石灰桩法

我国加掺和料的石灰桩，桩内温度最高到200～300摄 氏度。桩间土的温度升高滞后于桩体，在正常情况下，桩 间土的温度最高可达40～50度，其土体产生一定的气化脱 水。从而使土体含水量下降，孔隙减小，土体颗粒靠拢挤 密，加固区的地下水位也有一定的下降。 4、置换作用 由于石灰桩桩体具有桩间土更大的强度（抗压强度约 0.5~1MPa），因此形成复合地基。 5、排水固结作用 试验分析结果表明，石灰桩桩体的渗透系数一般为10 －5～10-3cm/s，亦相当于细砂。由于其桩间距较小（一般 为2～3倍桩径），水平排水路径很短，具有较好的排水固 结作用。从建筑物沉降记录表明，建筑竣工开始，其沉降 已基本稳定。
石灰桩法
一、概述 （一）定义：石灰桩是指采用机械或人工在地基中 成孔，然后贯入生石灰或安一定比例加入粉煤灰、 炉渣、火山灰等掺和料及少量外加剂进行振密或 夯实而形成的桩体，石灰桩与经过改良后的桩周 土共同承担上部建筑物载荷。属复合地基中的低 粘结强度的柔性桩
（二）反展历史
我国将石灰作为建筑材料利用，始于距今五、六千年 前的仰韶文化时期。西方最早的石灰窖大约建于公元前 2000年，几乎所有古代文明的民族都懂得烧制石灰。 用石灰加固软弱地基至少有2000年的历史，但直到上 世纪中叶，不论在我国还是国外，大多属于表层或浅层处 理，例如用3：7或2：8的灰土夯实作为路基和房基；或将 生石灰直接投入软土层，用木夯夯实，使土挤密、干燥和 变硬。由此，发展到用木槌在土中冲孔，在土中投入生石 灰块，经吸水膨胀形成桩体，其深度一般在300～500mm, 形状上大下小，桩周土往往形成一层坚硬的外壳，近似陶 土。
三、设计般为50mm左右，含粉量不得超过总重量的20 ％，CaO含量不低于70％，其中夹石不大于5％。 掺和料优先选用粉煤灰、火山灰、炉渣等工业废料、 生石灰与掺和料的配合比宜根据地质情况确定，生石灰与 掺和料的体积比可选用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，掺加量为生石灰的3%~10%。 块状生石灰经测试其孔隙比为35％～39％，掺和料的 掺入数量理论上英能充满生石灰的孔隙，以降低造价，减 少生石灰的膨胀作用的内耗
6、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，即使桩体 饱和后，其密度也小于土的天然密度。当采用排土成桩时， 加固层的自重减小，作用在下卧层的自重应力显著减小， 即减小了下卧层顶面的附加应力。 采用不排土成桩时，对于杂填土和砂类土等，由于成 孔挤密了桩间土，加固层的重量变化不大。对于饱和粘性 土，成孔时土体将隆起或侧向挤出，加固层的减载作用仍 可考虑。 7 胶凝作用 由于生石灰吸水生成的Ca(oH)2一部分与土中二氧化硅 和氧化铝长生反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等。水 化物对土体颗粒起胶结作用，使土聚集体积增大，并趋于 紧密。同时加固土体粘粒含量减少，说明颗粒胶结根本上 变了土的结构，提高了土的强度，而使土的强度将随龄期 的增长而增加。
石灰桩成孔直径应根据设计要求及所选用的冲孔方法确 定，常用300～400mm，可按等边三角形或矩形布置，桩 中心距可取2～3倍的成孔直径。 桩间距也可按不同的布置形式采用下式计算： 即根据复合地基承载力公式求出置换率m，然后根据桩 间距与桩径的关系求出：桩间距、m、桩径的关系，最后利 用承载力与m的关系，求出以承载力表示的桩间距。
pcf = mp pf + (1 m) psf
（七）变形计算
分层总和法，模量采用复合模量法；
注意上式中：PPf 为桩身抗压强度比例界限值； 初步设计时桩身抗压强度比例界限值可取350～500， 土质软弱时取低值，PSf 为桩间土承载力特征值，取天然 地基承载力特征值的1.05~1.2倍。 桩身面积按1.1~1.2倍成孔直径计算。 因为：石灰桩复合地基载荷试验达到取承载力特征值时有 以下的特征： 1、 2、 3、 4、 5、
（四）桩长 桩的长度取决与石灰桩的加固目的和上部结构的条件 （1）如果加固目的是为了形成一个压缩小的垫层，则 桩长可较小，一般可取2～4m。洛阳铲成孔时不宜超过 6m；机械成孔外投料时，桩长不宜超过8m;螺旋钻成孔及 管内投料时可适当增加。 但是石灰桩的桩端宜选在承载力较高的土层中。由于 石灰桩复合地基的桩土变形协调，石灰桩身又为可压缩的 柔性桩，复合土层承载性能接近人工垫层。大量工程经验 表明，复合土层沉降仅为桩长的0.5%~8%，沉降主要来 自于桩底下卧层，因此宜将桩端置于承载力较高的土层中
