挤密桩法(下)

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)21、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水化铝酸钙水化硅酸钙32222)()(OAlOHCSiOOHCaa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。skpkspkfmmff1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pkf为石灰桩桩身抗压强度比例界限值，由单桩竖向载荷试验测定，初步设计时可取350～500kPa，土质软弱时取低值；skf为桩间土承载力特征值，取天然地基承载力特征值1.05～1.20倍，土质软弱或置换率大时取高值；m为面积置换率，桩面积按1.1～1.2倍成孔直径计算，土质软弱时宜取高值。山东科技大学王清标14akeskfmAdKf]1)1()1([2式中akf——天然地基承载力特征值；K——桩边土强度提高系数取1.4～1.6，软土取高值；eA——一根桩分担的处理地基面积；m——置换率；d——计算桩直径；——成桩中挤压系数，排土成孔时1，挤土成孔时3.1~1可挤密土取高值，饱和软土取1）。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：sspEnmE)]1(1[式中spE——复合土层的压缩模量（MPa）；——系数，可取1.1～1.3，成孔对桩周土挤密效应好或置换率大时取高值；n——桩土应力比，可取3～4，长桩取大值；sE——天然土的压缩模量（MPa）。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173）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184）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.封顶山东科技大学王清标19管外投料法施工要点：①灌料量控制当掺合料为粉煤灰和煤渣时，桩料干密度达到10～11kN／m3，可保证桩身密实度。确定灌料量时，将计算乘以1.4的压实系数（施工充盈系数）作为每延米灌料量。设计桩径为桩管直径的1.2～1.4倍，当桩管直径较大时，由于反插后拔管较大，要防止造成拔管困难。②打桩顺序应尽量采用封闭式打法，即从外圈向内圈施工。能以桩身重量增加覆盖压力，减少地面隆起。为避免生石灰膨胀引起邻近孔的塌孔，宜间隔施打。山东科技大学王清标20（2）管内投料法与振动沉管施工法类似，管内投料施工适用于地下水位较高的软土地区，不易形成桩回淤而导致的桩身缩颈、断裂等现象。（3）挖孔投料法利用洛阳铲，人工成孔，投料夯实。待挖孔验收合格后，用小型污水泵将孔内水排干。桩材每次拌合量为0.3～0.4m桩长用料量，拌均匀后灌人孔内，夯击密实。工艺流程：定位→十字镐、钢钎或铁锹开口→工人洛阳铲成孔→孔径、孔深检查→孔内抽水→孔口拌和桩料→下料→夯实→再下料→再夯实→封口填土→夯实。石灰桩法施工图片山东科技大学王清标21五提高石灰桩复合地基承载力途径1）提高桩身强度的方法（1）增加桩身的约束力，限制膨胀①采用灰土、素土、低标号混凝土以及其他不透水材料压实封顶，利用施工机械前进式的打桩顺序等均可增加限制膨胀力的上覆压力；②保证填筑石灰的干密度为11.6kN／m3，膨胀时压力能达到50kPa，则石灰桩吸水膨胀后的干密度能保持在8.8～8.9kN／m3，能保证桩身不出现“软心”，并具有一定桩身强度。（2）桩身掺加活性材料主要是高硅质材料，如火山灰、粉煤灰等，实际工程中多用粉煤灰。如果同时再掺加一些石膏、水泥或铁粉，效果可能更佳。山东科技大学王清标222）改善桩间土加固效果的措施（1）采用优质生石灰是改善桩间土加固效果的首要措施。（2）增加石灰的置换率。常用的置换率在1／11～1／5之间。（3）在置换率相同的情况下，采取“细而密”的布桩方案，大大缩短桩间土的固结排水路径，有利于桩间土的改善。（4）在高含水量的软土中设置排水砂井等。山东科技大学王清标23六质量检测施工检测宜在施工7～10d后进行；竣工验收检测在施工后28d后进行。施工检测可采用静力触探、动力触探或标准贯入试验。检测部位为桩中心及桩间土，每两点为一组。检测组数不少于总桩数的1%。基竣工验收时，承载力检验应采用复合地基载荷试验。载荷试验数量宜为地基处理面积每200m2左右布置一个点，每一单体工程不应少于3点。七工程应用实例山东科技大学王清标247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257.4灰土挤密桩和土挤密桩一灰土挤密桩和土挤密桩的概念与适用范围用灰土分层夯实的桩体，称为灰土挤密桩；用素土分层夯实的桩体，称为土挤密桩。二者分别与挤密的桩间土组成复合地基。土桩和灰土桩法具有原位处理、深层挤密、就地取材、施工工艺多样、施工速度快和造价低廉的特点，多用于处理厚度较大的湿陷性黄土或填土地基，有显著的技术经济效益，在我国西北和华北等地区已广泛应用。20世纪60年代中期，西安地区为解决杂填土地基的深层处理问题，在土桩挤密法的基础上试验成功于灰土桩挤密法，并自20世纪70年代初起逐步推广应用。山东科技大学王清标26适用范围：灰土挤密桩法和土挤密桩法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基，可处理地基的深度为5～15m。当以消除地基上的湿陷性为主要目的时，宜选用土挤密桩法。当以提高地基土的承载力或增强其水稳性为主要目的时，宜选用灰土挤密桩法。山东科技大学王清标27二加固机理1）挤密作用2）灰土性质作用灰土桩是用石灰和土按一定体积比例（2:8或3:7）拌和，这种材料在化学性能上具有气硬性和水硬性，使灰土逐渐增加强度。3）桩体作用灰土桩变形模量E0=40～200MPa，相当于夯实素土的2～10倍。总荷载的一半由灰土桩承担。三设计计算山东科技大学王清标28四施工技术1）成孔技术应按设计要求、成孔设备、现场土质和周围环境等情况，选用沉管（振动、锤击）、冲击或爆扩等方法进行成孔。成孔时，地基土宜接近最优（或塑限）含水量，当土的含水量低于12%时，宜对拟处理范围内的土层进行增湿。山东科技大学