生石灰与粉煤灰桩加固软土地基的微观分析

粉煤灰在公路路基加固工程中的应用与性能分析引言公路建设是国家基础设施建设的重要组成部分，而公路路基是公路工程的基础结构。

为了提高公路的承载能力和使用寿命，需要采用适当的材料进行路基的加固工程。

粉煤灰作为一种常用的工程填料材料，具有一定的优势和应用前景。

本文将对粉煤灰在公路路基加固工程中的应用及其性能进行分析。

一、粉煤灰的基本特性1. 含硅酸和铝酸等无机成分，具有良好的活性。

2. 粒径较细，表面积大，能够充分填补空隙。

3. 具有较好的高温稳定性和耐腐蚀性。

4. 资源丰富，生产和利用成本较低。

二、粉煤灰在公路路基加固工程中的应用1. 填料材料由于粉煤灰的颗粒细小，可以作为路基加固工程的填料材料，填充路基的空隙，提高路基的密实度和稳定性。

2. 混合材料粉煤灰可以与水泥、石灰等材料混合使用，形成混凝土状的材料，用于加固路基或路面。

混合材料具有较高的强度和抗裂性能，能够有效地改善路基的承载能力和耐久性。

3. 经济性材料粉煤灰作为一种废弃物的综合利用材料，相比传统的路基加固材料，其生产和利用成本较低，能够节约资源和降低工程造价。

三、粉煤灰在公路路基加固工程中的性能分析1. 增加路基的抗水稳定性粉煤灰具有较好的颗粒填充性和细土胶结性，能够填充路基中的微孔和细隙，提高路基的密实度和抗水稳定性，防止路床下沉和软化。

2. 提高路基的强度和承载能力粉煤灰混合材料具有较高的抗压强度和抗折强度。

在路基加固工程中，通过控制粉煤灰与水泥或石灰的配比和固化时间，可以达到预期的强度要求，提高路基的承载能力。

3. 减少路基的沉降和变形粉煤灰混合材料具有较好的体积稳定性和抗变形性能。

在路基加固工程中，使用粉煤灰能够有效地减少路基的沉降和变形，提高路基的平整度和使用寿命。

4. 提高路基的耐久性粉煤灰具有良好的耐腐蚀性和高温稳定性。

在公路路基加固工程中，粉煤灰的应用能够有效地防止外界介质对路基的侵蚀和破坏，提高路基的耐久性和抗老化能力。

石灰搅拌桩处理软土地基略议在高等级公路中，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。

一、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，形成一种复雜的不溶于水的、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。