在淤泥中增加生石灰的用量有利于淤泥的固结，桩顶附 近减少石灰的用量可减少石灰膨胀而引起的地面隆起，同时 桩体强度较高。 （二） 桩孔的布置和范围 石灰桩可布设在基础地面下，当基底土的承载力特征 值小于70KPa时，宜在基础外布设1～2排围护桩。 过去的习惯是将基础以外也布置数排石灰桩，如此造价 则剧增。试验表明在一般的软土中，围护桩对提高复合地基 成来增益不大。在承载力很低的淤泥或淤泥质土中，基础外 围增加1～2排围护桩有利于淤泥的加固，可以提高地基的整 体稳定性，同时围护桩可将土中大孔隙挤密其止水作用，可 提高内排桩的施工质量。
我国与1953年开始对石灰桩进行了研究，当时天津大 学与天津市等单位对生石灰的基本性质、加固机理、设计 和施工等方面进行了系统的研究，由于当时的条件，施工 系手工操作，桩径仅100～200mm，长度仅2m，又因为 发现桩中心软弱等问题，所以工作未能继续。1975年～ 1980年间，北京铁路局勘测设计所、同济大学等单位进行 了石灰桩与其它加固方法对比试验研究，证明了石灰桩的 良好加固效果。 直到1981年后，江苏省建筑设计院对东南沿海的大面 积软土地基采用生石灰与粉煤灰掺和料进行加固，仅南京 市采用生石灰桩加固了50余幢房屋的软土地基，加固面积 达3万m2，取得了较好的经济技术效果； 其后浙江省建筑科学研究所余湖北省建筑科学研究院 等单位相继展开了试验研究和工程实践应用，都作出了卓 有成就的工作。
2 粉灰搅拌法 是粉体喷射搅拌法中的一种。原料为石灰粉， 通过特制的搅拌机械将石灰粉加固料余原位软土 搅拌均匀，促使软土硬结，形成石灰（土）桩。
二、加固机理
1、成桩挤密作用 石灰桩施工时是由振动钢管下沉成孔，使桩间土产生 挤压和排土作用，其挤密效果与土质、上覆压力及地下水 状况等有密切关联。一般地基土的渗透性愈大，打桩挤密 效果越好；挤密效果底下水位以上比以下的要好。 2 膨胀挤密作用 石灰桩在成孔后贯入生石灰便吸水膨胀，使桩间土收到 强大的挤压力，这对地下水位一下软粘土的挤密起主导作 用。测试结果表明：根据生石灰质量高低，在自然状态下 熟化后其体积可增加1.5～3.5倍，即体膨胀系数为1.5～ 3.5。 3 桩和桩间土的高温效应 软粘土的含水量一般为40％～80％，1Kg生石灰的消化 反应要吸收0.32Kg的水，同时在理论上将放出278千卡的 热量。
在国外，60年代期间，德、美、英、法。原苏联、日、 瑞典、澳大利亚等国纷纷开展石灰加固软基的研究和应用， 现代化机械施工加大了桩长的应用，拓宽了应用领域。 按用料特征和施工工艺分类： 1 块灰灌如法（亦称石灰桩法） 采用钢套管成孔，在孔内灌入新鲜生石灰块，或在石 灰块中掺入适量的水硬性掺和料粉煤灰和火山灰，配合比 一般为8:2或7:3。在拔管的同时进行振密和挤密。利用生 石灰吸取桩周土体中水分进行水化反应，此时生石灰的吸 水、膨胀、发热及离子交换作用，使桩四周土体的含水量 降低、孔隙减小，土体挤密和桩体硬化。
由于石灰桩的膨胀作用，桩顶覆盖压力不够时，易引 起桩顶土的隆起，增加再沉降，因此其孔口高度不宜小于 500mm，以保持一定的覆盖压力。 其封口标高要高于原地面是为了防止地面水早期渗入 桩顶，导致桩身强度降低。
（六）承载力
（1）复合地基承载力特征值不宜超过160MPa，当 土质较好且采取保证桩身强度的措施时，经过试验后 可适当提高。 （2）其复合地基承载力特征值应通过单桩或多桩 复合地基载荷试验确定。 （3）初步设计时可按一般散体材料桩的复合地基 承载力公式估算;
（2）若加固目的是为了减少沉降，则就需要较长的桩。 如果为了解决深层滑动问题，也需要较长的桩，保证桩身 穿过滑动面。 （五）垫层 （1）当地基需要排水通道时，可在桩顶以上设200～ 300mm厚的砂石垫层。 因为石灰桩属可压缩性桩，一般情况桩顶可不设垫层。 其渗透系数一般为10－5～10-3cm/s，可作为排水通道。 （2）石灰桩宜留500mm，以上的孔口高度，并用含 水量适当的粘性土封口，封口材料务必夯实，封口标高应 略 石灰桩桩顶施工标高应高出设计桩顶标高的100mm以 上。