）增三加石三灰的三置换三率。三常用三的置三换率三在1／11～1／5之间三。（3）在三置换三率相三同的三情况三下，三采取三“细三而密三”的三布桩三方案三，大三大缩三短桩三间土三的固三结排三水路三径，三有利三于桩三间土三的改三善。（4）在三高含三水量三的软三土中三设置三排水三砂井三等。山东三科技三大学三王三清标23六三质三量检三测施工三检测三宜在三施工7～10三d后进三行；三竣工三验收三检测三在施三工后28三d后进三行。施工三检测三可采三用静三力触三探、三动力三触探三或标三准贯三入试三验。三检测三部位三为桩三中心三及桩三间土三，每三两点三为一三组。三检测三组数三不少三于总三桩数三的1%。基竣三工验三收时三，承三载力三检验三应采三用复三合地三基载三荷试三验。三载荷三试验三数量三宜为三地基三处理三面积三每20三0m2左右三布置三一个三点，三每一三单体三工程三不应三少于3点。七工程三应用三实例山东三科技三大学三王三清标247挤密三桩法7.三1概述7.三2碎石三桩和三砂桩7.三3石灰三桩7.三4灰土三挤密三桩和三土挤三密桩山东三科技三大学三王三清标257.三4灰土三挤密三桩和三土挤三密桩一三灰三土挤三密桩三和土三挤密三桩的三概念三与适三用范三围用灰三土分三层夯三实的三桩体三，称三为灰土三挤密三桩；用三素土三分层三夯实三的桩三体，三称为土挤三密桩。二三者分三别与三挤密三的桩三间土三组成三复合三地基三。土桩三和灰三土桩三法具三有原三位处三理、三深层三挤密三、就三地取三材、三施工三工艺三多样三、施三工速三度快三和造三价低三廉的三特点三，多三用于三处理三厚度三较大三的湿三陷性三黄土三或填三土地三基，三有显三著的三技术三经济三效益三，在三我国三西北三和华三北等三地区三已广三泛应三用。20世纪60年代三中期三，西三安地三区为三解决三杂填三土地三基的三深层三处理三问题三，在三土桩三挤密三法的三基础三上试三验成三功于三灰土三桩挤三密法三，并三自20世纪70年代三初起三逐步三推广三应用三。山东三科技三大学三王三清标26适用三范围三：灰土三挤密三桩法三和土三挤密三桩法三适用三于处三理地三下水三位以三上的三湿陷三性黄三土、三素填三土和三杂填三土等三地基三，可三处理三地基三的深三度为5～15三m。当以三消除三地基三上的三湿陷三性为三主要三目的三时，三宜选三用土三挤密三桩法三。当以三提高三地基三土的三承载三力或三增强三其水三稳性三为主三要目三的时三，宜三选用三灰土三挤密三桩法三。山东三科技三大学三王三清标27二三加固三机理1）挤三密作三用2）灰三土性三质作三用灰土三桩是三用石三灰和三土按三一定三体积三比例三（2:三8或3:三7）拌三和，三这种三材料三在化三学性三能上三具有气硬三性和三水硬三性，使三灰土三逐渐三增加三强度三。3）桩三体作三用灰土三桩变三形模三量E0=4三0～20三0M三Pa，相三当于三夯实三素土三的2～10倍。三总荷三载的三一半三由灰三土桩三承担三。三设计三计算山东三科技三大学三王三清标28四三施三工技三术1）成三孔技三术应按三设计三要求三、成三孔设三备、三现场三土质三和周三围环三境等三情况三，选三用沉三管（三振动三、锤三击）三、冲三击或三爆扩三等方三法进三行成三孔。成孔三时，三地基三土宜三接近三最优三（或三塑限三）含三水量三，当三土的三含水三量低三于12三%时，三宜对三拟处三理范三围内三的土三层进三行增三湿。山东三科技三大学三王三清标29增湿三土的三加水三量估三算：应于三地基三处理三前4～6d，将三需增三湿的三水通三过一三定数三量和三一定三深度三的渗三水孔三，均三匀地三浸入三拟处三理范三围内三的土三层中三。山东三科技三大学三王三清标302）桩三孔填三夯（1）填三料选三配①素三土：三土料三宜选三用纯三净的三黄土三、一三般粘三性土三或Ip>4的粉三土，三有机三质含三量不三得超三过5%，也三不得三含有三杂土三、砖三瓦块三、石三块、三膨胀三土、三盐渍三土和三冻土三块等三。土三块的三粒径三不宜三大于15三mm。②石三灰：三应选三用新三鲜的三消石三灰，三颗粒三直径三不得三大于5m三m。石三灰的三质量三不应三低于Ⅲ级标三准，三活性Ca三O和Mg三O的含三量（三按干三重计三）不三少于50％。③灰三土：三配合三比为三体积三比2:三8或3:三7。灰土三的最三优含三水量三一般三为21％～26％，三而素三土的三最优三含水三量多三数在20％以三下，三两者三相差三悬殊三。拌三和中三需加三入适三量水三才能三使灰三土接三近其三最优三含水三量。山东三科技三大学三王三清标31②卷扬三机提三升式三夯实三机锤重三可达45三0k三g，落三距为1～3m。夯三击能三量大三，一三次可三填入三较多三的土三料，三夯实三效果三较好三，但三需人三工操三作。锤重三不宜三小于10三0k三g。夯三锤最三大直三径比三桩孔三直径三小10三0～16三0m三m。填料三时每三一锨三料夯三击一三次或三二次三，夯三击25～30次/m三in，长三为6m的桩三孔在15～20三mi三n内夯三击完三成。（2）填三料夯三实①偏三心轮三夹杆三式夯三实机1.机架2.铸钢三夯锤三，重45三0k三g3.三1.三0t卷扬三机4.桩孔卷扬三机提三升式三桩孔三机山东三科技三大学三王三清标32（3）填三夯质三量检三查桩孔三填夯三的质三量是三保证三地基三处理三技术三效果三的重三要因三素，三应采三取随三即的三方法三抽样三检查三，抽三查的三数量三不得三少于三桩孔三总数三的2%。常用三的桩三孔填三夯质三量检三测方三法有三：①轻三便触三探检三测法②小三环刀三深层三取样三检测三法③开三剖取三样检三测法④夯三击能三控制三检测三法山东三科技三大学三王三清标333）施三工技三术要三求（1）成三孔和三孔内三回填三夯实三的施三工顺三序，三当整三片处三理时三，宜三从里三（或三中间三）向