二、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。

二灰桩在软土路基加固中的应用李兆平张弥摘要以石灰和粉煤灰为主要成分的二灰桩是一种半刚性桩，详细探讨了二灰桩的原理，并给出了二灰桩在南京—马鞍山高速公路软土路基加固中的应用实例.关键词二灰桩软土路基加固Application of Two-Ash Pile for Reinforcementof Soft Soil SubgradeLi Zhaoping Zhang MiCollege of Civil Engineering and Architecture, Northern JiaotongUniversity,Beijing 100044Abstract Two-ash pile is a kind of semi-rigid pile which main components are lime and coal ash. In this paper, the principles of two-ash pile are discussed in detail.The application for two-ash pile at the reinforcement of Nanjing-Maanshan freeway soft soil subgrade is introduced.Key words two-ash pile soft soil subgrade reinforcement1 问题的提出以粉煤灰和石灰为主体材料掺入少量添加剂经搅拌均匀压实而成的二灰桩是一种半刚性桩，二灰桩特别适用于以沉降和稳定为控制条件的工程，如高速公路与高速(重载)铁路中包括桥台在内的填方路堤、机场跑道、集装箱码头、土石坝及各类工业与民用建筑的软土地基大面积加固处理.软土在我国分布范围广、土层厚度大.其特点是含水量高、孔隙比大、抗剪强度低，压缩系数高、渗透系数小、沉降稳定时间长.在土木、交通、水利等基础工程建设中经常遇到天然地基不能满足设计要求，需要对地基进行人工加固处理.地基处理是否合理，关系到整个工程的质量、进度和投资，因此它是影响工程造价的重要因素之一.在某地高速公路（填方路堤高6.0m）软土路基加固中采用了三种加固处理方法，见表1.从表1可以看出二灰桩兼有预压（砂井或塑料排水带）和水泥土桩（湿法或干法）并用的效果，并且具有技术可靠、工期短、造价低的优点，而且大量利用固体废料，是比较经济有效的路基处理方法.2 原理二灰桩中的主体材料是燃煤发电厂排放的粉煤灰，当有水存在时，粉煤灰中的SiO2和Al2O3能在常温下与石灰中的CaO产生化学反应生成新的水硬性胶凝物质.二灰桩体强度大小与材质、配比、密实度及龄期等因素有关.二灰桩容重γ一般为1.5g/cm3（干密度γd=1.0g/cm3）渗透系数k为10-4cm/s，30～60天桩体单轴抗压强度qu为1.0～1.6MPa，粘聚力C为0.5～2.2MPa，内摩擦角φ为30°～40°，变形模量E50为160MPa.二灰桩用于饱和软粘土地基处理具有置换与吸排水两大功能.二灰桩取代（置换）了同体积的软粘土，并与原土一起构成“复合地基”.荷载试验和工程实践证明，二灰桩土复合地基与原地基相比：承载力可提高0.5～3.6倍，沉降变形减少50%～94%.复合地基承受外荷载时，因变形模量不同而产生应力向二灰桩集中，根据外荷载大小和土层条件，其桩土应力比n为3～10.二灰桩吸排水有两层含义：一是化学吸水，桩体从周围土中吸取使强度增长所需水份，这是短期和有限的；二是毛细水效应，这是长期起作用的，也是二灰桩所特有的一种现象.即使无外荷载，也能在土中产生“负压排水”，降低孔隙水压，增加土的有效应力，加速桩周土的固结并提高其强度.实践表明，由于二灰桩毛细水的作用，引起地下水位普遍下降，其降低量一般为桩长的1/3～2/3.而桩四周土的有效应力增量相当于地下水位下降一定高度水柱的压力.桩间土强度一般可提高0.2～1.5倍.3 设计与施工和检验3.1 设计(1)处理范围和深度的确定根据稳定和沉降分析计算及荷载性质确定地基处理范围与深度.二灰桩应超过最危险滑弧深度，桩土复合地基承载力满足设计值，同时工后沉降还应符合规范以及其他特殊要求.(2)二灰桩排列二灰桩平面布置有等边三角形（梅花形）和正方形两种排列形式，以等边三角形排列较为紧凑和有效，常在实际工程中采用.二灰桩直径d为0.3～0.6m，桩间距L一般取3～8d，深度H在20.0m 以内.将二灰桩视作排水井时，每个桩的影响范围可化作为一个等面积的圆来求解.等效圆的直径de与二灰桩的间距L关系可参阅文献［1］，关于二灰桩地基固结度的计算参照砂井方法.(3)桩体承载力承受垂直荷载的二灰桩，应使土对桩的支承力与桩身强度所确定的承载力相近.由于二灰桩属于半刚性桩，故按摩擦桩设计.桩长H和桩径d确定之后，桩的承载力可按文献［1］确定.(4)复合地基承载力二灰桩复合地基承载力标准值，应通过现场复合地基载荷试验确定，也可按文献［1］计算.(5)群桩基础验算当桩间距L<1.5时（式中：r为桩径，H为桩深）应进行群桩（桩土组成的实体基础）验算.由于二灰桩周围形成了一薄层硬壳土，增大了桩土之间的摩阻力，验算时摩阻力可取相应土层的上限值.具体验算方法参见有关设计手册.(6)沉降计算二灰桩复合地基总沉降可分为两部分计算，即加固区沉降量S1和加固区下卧层沉降量S2.具体计算方法参阅文献［2］.3.2 施工和检验(1)施工机具成孔和压桩采用沉管机，管径为325mm，轴压为300～400kN，工效45～50m3/台班，配套设备为搅拌机及振动筛等.(2)施工工艺二灰桩主要施工过程如下：桩机就位→成孔→分段压桩→桩机移位.(3)检验检测是指施工质量与加固处理效果两方面.前者包括材质、配比、桩体密度、直径、深度、连续性、垂直度、强度及渗透性能等.后者为加固处理完毕，工程竣工后能达到沉降与稳定的设计要求.最重要的有载荷试验与沉降观测；其中沉降观测又分为地面（单点）沉降计和深层（或多点分层）沉降计，选择有代表性地点于施工初期埋设；在施工不同阶段及竣工后均进行观测和记录，以此检验总体加固效果.4 工程实例宁—马高速公路马鞍山段某一路段为填方路堤，位于南北两座桥台之间，路段长230m，路面宽24.5m，填土高3.0～4.2m（基底宽36.0～42.0m），边坡坡度1∶1.5.基底0.8m耕植土以下有厚为8.0～9.0m的淤泥质亚沾土(γ=1.81g/cm3，饱和度40.8%～95.2%,孔隙比为1.1,压缩系数α1-2=0.76MPa-1,Es=1.9～2.6MPa,k=4.23×10-7cm/s,Cu=9～12kPa,φu=5°)，见图1.图1 二灰桩加固处理淤泥质土路基示图经检测，桩土复合地基承载力由天然地基60kPa提高到120kPa；近一年位移观测结果是:工后沉降6.2cm，低于规范要求10cm；通车使用证明，加固效果良好，与该路段地基条件相同的丰收桥南端，路堤高2.0m，使用毛碴垫层，工后沉降超过20cm，经修补后方投入使用.据本例经济核算，地基承载力每增加10kPa，二灰桩费用不足10元；若采用水泥搅拌桩、砂井或塑料排水带，一般均超过15元.因此，二灰桩较上方法节省工程造价30%以上.具有显著的经济效益.石灰桩施工工艺标准(QB-CNCEC JO10117-2004)1 适用范围本工艺标准适用于民用建筑工程采用石灰桩的工程。

对石灰、粉煤灰稳定粒料基层施工的几点认识管文忠摘要：剖析了石灰、粉煤灰稳定粒料作为路面基层性能的优点，并提出了控制基层施工质量的一些具体措施。

关键词：二灰碎石性能质量控制随着我国公路运输建设日益走向规范化和定型化，半刚性基层沥青路面已成为高等级公路设计的主要形式，石灰、粉煤灰稳定粒料(以下简称二灰碎石)半刚性基层具有耐久性好、强度高、成本低等优点，在高速公路、一级公路和其它等级道路中被广泛的应用。

故加强对二灰碎石基层性能的认识，加强施工过程中的质量管理，对控制公路的质量和使用性能等有着重要的意义。

1、二灰碎石基层的特点。

1.1二灰碎石有两种类型，一种是悬浮型，二灰与集料各占50%，粒料悬浮于二灰混合料之间。

悬浮型对粒料没有级配要求，施工很方便。

另一种是密实型的，集料占二灰碎石混合料总重量的80%以上，二灰混合料占12%~20%，密实型二灰碎石集料必须有良好的级配，二灰混合料与集料中小于4.75mm的颗粒组成基体材料，必须有足够的基体材料，才能达到设计的压实度，而这对混合料的强度和耐久性很重要，但如果基体霉烂过高，则密实弄混合料转变为悬浮型混合料；如基体材料过少，则混合料的密实度达不到要求，施工时易产生离析现象，配合比的设计应在保证强度与混合料不离析的情况下，严格控制二灰的含量以及集料中4.75mm粒径以下的细集料含量。

悬浮型二灰碎石混合料就强度而言与密实型二灰碎石混合料无明显差别，但悬浮型二灰碎厂混合料的干缩性比密实型二灰碎石混合料大，也较容易冲刷，因此目前公路设计的二灰碎石基层大都是密实型，密实型二灰碎石基层的透性小，空隙率小，并具有冰冻稳定性好，干缩性小等特点，适宜集中机械拌料，机械摊铺，节省劳力，有利于保证施工质量与工期要求。

1.2基层必须能够承受路面传递下来的行车荷载的反复作用，而不产生过高的残余变形和疲劳拉弯破坏，这就需要基层有足够强度和与路面相匹配的整体刚度，各种基层材料相比较，二灰碎石的整体强度和刚度最高，可使路面具有良好的承载力。

第一作者简介:武锦钢,男,1962年8月生,山西省太原市人,1983年毕业于太原工学院土木系,一级注册结构工程师,山西省轻工设计院,山西省太原市,030001 文章编号:1005-6033(2000)06-0083-02收稿日期:2000-10-20生石灰桩+CFG 桩加固软土地基武锦钢1,秦忠泽2,秦　洁2,卢仁勇2(1.山西省轻工设计院,太原,030001;2.长治市建筑工程总公司地基处理公司,长治,046000)摘　要:以具体工程实例介绍了生石灰桩+CFG 桩加固软土地基的布桩方案、设计计算、施工要求、质量检验及技术经济效果。

关键词:地基加固;生石灰桩+CFG 桩;施工要求;质量检验中图分类号:TU 472.3+2 文献标识码:A1　工程概况太原市聚源大厦工程位于山西省太原市三墙路南段路东,9层框架结构,地下1层,处理面积1250m 2,基础采用钢筋砼片筏基础,基础埋深4m 。

2　工程地质条件场地处于汾河东岸一级阶地上,原地势为低洼地带,后经回填至现地坪,该场地为中等液化场地,土类别为软弱地基土,属 类建筑场地,土层分布情况如下:①杂填土:杂色,湿～饱和,松散,主要由灰渣组成,夹有砖块,厚2.0m ～6.0m 。

②黄土质粉土:黄褐色,稍密～中密,厚度为5.5m ～9.0m ,中等液化,f k =90kPa 。

③黄土质粉质粉土:深褐色～褐色,流塑,中密,呈薄层状分层,层厚0.4m ～1.4m ,f k =100kPa ,中等液化。

④黄土质粉土:黄褐色,湿～很湿,中密,夹有铁锈色及灰色团块,局部夹有小卵石,厚1.4m ～3.9m ,f k =160kPa 。

④-1粉砂:黄褐色,饱和,中密,呈尖灭状分布,厚0m ～2.2m ,fk=150kPa 。

⑤细砂:黄褐色,饱和,中密,厚0.8m ～2.6m ,f k =170kPa 。

⑥黄土质粉土:黄褐色,湿,中密,局部夹有粉质粘土,尖灭层,厚5.2m ～8.1m ,f k =230kPa 。

粉煤灰混凝土的力学性能及微观结构分析粉煤灰混凝土是一种新型的建筑材料，其采用粉煤灰替代部分水泥，既能减少环境污染，又能节约原材料，是具有广泛应用价值的建筑材料。

本文将从力学性能和微观结构两个方面进行分析，希望能对粉煤灰混凝土的性能进行深入探讨。

一、力学性能的分析1. 抗压强度粉煤灰混凝土的抗压强度是评价其力学性能的重要指标之一。

研究表明，采用适当的粉煤灰掺量可以提高混凝土的抗压强度，而且随着粉煤灰掺量的增加，其抗压强度值也会随之增加。

这是因为粉煤灰对混凝土的水化反应有助于提高混凝土的强度，从而提高混凝土的抗压强度。

2. 抗拉强度粉煤灰混凝土的抗拉强度是另一个重要的力学特性指标。

研究表明，在不同的掺量下，粉煤灰混凝土的抗拉强度可以达到混凝土本身的抗拉强度水平。

与此同时，由于水化反应的作用，粉煤灰混凝土中的硬化水化产品会处于一个比较稳定的化学状态下，从而使其抗拉强度较高。

3. 抗渗性能粉煤灰混凝土的抗渗性能是指该材料的抗渗透和防水性能。

研究表明，受水泥掺量、水灰比等因素的影响，粉煤灰混凝土的抗渗性可以有较大的差异。

一般来说，随着粉煤灰掺量的增加，混凝土的抗渗性也会提高。

二、微观结构分析1. 水化反应过程粉煤灰混凝土水化反应是指混凝土中水分子和水化产物的反应过程。

这个过程非常复杂，涉及到多种矿物质的水化反应。

一般来说，粉煤灰中的硅酸盐、铝酸盐等矿物质会与水反应产生硬化水化产物，从而提高混凝土的强度和硬度。

2. 微观结构研究表明，粉煤灰混凝土中的微观结构是影响其力学性能的一个重要因素。

一般来说，随着掺入粉煤灰的量的增加，混凝土中的骨料会逐渐被水化产物所包裹，从而形成一个更加致密的结构体系。

这种致密的结构体系可以有效地提高混凝土的力学性能，同时也可以提高其抗渗性和防水性等性能。

综上所述，粉煤灰混凝土在力学性能和微观结构方面都具备较好的性能表现。

不过，由于其制备过程比较复杂，所以也需要更多科学家的努力和研究才能发挥其最大的潜力。

石灰粉煤灰级配碎石基层强度影响因素分析我国北方高速公路路面基层常以石灰粉煤灰级配碎石结构出现，以石灰和粉煤灰作为胶结料，级配碎石集料作为骨架的二灰碎石混合料，具有良好的强度和整体刚度，并且价格低廉。

但在施工过程中各种不利因素对二灰碎石混合强度造成了一定的影响。

因此，研究施工过程中避免各种不利因素对二灰碎石强度的影响和提高二灰碎石基层的施工质量具有现实意义。

摘要：我国北方高速公路路面基层结构通常为石灰粉煤灰级配碎石，并以石灰和粉煤灰作为胶结料，级配碎石集料作为骨架。

这种搭配具有良好的强度和整体刚度，且价格低廉。

基于此，笔者主要对施工过程中的不利因素对二灰碎石混合强度造成的影响进行了分析，并提出了避免各种不利因素对二灰碎石强度的影响和提高二灰碎石基层的施工质量的策略。

关键词：石灰粉煤灰,基层强度,含水量一、石灰粉煤灰级配碎石材料河北省石灰原料储量丰富，生石灰磨细，0.63mm筛孔通过北大于95%，有效钙镁的含量为70%～75%;煤粉灰多来源于电厂，由于近几年使用量的增加价格略有上升趋势，煤粉灰为SiO2+AL2O2+Fe2O3含量在80%～87%之间，烧失量5%左，比面积为2 000～2 200cmg,石灰岩碎石集料为规格为5、5～10、10～30和30～40mml 四档。

以大广高速公路为例，二灰碎石配合比为石灰岩碎石：粉煤灰：石灰为80:13:7，其抗压试件分5批成型，前2批的配合比的最大干密度为2.13gcm,主要用于分析延长时间、养生条件的影响;后3批调整了集料级配并在青银高速工程施工现场取样，由于碎石产地不同和配合比的施工变异，最大于密度变化在2.05～2.16gcm之间，二灰碎石最佳含水量为7.6%～8.2%，其效果较好。

二、石灰粉煤灰级配碎含水量石灰粉煤灰级配碎强度与含水量之间的关系呈现出凸形曲线，在含水量较小时，强度随含水量的增加而增加，但当含水量超过一定量后，随含水量的增大而下降。

分析7d无侧限抗压强度R7和28d无侧限抗压强度R28可以发现：R28的最大值对应的二灰碎石含水量稍大于R7的最大值的含水量，其原因可能是养生过程中水蒸发对含水量偏低试件的强度增长有不利影响;其次，R7和R28最大值对应的含水量均稍小于击实试验得到的二灰碎石的最佳含水量(w=7.7%)，二者相差0.3%～0.6%，若以最大强度下浮10%作为施工控制的界限，则二灰碎石含水量的允许变化范围为2%(对于R28，含水量的范围为6.5%～8.5%;对于R7含水量的变化范围为6%～8%)，超过这一范围，强度将快速下滑，含水量超过允许变化范围上限1%，强度将降至不足最大强度的2/3。